目前在工业发达国家，MIG/MAG焊机已经广泛采用逆变电源，国内一些焊机制造商也开始大批量生产逆变MIG焊机。小型化逆变MIG焊机体积大幅度降低,结构更加紧凑、合理, 且大大减轻了劳动强度, 焊机性能有所提高, 达到了降低成本、节约能耗的目的。但传统的小型MIG逆变焊机的逆变前级采用二极管整流加电容滤波组成的电压型整流器，导致输入电流出现断续的尖角波。输入电流的畸变不仅给电网注入谐波，造成电网污染，同时又降低了逆变焊接电源本身的功率因数，增加了对供电容量的要求[1-2]。

    我国坚持科学发展观，重视电网的质量，焊机将制定EMC 标准，预计不久的将来，EMC标准中的谐波限制标准将会强迫实施[3]。PFC（Power Factor Correction），又称为功率因数校正，已经成为现代电源技术中的一个重要组成部分，也是近年来电力电子领域的研究热点之一[4]。单相PFC技术在电焊机行业有应用实例，但在小型MIG逆变焊机上应用较少。本文介绍了一种应用于小型MIG逆变焊机上的PFC电路，通过改善其逆变器的供电环境，提高效率，使小型逆变MIG焊机谐波含量满足EMC标准。
1 小型MIG逆变焊机的输入电流波形畸变
    传统小型MIG逆变焊机的主电路结构如图1所示。前级采用单相不控整流加滤波电容。

    由于大容量滤波电容的存在，桥式整流器中的二极管仅在AC输入线路电压瞬时幅值超过滤波电容上的电压时才会因正向偏置而导通。当AC线路电压瞬时幅值低于滤波电容上的电压时，整流二极管则因反向偏置而截止。因此，在AC线路电压的半周期内，仅在其峰值电压附近，AC输入电流才会通过整流二极管，致使二极管的导通角非常小，往往不足60°。AC输入电压在其峰值附近，出现微小的“下垂”，所引起的波形畸变可以忽略，仍然大体保持正弦波形状。但是，AC输入电流却呈高幅值的窄尖峰脉冲，出现严重失真，如图2所示。

    电流畸变使电源的功率因数降低，一般逆变电源的功率因数只有0.65左右。根据功率因数的定义可知：在其他条件一定的时候，电源的输入电流与功率因数成反比。因此在同等输出功率和效率的条件下，较低的功率因数意味着要求较高的输入电流[5]。此外，输入电流的畸变同时也给电网注入谐波，造成电网污染。

2 PFC主电路拓扑结构和控制原理
    功率因数校正主电路拓扑根据其原理，主要可分为以下几类：降压式(Buck)电路、升压式(Boost)电路、反激式(Flyback)电路和升-降压式(Boost-buck)电路。本文采用Boost拓扑结构。降压式电路由于输入电流纹波较大，滤波困难，因此很少应用于功率因数校正电路。升降压式电路需要两个电子开关，电路比较复杂，因此很少被应用。反激式属于简单电压型控制器，适应于100 W以下或者更小功率的电源。有源功率因数校正(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数最有效的方法。基于此，本文采用Boost-APFC电路，PFC控制器采用ICE2PCS05型控制器。这种集成芯片(IC)无需直接来自交流电源的正弦波参考信号。该芯片采用了电流平均值控制方法，通过增强动态响应的方法使得负载突然波动时的动态特性得到改善，功率因数可以达到1。图3是所设计的有源功率因数校正电路。

    电路的工作过程如下：当APFC主电路上电后，由辅助电源(以UC3842为核心构成的开关电源)给控制电路供电。当芯片ICE2PCS05供电脚(第7脚)上的电压达到15 V时，芯片开始工作。此时，PFC部分输出的驱动信号的占空比最大。
    随着主电路中电感电流的增加，当电流达到峰值电流的限定值时，PFCOUT的输出将被ICE2PCS05的内部比较器关闭，从而开关管Q1也被关断，此时电感L2中的磁能将改变电感两端的电压极性，电感电压VL与电源电压VS(整流后的电压)相加，其电压值高于电容C2上的电压，高频整流二极管VD1导通，电感L2的电流开始线性下降，向电容C2及负载供电。当开关管再次驱动导通时，高频整流二极管VD1处于截止状态，电容C2向负载放电。
    控制电路IC由双环构成——一个电流环(内环)和一个电压环（外环)。在变换器中，电流环(内环)控制输入电流的平均值，具有较高的控制速率。这样，流经开关管的电流既可以是连续电流模式(CCM)，也可以是不连续的电流模式(DCM)。电感L2上的电流流过检测电阻R1、R2、R3，检测电阻上的平均电压输入到IC的引脚3(ISENSE)。IC的引脚3上的电流检测电压通过内部运算跨导放大器OTA2平均，IC的OTA2输出(引脚2)连接的电容C5完成电流环路补偿。在正常工作模式下，电容C5的充电和放电实现信号的平均，使引脚2上的电压与平均电感电流成正比。
3 实验结果
    为了验证以ICE2PCS05为核心的有源功率因数校正电路输出电压的稳定性以及该电路对逆变焊机输入电流变化的影响，将其加在逆变焊机上，利用AMR-300型变阻箱对该系统进行静负载测试。实验数据如表1、表2所示。
    表1和表2分别为系统不加PFC和加PFC时假负载测试数据。数据表明：加PFC以后整个系统的效率有所提高。同时在保证输出不变的情况下，输入电流有所降低，减少了对供电容量的要求。

    图4是用示波器测量加PFC时的输入电压、电流波形。系统加PFC后，网侧输入电流为较标准的正弦电流波形，且能很好地跟随输入电压，对谐波起到了良好的抑制作用。

   本文提出了一种单相APFC电路，通过对该电路进行理论分析和假负载调试，证明了该电路对传统的小型逆变MIG焊机产生的畸变谐波有很好的抑制效果。输入功率因数的提高，使得在输入相同有功功率的条件下，输入电流明显减小，降低了对线路、开关、连接等电流容量的要求。
参考文献
[1] 黄继强，陈树君，殷树言，等.逆变焊接电源输入电流谐波分析及其解决措施[J].电焊机，2009，39(12)：18-24.
[2] 吕东波，王志强.逆变式弧焊电源软开关APFC装置的研制[J].电焊机，2000，30(3)：6-8.
[3] 杨希炯，陈要玲，石文波，等.逆变焊接电源节能高效的绿色设计[J].电焊机，2009，39(2)：18-23.
[4] 王鸿雁，陈立烽，江泓，等.单相多电平功率因数校正变换器应用的实验研究[J].中国电机工程学报，2004，24
(11)：28-33.
[5] 耿正.浅谈逆变电焊机的功率因数校正技术[J].现代焊接，2007，20(8)：65-68.