【精品】PFC原理分析

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1、功率因子的简介与应用何谓功率因子？大多数的电子电路的设计者在做电路设计的时候，几乎都不曾考虑功率因子(Powerfactor,P.F.)。而功率因子也仅只于在学校电子课程内P.F.二cos。这个概念，而这个观念只有在电流、电压波形是理想正弦讯号，这样的定义才成立;然而在真实的状况下，大部分的隔离式的电源供应器(off-linepowersupply)都有一个非正弦波的输入电流，这些电源供应器的输入端皆使用一个桥式整流器和输入滤波电容(如图1所示)。当AC输入电压超过输入电容两端的电压，才会产生输入电流对电容充电，我们可从图1看到在两个电流峰值Z间，负载吸引储存在输入电容的能量，而

2、这个脉波电流的一次谐波有(P的相位落后，所以P.F.—定大TCOScpo根据欧洲IEC555-2的定义，对于主要的电源供设备有明确的谐波电流人小的限制。我们如何定义功率因子呢？实功(RealPower)视在功率(TotalApparentPower)若屯流、屯压的波形皆是理想的正弦波，而电流波形落后电压相位卩，所示功率向量可如图2所示。凹到实际的的状况下，电压是一个理想的正弦波形而电流是一个非正弦波形，电压波形的RMS值：Vpeak/2而电流波形藉由富利叶转换(Fouriertransform)可以得到:IRMStotal=yi02+l12RMS+l22RMS+...+ln2RM

3、S其中，IO是电流的DC成分,I1RMS是基波电流，其余是电流谐波；而对于一个纯正的AC电流讯号10=0,所以IRMStotal=Zl12RMSP+l12RMSQ+ooSn=2ln2RMS而P=VRMSI1RMSCOS",期”是输入电压和基波电流的相位差，同理S=VRMSIRMStotal；因此功率因了P.F.可利用下式得到：我们再导入一个K参数，所以k=二cose其中0是失真角(distortionangle),若IRMStotal的谐波成分趋近零，则K1。因此我们可做个结论P.F.二COS&QOS",而功率向量表示如图3所示，我们可由图解中更清楚了解彼此的关系。功率因子的实际

4、意义功率因子为1有什么好处？我们可以从使用者和电力公司两方面来探讨；首先在一个115VAC的电源插孔，一般可供给15A的电流给负载，在这种条件下一个没有功因校正(PowerfactorCorrection,P.F.C.)电路的电源供应器(一般P.F.二0.6)其有效电流会从15A减至9A而已。举例而言，一个电源插孔可同时供给4台具有P.F.C.电路的计算机(280W)使用，但只能给两部不含P.F.C.电路的计算机使用。而对于电力公司而言，虚功(ReactivePower,Q)和失真功率(distortionPower,D)是因为谐波电流造成的，多余的功率损耗将减低电源网络的效率，

5、而且电力公司必须使用较粗的电缆来传输电力；此外，谐波电流会造成电力污染，止电力公司的电力控制较困难。在欧洲已运出EN60555和国际规范IEC555-2来限制电源设备的谐波电流人小。根据笔者所知，欧洲对于灯具和大于70-80W的电器设备必须加装P.F.C.电路才可以输入，这项规定将在1998年施行，藉时号称计算机王国的台湾所产制监视器(monitor)、电源供应器(SMPS)…，皆必须有P.F.C.电路才能争取更大的商机。功率因子的基本操作原理一个功率因子矫正器(PowerfactorCorrector)基木上即是一个ACtoDC的转换器，所以与转换式电源供应器的架构相同，如图4

6、是一个基木的功率因子矫正器的方块图。一个标准的转换式电源供应器利用脉波宽度调变(PulseWidthModulation)来调整输入功率的人小，以供应适当的负载所需，脉波宽度调变器控制切换开关(通常利用PowerMOSFET来达成)将DC输入电圧切成一串电圧脉波，随后利用变压器和快速二极管将其转成平滑的DC电压输出，这个输出电压随即与一个参考电压(这个电压是电源供应器应该输出的标准电压值)做比较，所产生的电压差冋授至PWM的控制器，利用这误差电压讯号来改变脉波宽度的人小，如果输出电压过高，脉波宽度会减小，进而减小电源供应，使得输出电压冋复至正常输出值。一个P.F.C.也是利用这个

7、方法，但是加入一个更先进的组件使得来自AC电源的屯流是一个正弦波并且与AC电压同相位，此时误差屯压讯号的调变是由整流后的AC电压和输出电圧的变化来控制，最后误差电压讯号冋授至PWM控制器，也就是说当AC电压较高时P.F.C.电路就从AC电源吸取较多的功率，反Z若AC电压较低则吸引较少的功率，如此可以减少AC电流的谐波产生。主要的功率因子矫正器之拓朴结构在图5所示的拓朴结构中，boost结构操作在连续电流模式（也就是指在输入端的电感电流在整个切换周期内是连续导通的），利用输入电容C