開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路原理.ppt

開關(guān)電源功率因數(shù)校正原理,（）,西安賽維培訓(xùn)資料新技術(shù)類,西安賽維 劉長軍,一、什么是功率因數(shù)補償，什么是功率因數(shù)校正： 功率因數(shù)的定義為有功功率與視在功率的比值 功率因素補償:這項技術(shù)主要是針對因具有感性負載的交流用電器具的電壓和電流不同相(圖1)而引起的供電效率低下,提出的改進方法(由于感性負載的電流滯后所加電壓,電壓和電流的相位不同,使供電線路的負擔(dān)加重,導(dǎo)致供電線路效率下降,這就要求在感性用電器具上并聯(lián)一個性質(zhì)相反的電抗元件.用以調(diào)整該用電器具的電壓、電流相位特性.例如:當(dāng)時要求所使用的40W日光燈必須并聯(lián)一個4.75F的電容器).用電容器并聯(lián)在感性負載的兩端,利用電容上電流超前電壓的特性,用以補償電感上電流滯后電壓的特性,使總的特性接近于阻性,從而改善效率低下的方法叫做功率因數(shù)補償(交流電的功率因數(shù)可以用電源電壓與負載電流兩者相位角的余弦函數(shù)值cos表示)。,圖1 在具有感性負載中供電線路中電壓和電流的波形,常規(guī)開關(guān)電源功率因數(shù)低是由于開關(guān)電源都是在整流后,用一個大容量的濾波電容使輸出電壓平滑,因此負載特性呈現(xiàn)容性.這就造成了交流220V在整流后,由于濾波電容的充、放電作用,在其兩端的直流電壓上出現(xiàn)略呈鋸齒波的紋波.濾波電容上電壓的最小值遠非為零,與其最大值(紋波峰值)相差并不多.,圖2 全波整流電壓和AC輸入電流波形,因為根據(jù)整流二極管的單向?qū)щ娦?只有在AC線路電壓瞬時值高于濾波電容上的電壓時,整流二極管才會因正向偏置而導(dǎo)通,而當(dāng)AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上的電壓時,整流二極管因反向偏置而截止.也就是說,在AC線路電壓的每個半周期內(nèi),只是在其峰值附近,二極管才會導(dǎo)通.雖然AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形,但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖,如圖2所示.這種嚴重失真的電流波形含有大量的諧波成份,引起線路功率因數(shù)嚴重下降. 在正半個周期內(nèi)(180),整流二極管的導(dǎo)通角大大小于180,甚至只有3070.由于要保證負載功率的要求,在極窄的導(dǎo)通角期間,會產(chǎn)生極大的導(dǎo)通電流,使供電電路中的供電電流呈脈沖狀態(tài).它不僅降低了供電的效率,更為嚴重的是,它在供電線路容量不足或電路負載較大時,會產(chǎn)生嚴重的交流電壓波形畸變(圖3),并產(chǎn)生多次諧波,從而干擾了其它用電器具的正常工作(這就是電磁干擾EMI和電磁兼容EMC問題)。,圖3 正常供電電壓波形和接入容性負載后電壓波形畸變,二、怎樣進行功率因數(shù)校正： 1、功率因數(shù)校正:(PFC) 我們目前使用的電視機,由于采用了高效的開關(guān)電源,而開關(guān)電源內(nèi)部電源輸入部分,無一例外的采用了二極管全波整流及濾波電路,如圖4A所示,其電壓和電流波形如圖4B所示。,圖4 全橋整流濾波電路及電壓和電流波形圖,如果在整流濾波后不加濾波電路,僅為足性負載時,輸入電流即為正弦波.并且與電源電壓同相位,功率因數(shù)為1.因此,功率因數(shù)校正電路的基本思想就是將整流電路與濾波電容隔開,使整流電路由電容性負載變成電阻性負載. 功率因數(shù)校正電路其實就是一個AC/DC變換器.它是利用脈沖波寬度調(diào)變(PWM)技術(shù)來調(diào)整輸入功率的大小,以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢撦d所需的功率.脈沖波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)將直流輸入電壓變換成一串電壓脈沖波,隨后利用變壓器和快速二極管將其轉(zhuǎn)換成平滑的直流電壓輸出.這個輸出電壓隨即與一個參考電壓進行比較,所產(chǎn)生的電壓差反饋至PWM控制器.這個誤差電壓信號用來改變脈沖波寬度的大小.如果輸出電壓過高,脈沖波電壓會減小,進而使輸出電壓降低,使輸出電壓恢復(fù)至正常輸出值. PFC電路就是利用這個方法,但是加入了一個電路,使的來自交流電源的電流是一個正弦波并與交流電壓同相位.此時誤差電壓信號的調(diào)變是由整流后的交流電壓和輸出電壓的變化來控制的,最后誤差電壓信號反饋至PWM控制器.也就是說,當(dāng)交流電壓高時,PFC電路就從交流電源吸取較多的功率;反之,若交流電壓較低,則吸收較少的功率,這樣就可以抑制交流電流諧波的產(chǎn)生.,為了抑制電流波形的畸變及提高功率因數(shù),現(xiàn)代的功率較大(大于85W)具有開關(guān)電源(容性負載)的用電器具,必須采用PFC措施,PFC分為有源PFC和無源PFC兩種方式。 2、無源PFC電路： 不使用晶體管等有源器件組成的校正電路,一般由二極管、電阻、電容和電感等無源器件組成。 這種電路主要是在整流橋堆和濾波電容之間加一只電感(適當(dāng)選取電感量),利用電感上電流