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1、ByStanleyQEDepartment,QRALITEONelectronics(Dongguan)co.,LTDPFC电路原理及其相关计算一.简介稳定的能源设备除了能供应系统维持正常的功能外并影响整个系统的特性，再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下，设计产生高效率的能源设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。并且在电力品质与电力性能方面也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰，较理想的能源使用率等等，都是设计电路必须考虑的问题，而电源转换器之功率因数则直接影响上述性能。一般而言，提升功率因数直接影响下述问题：1.杂讯干扰问题。由于桥式整流所所产生之输入电流一不规
2、则且不连续之脉动电流，含有大量之高频谐波，因此对于一些电子周边设备将产生一些不必要的干扰，。故为了抑制高频谐波电流干扰必须利用外加电路来修正输入电流使其接近正弦，如此方能降低输入电流中之高频谐波含量进一步克服杂讯干扰的问题。一.PFC电路基本原理2.能源浪费问题:过低的功率因数值若是从能量之观点来解释,意味着输入电流的总谐波失真(TotalHarmonicDistortion,THD)很高，因此一部传统式电源从标准插座（StandardOutlet)上所吸取之功率将只有插座上额定功率的五分之三左右，异言之将有五分之二的能量消耗在高频谐波电流上。因此为了提升电源转换器之输出额定功率，减少能
3、源浪费及杂讯干扰功率因数较正是有其必要的。二.功率因数修正技术一般的桥式整流之所以会导致PF值较低，可有以下讨论看出，如图所示，全桥式整流只有在电源电压Vi高于电容电压Vo时才会导通，在这些期间输入电流必须供应半周所需之能量，因此其波形呈现高尖之特性，这样的波形含有大量的高次谐波，其功率因数也只能达到0.5~0.7。①最低输入电压的确定如图：电压电流PFC相关参数的计算有D=Ton/(Ton+Toff)则：Ton=D/FPFC,Toff=(1-D)/FPFC上升斜率=ΔＩ/Ton下降斜率=ΔＩ/Toff又根据电感的特性方程：U=Ldi/dt得当PFCMOS管导通时√2Uimin=LΔＩ/
4、Ton⑴当PFCMOS管截止时U0高压－√2Uimin=LΔＩ/Toff⑵⑴/⑵可得：√2Uimin／(U0高压－√2Uimin)=Toff/Ton=(1-D)/D由上式可得Uimin=U0高压(1-DpfcMAX)/√2由此式可知，电源输入电压的最小值是由PFCMOS占空比和PFC电路最终输出的高压直流电压的数值而决定的，在PA-1151-3电路中，U0高压＝390V,PFC芯片L6561最大占空比70%.将U0高压、Dmax代入上式可得：Uimin=82.73V因此选取输入电压的下限为Uimin=85V.②PFC二极管的确定由能量守恒可知，在输入电压最小时，输入电流最大。设最大的输入
5、电流有效值为Iinmax(rms)则有：Iinmax(rms)＝U0I0/η1Uimin它和流经PFC电路得电流ΔＩ关系为ΔＩ＝Iinmax(rms)×２√２＝２√２U0I0/η1Uimin对于此机种，将U0=12V,I0=13A(fan=0.5A),η1=0.73,Uimin=85V,代入上述方程得：I=7.1109A实际测量如图：CH4为电流波形：③PFC电感感值的确定因为在PFCMOS管截止时,PFC电感上的电流不会突变,所以下降得电流会流过D102,所以对于D102,它所流经的最大电流应为I=ΔＩ＝２√２UoIo/η1Uimin又√2Uinmin=LPFCΔＩ/Δt=(2LPFC
6、UoIofPFC√2)/(η1DpfcMAXUinmin)可得：LPFC=(Dpfcmaxη1Uimin2)/(2U0I0FPFC)将Uimin=U0高压(1-DpfcMAX)/√2代入上式LPFC=(U0高压2(1-DMAX)2DMAXη1)/(4U0I0FPFC)从L的关系式可知L的大小由输出最大电流Io,PFCMOS管的最低工作频率fPFC、最大占空比Dpfcmax,最小输入电压Uimin,电源效率η1,共同决定的。将DpfcMAX=0.7,η1=0.73,U0=12V,I0=12.5A(fan=0.5A),FPFC=35KHz代入上式得LPFC=320uH,（实际测得LPFC=3
7、15uH）④电源输出极限电流的确定由上述的PFC感知的确定公式可以导出I0I0=(U0高压2(1-DMAX)2DMAXη1)/(4U0LPFCFPFC)从上述公式可知若要电源输出极限电流，则PFC电路的工作频率最低，且占空比最大。将DMAX=0.7,η1=0.73,LPFC=320uH,FPFC=27KHz代入得I0MAX=16.867A(实际测得输出极限电流为17.1A)同时从上述得输出电流公式也让我们看到了在电源输出任意电流值的
