PFC簡(jiǎn)介
PFC的英文全稱為“PowerFactorCorrection”,意思是“功率因數(shù)校正”,作用是對(duì)輸入電流波形進(jìn)行控制,使其同步輸入電壓波形。功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關(guān)系,也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度,當(dāng)功率因素值越大,代表其電力利用率越高。開(kāi)關(guān)電源是一種電容輸入型電路,其電流和電壓之間的相位差會(huì)造成交換功率的損失,此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種,一種為被動(dòng)式PFC(也稱無(wú)源PFC)和主動(dòng)式PFC(也稱有源式PFC)。
PFC電路分類與作用
1、被動(dòng)式PFC
被動(dòng)式PFC一般分“電感補(bǔ)償式”和“填谷電路式(ValleyFillCircuit)”“電感補(bǔ)償方法”是使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數(shù),被動(dòng)式PFC包括靜音式被動(dòng)PFC和非靜音式被動(dòng)PFC。被動(dòng)式PFC的功率因數(shù)只能達(dá)到0.7~0.8,它一般在高壓濾波電容附近?!?/p>
填谷電路式”屬于一種新型無(wú)源功率因數(shù)校正電路,其特點(diǎn)是利用整流橋后面的填谷電路來(lái)大幅度增加整流管的導(dǎo)通角,通過(guò)填平谷點(diǎn),使輸入電流從尖峰脈沖變?yōu)榻咏谡也ǖ牟ㄐ?,將功率因?shù)提高到0.9左右,顯著降低總諧波失真。與傳統(tǒng)的電感式無(wú)源功率因數(shù)校正電路相比,其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,功率因數(shù)補(bǔ)償效果顯著,并且在輸入電路中不需要使用體積大重量沉的大電感器。
2、主動(dòng)式PFC
主動(dòng)式PFC則由電感電容及電子元器件組成,體積小、通過(guò)專用IC去調(diào)整電流的波形,對(duì)電流電壓間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。主動(dòng)式PFC可以達(dá)到較高的功率因數(shù)──通??蛇_(dá)98%以上,但成本也相對(duì)較高。此外,主動(dòng)式PFC還可用作輔助電源,因此在使用主動(dòng)式PFC電路中,往往不需要待機(jī)變壓器,而且主動(dòng)式PFC輸出直流電壓的紋波很小,這種電源不必采用很大容量的濾波電容。
解析pfc電路基本結(jié)構(gòu)和工作原理
圖1為未加入PFC電路的整流電路的原理方框圖,圖2為工作波形。通過(guò)分析,我們可以看出.未加入PFC電路的整流電路穩(wěn)定工作以后,只有在市電電壓的正負(fù)峰值附近二極管才導(dǎo)通,產(chǎn)生脈沖電流。造成離線電源功率因數(shù)降低的原因在于電流的導(dǎo)通角太小,在半個(gè)周期內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180°,提高功率因數(shù)就要設(shè)法使電流的波形在整個(gè)周期內(nèi)追蹤電壓的波形。
既然造成導(dǎo)通角太小的原因是整流器后面接人的大容量濾波電容,有源PFC電路基本思想就是在整流器和大容量濾波電容之間加入一級(jí)初級(jí)調(diào)整,把兩者進(jìn)行隔離,此PFC初級(jí)調(diào)整變換器輸出一個(gè)基本穩(wěn)定的DC電壓,同時(shí)其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規(guī)律變化。
圖3所示電路為加入PFC電路的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。通過(guò)比較,我們可以比較明確看出PFC電路在電源電路結(jié)構(gòu)中的位置和作用。盡管PFC電路的具體形式繁多,不盡相同,工作模式也不一樣(CCM電流連續(xù)型、DCM不連續(xù)型、CRM臨界型),但基本的結(jié)構(gòu)大同小異,大部分都是采用升壓的boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因?yàn)檫@種電路形式優(yōu)點(diǎn)比較多。這也是一種典型的升壓開(kāi)關(guān)電路,基本的思想就是前面說(shuō)的把整流電路和大濾波電容分割,通過(guò)控制PFC開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。