????? PFC不是一個(gè)新概念了,在UPS電源要運(yùn)用地較多,而PC電源上很少見(jiàn)到PFC電路。PFC在PC電源上的興起,主要是源于CCC認(rèn)證,所有需要通過(guò)CCC認(rèn)證的電腦電源,都必須增加PFC電路。
PFC就是“功功率因數(shù)校正”的意思,主要用來(lái)表征電子產(chǎn)品對(duì)電能的利用效率。功率因數(shù)越高,說(shuō)明電能的利用效率越高。
PC電源采用傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路會(huì)使AC輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變,向電網(wǎng)注入大量的高次諧波,因此網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)不高,僅有0.6左右,并對(duì)電網(wǎng)和其它電氣設(shè)備造成嚴(yán)重諧波污染與干擾。早在80年代初,人們已對(duì)這類(lèi)裝置產(chǎn)生的高次諧波電流所造成的危害引起了關(guān)注。1982年,國(guó)際電工委員會(huì)制訂了IEC55-2限制高次諧波的規(guī)范(后來(lái)的修訂規(guī)范是IEC1000-3-2),促使眾多的電力電子技術(shù)工作者開(kāi)始了對(duì)諧波濾波和功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)的研究。電子電源產(chǎn)品中引入PFC電路,就可以大大提高對(duì)電能的利用效率。
PFC有兩種,一種是無(wú)源PFC(也稱被動(dòng)式PFC),一種是有源PFC(也稱主動(dòng)式PFC)。無(wú)源PFC一般采用電感補(bǔ)償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數(shù),但無(wú)源PFC的功率因數(shù)不是很高,只能達(dá)到0.7~0.8;有源PFC由電感電容及電子元器件組成,體積小,可以達(dá)到很高的功率因數(shù),但成本要高出無(wú)源PFC一些。
有源PFC電路中往往采用高集成度的IC,采用有源PFC電路的PC電源,至少具有以下特點(diǎn):
1) 輸入電壓可以從90V到270V;
2) 高于0.99的線路功率因數(shù),并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點(diǎn);
3) IC的PFC還可用作輔助電源,因此在使用有源PFC電路中,往往不需要待機(jī)變壓器;
4) 輸出不隨輸入電壓波動(dòng)變化,因此可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓;
5) 有源PFC輸出DC電壓紋波很小,且呈100Hz/120Hz(工頻2倍)的正弦波,因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容?!?br>
現(xiàn)在市面上采用PFC電路的電源不多,而采用有源PFC電路的更少。
?PFC是電腦電源中的一個(gè)非常重要的參數(shù),全稱是電腦功率因素,簡(jiǎn)稱為PFC,等于“視在功率乘以功率因素”,即:功率因素=實(shí)際功率/視在功率。
??? 功率因素:功率因數(shù)表征著電腦電源輸出有功功率的能力。
??? 功率是能量的傳輸率的度量,在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統(tǒng)里則要復(fù)雜些:即有部分交流電流在負(fù)載里循環(huán)不傳輸電能,它稱為電抗電流或諧波電流,它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大于實(shí)際功率。視在功率和實(shí)際功率的不等引出了功率因素,功率因素等于實(shí)際功率與視在功率的比值。
??? 只有電加熱器和燈泡等線性負(fù)載的功率因素為1,許多設(shè)備的實(shí)際功率與視在功率的差值很小,可以忽略不計(jì),而像容性設(shè)備如電腦的這種差值則很大、很重要。最近美國(guó)PC Magazine 雜志的一項(xiàng)研究表明電腦的典型功率因素為0.65,即視在功率(VA)比實(shí)際功率(Watts)大50%!
