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1、汽车LED前大灯驱动电路1、相关定义1.1、功率因数定义及其与谐波的关系如果从电网输入电压和输入电流之间的相位差的角度来看,可以将输入功率因素(PowerFactor,简称PF)定义为:8中国计量学院硕士学位论文PFcos(2-1-1)由电网输入的电压经整流桥整流后如果没有接用于滤波用的滤波电容,而是直接搭载纯阻性的负载,那么在这种情况下,输入电压和输入电流之间的相位差近似为零,对应的功率因数为接近于1。我们通常所说的功率因素校正技术(PFC)其本质就是使相应的用电设备对电网输入的电能呈现”纯阻性”,也就是要使输入电压和输入电流之间成正比。从能量传输的方面来说,所谓的PFC技术
2、就是要让用电设备只从市电电网中吸收能量,却不需要将能量回馈给市电电网。尽管从市电电网中注入的电压为正弦波,但经整流桥整流后,对应的输入电流却存在一定的畸变。由电工学中的相关基本理论,可以得到功率因数定义如下:PFPS(2-1-2)其中P——有功功率;S——视在功率。有功功率计算公式如下:P1TT0Vin(t)Iin(t)dt(2-1-3)其中T——周期;Vin(t)——输入电压;Iin(t)——输入电流。视在功率定义为输入电压有效值和输入电流有效值的乘积,因此我们可以得到如下公式:S1TTV(t)2dt1TinTIin(t)200dt(2-1-4)在这种条件下,功率因数可以表示
3、为:T0Vin(t)Iin(t)dtPF1(2-1-5)T()21T2T0VintdtT0Iin(t)dt如果我们假设输入电压为标准的正弦波,则有:Vin(t)V2psin(Tt)(2-1-6)式中Vp——输入电压幅值。输入电流为非正弦波,通过傅里叶变换,可将输入电流表示为:iin(t)I2nsin(ntn)n1T(2-1-7)式中In——各次电流谐波幅值;n——各次谐波与输入正弦电压之间的相位差。利用三角函数的正交特性,将式(2-1-7)代入式(2-1-3)和式(2-1-5),可以计算出功率因数为:PFI1cos(1)cos(1)(2-1-8)I2nn19中国计量学院硕士学位
4、论文式中γ——畸变因数;cos(1)——位移因数。其中所谓的畸变因数(γ)即为基波电流的有效值与总输入电流的有效值之间的比值,而功率因数即为畸变因数与位移因数之间的乘积,由此可知,如果由市电电网所注入的电流与电压之间频率和相位均相同时,对应的功率因数将为单位1。事实上,输入电流的基波分量是与输入电压具有相同频率的正弦波。通常情况下,为了分析谐波对相应工作电流的影响,定义总的谐波畸变(TotalHarmonicDistortion,缩写为THD)为谐波电流分量的有效值与基波电流有效值之间的比值,其表达式如下:1T(sin(2TInTnt))220ndtInTHDn2n21(2-1
5、-9)TI21T0(1sin(2Tnt1))dtI当基波电流与电网输入电压同相位时,则有:PF112(2-1-10)THD式(2-1-10)也就是PF与电网注入总的谐波畸变所对应的关系表达式,当总的谐波失真THD≤5%时,所得到的PF值将控制在0.99左右。值得注意的是,(2-1-10)式仅在输入电压和输入电流所对应的基波相位差为零或趋向于零时方能成立,而对于较为普遍的情况,功率因数的计算表达式只能通过式(2-1-5)来得到,至于总的谐波畸变也应借助频谱分析由上述式子(2-1-9)计算所得。1.2、功率因数的定义线性电路的功率因数习惯用COS?)表示,(P为正弦电压与正弦电流间
6、的相位差。但是由于整流电路中二极管的非线性,尽管输入电压为正弦,电流却严重非正弦,因此线性电路中功率因数的定义不再适用于AC/DC电路。这里定义功率因数(PowerFactor,PF)为电路的有功功率与视在功率的比值,如式2.1所示:=(2.1)SUrIR式中:P为输入有功功率、S为视在功率、仏为电网输入电压有效值、为输入电流有效值、C//为输入电压基波有效值、//为输入电流基波有效值、为输入电流基波与输入电压的相位差。市电输入电压为正弦,但输入电流为非正弦,会含有大量高次谐波成分,所以输入电流的有效值为:电流不含谐波分量时,功率因数PF=cos1.3、功率因数校正定义功率因数
7、一词,源于基本的交流电路原理。当正弦波交流电源给感性或容性负载供电时,负载电流也是正弦的,但是比输入的电压滞后或超前一个角度?。若输入电压有效值为U,输入电流有效值为I,则电网输入的视在功率为UI。但实际传送到负载的功率只有UIcos?,与负载电阻的电压同相位的输入电流分量Icos?向负载提供功率。与负载电阻的电压垂直的电流分量Isin?不向负载提供功率。在电工学上将实际传送到负载的功率UIcos?与电网输入的视在功率UI之比称为功率因数(PowerFactor,PF),并用cos?表示,即