工作原理并不復(fù)雜,徹底搞清楚這個(gè)基本電路的原理,就能觸類旁通,給獨(dú)立分析電路打下基礎(chǔ)。在這個(gè)電路中,PFC電感L在MOS開(kāi)關(guān)管0導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量,在開(kāi)關(guān)管截止時(shí),電感L上感應(yīng)出右正左負(fù)的電壓,將導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量通過(guò)升壓二極管Dl對(duì)大的濾波電容充電,輸出能量,只不過(guò)其輸入的電壓是沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波的脈動(dòng)電壓。值得注意的是,平板電視大部分PFC電感L上大都并聯(lián)著一個(gè)二極管D2,該二極管D2具有保護(hù)作用。
大家知道:PFC電路后面大的儲(chǔ)能濾波電容C和PFC電感L是串聯(lián)的,由于電感L上的電流不能突變,就對(duì)大的濾波電容C的浪涌電流起了限制作用。
并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2.由于沒(méi)有電感的限制作用,對(duì)濾波電容的沖擊反而會(huì)更大,但它可以保護(hù)升壓二圾管,特別是PFC開(kāi)關(guān)管。D1是快速恢復(fù)二極管(由于開(kāi)關(guān)管是在電感電流不為零的時(shí)候關(guān)斷的,需要承受更大的應(yīng)力,要求二極管有極低甚至為零的反向恢復(fù)電流),承受浪涌電流的能力較弱。減小反向恢復(fù)電流和提高浪涌電壓承載力是相互牽制的,而D2所采用的是普通的整流二極管,承受浪涌電流的能力很強(qiáng),如1N5407的額定電流3A.浪涌電流可達(dá)200A。
該保護(hù)二極管D2表面上降低的是對(duì)PFC電感和升壓二極管的浪涌沖擊,但實(shí)際上還有一個(gè)重要的作用:保護(hù)PFC開(kāi)關(guān)管。
在開(kāi)機(jī)的瞬間,濾波電容的電壓尚未建立,由于要對(duì)大電容充電.通過(guò)PFC電感的電流相對(duì)比較大。如果在電源開(kāi)關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值時(shí),對(duì)電容充電的過(guò)程中PFC電感L有可能會(huì)出現(xiàn)磁飽和的情況,此時(shí)PFC電路工作就麻煩了,在磁飽和的情況下,流過(guò)PFC開(kāi)關(guān)管的電流就會(huì)失去限制,燒壞開(kāi)關(guān)管。為防止悲劇發(fā)生,一種方法是對(duì)PFC電路工作的工作時(shí)序加以控制,即當(dāng)對(duì)大電容的充電完成以后,再啟動(dòng)PFC電路:另一種比較簡(jiǎn)單的辦法就是在PFC線圈到升壓二極管上并聯(lián)一只二極管旁路。啟動(dòng)的瞬間,給大電容的充電提供另一個(gè)支路,防止大電流流過(guò)PFC線圈造成飽和,過(guò)流損壞開(kāi)關(guān)管,
保護(hù)開(kāi)關(guān)管,同時(shí)該保護(hù)二極管D2也分流了升壓二極管D1上的電流,保護(hù)了升壓二極管。另外,D2的加入使得對(duì)大電容充電過(guò)程加快.其上的電壓及時(shí)建立,也能使PFC電路的電壓反饋環(huán)路及時(shí)工作,減小開(kāi)機(jī)時(shí)PFC開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間.使PFC電路盡快正常工作?!?,綜上所述,以上電路中二極管D2的作用是在開(kāi)機(jī)瞬間或負(fù)載短路、PFC輸出電壓低于輸入電壓的非正常狀況下給電容提供充電路徑,防止PFC電感磁飽和對(duì)PFCMOS管造成的危險(xiǎn),同時(shí)也減輕了PFC電感和升壓二極管的負(fù)擔(dān),起到保護(hù)作用。在開(kāi)機(jī)正常工作以后,由于D2右面為B+PFC輸出電壓,電壓比左面高,D2呈反偏截止?fàn)顟B(tài),對(duì)電路的工作沒(méi)有影響,D2可選用可承受較大浪涌電流的普通大電流的整流二極管。在有些電源中,PFC后面的電容容量不大,也有的沒(méi)有接入保護(hù)二極管D2,但如果PFC后面是使用大容量的濾波電容,此二極管是不能減少的,對(duì)電路的安全性有著重要的意義。
評(píng)論
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