??? 視在功率:即交流電壓和交流電流的乘積,用公式表示為:S=UI。
???? 上式中,S是額定輸出功率,單位是VA(伏安),U是額定輸出電壓,單位是V, 如220V、380V等;I是額定輸出電流,單位是A。 視在功率包括兩部分:有功功率(P)和無(wú)功功率(Q),有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發(fā)亮,使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),使電子電路工作等。因?yàn)檫@個(gè)功率做功后都變成了熱量,可以直接被人們感覺(jué)到,所以有些人就產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)覺(jué),即把有功功率當(dāng)成了視在功率,孰不知有功功率只是視在功率的一部分,用式表示:P=SCOS0θ=UICOSθ =UI?F
??? 上式中,P是有功功率,單位是W(瓦),F(xiàn)=COSθ 被稱為功率因數(shù),而θ是在非線性負(fù)載時(shí)電壓電流不同相時(shí)的相位差。 無(wú)功功率是儲(chǔ)藏在電路中但不直接做功的那部分功率,用式表示:Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中,Q為無(wú)功功率,單位是var(乏)。
??? 對(duì)于計(jì)算機(jī)和其它一切靠直流電壓工作的電子電路,離開(kāi)無(wú)功功率是根本無(wú)法工作的。
??? 一般用戶都認(rèn)為計(jì)算機(jī)之類(lèi)的設(shè)備只需要有功功率,而不需要無(wú)功功率。既然無(wú)功功率不做功,要它何用!于是他們當(dāng)然就認(rèn)為功率因數(shù)為1的電源最好。因?yàn)樗芙o出最大輸出功率。然而,實(shí)際情況并非如此。
??? 假如有一臺(tái)計(jì)算機(jī),當(dāng)交流市電輸入后進(jìn)行整流,就得到脈動(dòng)直流電壓,若不將脈動(dòng)電壓進(jìn)行任何工,就直接提供給計(jì)算機(jī)電路,毫無(wú)疑問(wèn),電路根本無(wú)法正常工作。雖然這時(shí)計(jì)算機(jī)的功率因數(shù)接近于1,可這又有何用呢。為了讓計(jì)算機(jī)電路能正常工作,必須向其提供平滑了的直流電壓。這個(gè)“平滑”工作必須由接在計(jì)算機(jī)電源整流器后面的濾波電容器C來(lái)完成。這個(gè)濾波器就像一個(gè)水庫(kù),電容器里面必須儲(chǔ)存足夠數(shù)量的電荷,在整流半波之間的空白時(shí),使電路上的工作電壓仍不間斷,能保持正常電平。換句話說(shuō),即使在兩個(gè)脈動(dòng)半波之間無(wú)輸入電能時(shí),UC的電壓電平也無(wú)顯著的變化,這個(gè)功能是靠電容器內(nèi)的儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)的,儲(chǔ)存在電容器內(nèi)的這部分能量就是無(wú)功功率。所以說(shuō),計(jì)算機(jī)是靠無(wú)功功率的支持,才能保證電路正確運(yùn)用有功功率實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的。
??? 因此可以說(shuō),計(jì)算機(jī)不但需要有功功率,也需要無(wú)功功率,兩者缺一不可。
pfc控制電路
PFC電路的電流環(huán)路由整流后的輸入電壓和輸出電壓的誤差信號(hào)通過(guò)乘法器來(lái)控制。通過(guò)調(diào)節(jié)電流控制信號(hào)的平均幅度來(lái)控制輸出電壓。通過(guò)輸入電壓的波形來(lái)調(diào)節(jié)輸入電流的波形。
在與輸入電壓信號(hào)相乘之前,電壓誤差信號(hào)先除以平均輸入電壓(前饋電壓)的平方。
??? 作用:保證電壓環(huán)的增益為常數(shù)。
???? 注:電壓環(huán)帶寬過(guò)寬會(huì)使控制電路盡可能的保持輸出中壓的穩(wěn)定,而導(dǎo)致諧波失真加重。
由于電壓環(huán)的增益為常數(shù),電壓環(huán)的誤差信號(hào)實(shí)際上就控制輸出功率。
???? 理由:如Vin???? 2Vin?????? Ⅰmo=Ve*( 2Vin )/ (2Va)2????? Ⅰin????????????????? 1 /2 Ⅰin,則2Vin*1/2Iin=Vin*Iin,功率不變,輸出中壓誤差信號(hào)就可以控制了輸出功率。
???? 作用:限制輸出電壓的誤差信號(hào)就可以限制住PFC的輸出功率。
頻率設(shè)定
???? 頻率高:電感體積小,交叉失真小,損耗大,適用于中小功率。
???? 頻率低:電感體積大,交叉失真大,損耗小,適用于大功率。
電感設(shè)計(jì)
???? a、輸入的最大峰值電流在輸入電壓為低壓且為最大值時(shí)出現(xiàn),
?????????? Iline(PK)=21/2*P/Vin(min)(? Vin(min)為有效值。)
???? b、電感紋波電流一般選擇為AC線最大峰值電流為20%。
??????? (不一定是最大的高頻紋波電流。)
???? c、占空比D=(V0-Vin)/V0(V0 為輸出電壓,Vin為峰值輸入電壓)
?????????? L=Vin*D/f* △Ⅰ?????????????
?????????? △Ⅰ=0.2Ⅰline(PK)=21/2*P/rin(min)×0.2
???? d、電感的峰值電流為線峰值電流加上高頻紋波電流的一半。
?????????? Ⅰ(LPK)=Ⅰline(PK)+1/2△Ⅰ
輸出電容
??? a、考慮因素:高頻紋波電流、二次諧波紋波電流,輸出直流電壓、紋波電壓、保持時(shí)間。
??? b、承受的紋波電流主要由溫升決定,包括高頻電流的溫升和低頻紋波電流的溫升。
??? c、如需保持時(shí)間,則C0=2Pont△t/( V02- V0(min)2)
續(xù)流二極管
??? a、必須能承受電感的最大峰值電流
??? b、至少能承受輸出電壓的反壓
??? c、速度盡量快(反向恢復(fù)時(shí)間盡量短),慢則開(kāi)關(guān)損耗大。
評(píng)論