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1、PFCPowerFactorCorrection功率因素校正PFC的來源與種類特點PF(PowerFactor)的定義電工原理中線性電路的功率因數習慣用Cosψ表示,ψ為正弦電壓與正弦電流間的相位差.由於整流電路中二極管的非線性,盡管輸入電壓為正弦,電流卻為嚴重非正弦,因此線性電路的功率因數(PF)計算不再適用於AC-DC變流電路.定義：PF=有功功率/伏安=P/Vi*I.非正弦波電流有效值:假設基波電流I1落後Vi相位差為α,如圖1.則有用功的功率因數可表示為：P=Vi*I1CosαPF=Vi*I1Cosα/Vi*I=I1Cosα/I基波電流相對值(畸變因數)：Cosα稱為位移因數,
2、所以功率因數為畸變因數與位移因數的乘積.在線性電源中因電流為標准的正弦波,所以I1=I,也就得到線性電源中位移因數圖1.Vi與I1波形Cosα正好等於其功率因數Cosψ,同理當α=0時,PF=I1/I(畸變因數)輸入功率因數與諧波的關系THD(TotalHarmonicDistortion)總諧波失真定義:Ih為所有諧波電流分量的總有效值.由此可得:畸變因數當α=0時計算值與實測值的對比(假設α=0)由測試數據可知,當THD≦5%時,PF值可控制在0.99左右.諧波的產生傳統的開關電源,其輸入電路普遍采用全橋二極管整流,輸出端直接接到大電容(如圖2).此方法雖然不可控整流器電路簡單可靠
3、,但它們會從電網中吸取高峰值電流,使輸入端交流電流波形發生畸變.(如圖3)圖2.圖3.由於電網輸入整流濾波電路直接接到大電容,使得只有在電網輸入的交流電壓幅值高於大電容上的充電電壓時,整流二極管才會導通,而在大部分時間裡整流器都處於截止狀態,這使電流波形變成了非正弦的窄脈沖,產生大量諧波干擾分量.諧波的危害與抑制方法諧波的危害一.產生“二次效應”,即諧波電流流過線路造成諧波電壓降,反過來會使電網電壓(原來是正弦波)也會產生畸變.二.干擾竄入電網,對鄰近儀器的工作工作產生嚴重的電磁干擾.三.造成輸入端功率因數降低.諧波的抑制方法一.無源濾波器(被動式PFC),此方案是在電路的整流器和電容
4、之間串一個濾波電感,或在交流側接入諧振濾波器.主要優點:簡單,成本低,可靠性高,EMI小.主要缺點:尺寸,重量大,難以得到高功率因數(一般可提高到0.8左右)工作性能與頻率,負載變化及輸入電壓變化有關,電感和電容間有大的充放電電流等.二.有源濾波器(主動式PFC),在整流器和大電容之間接入一個Boost電壓變換線路,應用電流反饋的PWM技術,使輸入端電流I1波形跟隨交流輸入正弦電壓波形,可以使I1接近正弦,從而使輸入端THD小於5%,即功率因數可提高到0.99或更高.主要優點:可得到較高的功率因數,如0.95~0.99,THD小,可在較寬的輸入電壓范圍(如90~264Vac)和寬頻率下
5、工作,體積小,重量輕,輸出電壓可保持恆定.主要缺點:電路複雜,MTBF下降,成本高,EMI高.PassivePFC(被動式功率因數校正)被動式PFC具體電路如圖4,圖5為被動式PFC常用電感圖形.圖4.圖5.被動式PFC電感芯心材質一般為硅鋼片---具有大的Bs,低磁導率μ,大的可變磁感應強度ΔB,不易飽和等特點,且硅含量越高,电阻率越大,则损耗越小。通過增加電感,使得在導通期間,電感L與大電容可產生LC諧振,增加整流二極管的導通角(亦即加大周期內的導通時間),使得峰值電流的寬度增大,輻值減小,達到了降代諧波分量,提高功率因數的效果.ActivePFC(主動式功率因數校正)主動式PFC
6、常有電流峰值控制,電流滯環控制,平均電流控制三種控制方法:圖6主動式PFC的電流峰控制電路圖,圖7為控制時電感電流的波形圖.圖6.電流峰控制線路圖圖7.電感電流的波形圖圖中開關管Tr的電流Is被檢測,所得信號IsRi送入比較器.電流基准值由乘法器輸出Z供給,Z=XY.乘法器有兩個輸入,一個輸入X是輸出電壓Vo/H與基准電壓Vref之間的誤差放大信號,另一個輸入Y為電壓Vdc檢測值Vdc/K,Vdc為輸入正弦電壓Vi的全波整流值.因此電流基准為又半波正弦電壓,令電感(輸入)電流的峰值包絡線跟蹤輸入電壓Vdc的波形,使輸入電流與輸入電壓同相位,並接近正弦.閉環系統中的電壓環由分壓器1/H,
7、電壓誤放大(補償)器VA,通過乘法器,電流比較器CA及驅動器等組成.因此,在保持輸入端功率因數接近1的同時,也能保持輸出電壓為穩定值.主動式功率因數校正電感磁芯如圖8為主動式PFC常用磁芯圖面,圖9為電感成品圖片.圖8.圖9.主動式PFC的磁芯一般選用Sendust.Core(鐵銈鋁合金)鐵鎳軟磁合金,也稱為皮莫合金,具有极高的磁导率、极低的矫顽磁力和磁化曲线高矩形比的软磁材料.虽然坡莫合金具有优良的磁特性，但是由于其电阻率比较低，而磁导率又特
