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晶凯源浅谈PFC的开关电源性能特点(1)

来源:admin      发布时间:2019-04-17     
     PFC稳压开关电源
  
  PFC就是功率因数校正的意思,主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高,说明电能的利用效率越高。
  
  PC电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变,向电网注入大量的高次谐波,因此网侧的功率因数不高,仅有0.6左右,并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。早在80年代初,人们已对这类装置产生的高次谐波电流所造成的危害引起了关注。1982年,国际电工委员会制订了IEC55-2限制高次谐波的规范(后来的修订规范是IEC1000-3-2),促使众多的电力电子技术工作者开始了对谐波滤波和功率因数校正(PFC)技术的研究。电子电源产品中引入PFC电路,就可以大大提高对电能的利用效率。
  
  PFC有两种,一种是无源PFC(也称被动式PFC),一种是有源PFC(也称主动式PFC)。无源PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数,但无源PFC的功率因数不是很高,只能达到0.7~0.8;有源PFC由电感电容及电子元器件组成,体积小,可以达到很高的功率因数,但成本要高出无源PFC一些。
  
  有源PFC电路中往往采用高集成度的IC,采用有源PFC电路的PC电源,至少具有以下特点:
  
  1)输入电压可以从90V到270V;
  
  2)高于0.99的线路功率因数,并具有低损耗和高可靠等优点;
  
  3)IC的PFC还可用作辅助电源,因此在使用有源PFC电路中,往往不需要待机变压器;
  
  4)输出不随输入电压波动变化,因此可获得高度稳定的输出电压;
  
  5)有源PFC输出DC电压纹波很小,且呈100Hz/120Hz(工频2倍)的正弦波,因此采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。
  
  在上世纪80年代起,用电器具大量的采用效率高的开关电源,由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容,使该用电器具的负载特性呈现容性,这就造成了交流220V在对该用电器具供电时,由于滤波电容的充、放电作用,在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零,与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据整流二极管的单向导电性,只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时,整流二极管才会因正向偏置而导通,而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时,整流二极管因反向偏置而截止。也就是说,在AC线路电压的每个半周期内,只是在其峰值附近,二极管才会导通。虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形,但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲,如图2所示。这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份,引起线路功率因数严重下降。
  
  在正半个周期内(1800),整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300-700,由于要保证负载功率的要求,在极窄的导通角期间会产生极大的导通电流,使供电电路中的供电电流呈脉冲状态,它不仅降低了供电的效率,更为严重的是它在供电线路容量不足,或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变(图3),并产生多次谐波,从而,干扰了其它用电器具的正常工作(这就是电磁干扰-EMI和电磁兼容-EMC问题)。
  

十分赛车 www.iqbella.com   图2:



  
  自从用电器具从过去的感性负载(早期的电视机、收音机等的电源均采用电源变压器的感性器件)变成带整流及滤波电容器的容性负载后,其功率因素补偿的含义不仅是供电的电压和电流不同相位的问题,更为严重的是要解决因供电电流呈强脉冲状态而引起的电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
  
  这就是在上世纪末发展起来的一项新技术(其背景源于开关电源的迅速发展和广泛应用)。其主要目的是解决因容性负载导致电流波形严重畸变而产生的电磁干扰(EMl)和电磁兼容(EMC)问题。所以现代的PFC技术完全不同于过去的功率因数补偿技术,它是针对非正弦电流波形畸变而采取的,迫使交流线路电流追踪电压波形瞬时变化轨迹,并使电流和电压保持同相位,使系统呈纯电阻性技术(线路电流波形校正技术),这就是PFC(功率因数校正)。
  
  所以现代的PFC技术完成了电流波形的校正也解决了电压、电流的同相问题。
  
  于以上原因,要求用电功率大于85W以上(有的资料显示大于75W)的容性负载用电器具,必须增加校正其负载特性的校正电路,使其负载特性接近于阻性(电压和电流波形同相且波形相近)。这就是现代的功率因数校正(PFC)电路。

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