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功率因數(shù)校正基礎(chǔ)知識(shí)

發(fā)布時(shí)間:2023-09-10 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】功率因數(shù)校正 (PFC) 是客戶在選擇電源時(shí)尋求的功能之一,因?yàn)樗鼘?duì)設(shè)備的整體效率起著巨大的作用。本文檔介紹了功率因數(shù)校正 (PFC) 的基本事實(shí)和原理以及管理該功能的法規(guī)。它還討論了常見的原因以及為了獲得 PFC 應(yīng)避免的事情。


簡(jiǎn)介

功率因數(shù)校正 (PFC) 是客戶在選擇電源時(shí)尋求的功能之一,因?yàn)樗鼘?duì)設(shè)備的整體效率起著巨大的作用。本文檔介紹了功率因數(shù)校正 (PFC) 的基本事實(shí)和原理以及管理該功能的法規(guī)。它還討論了常見的原因以及為了獲得 PFC 應(yīng)避免的事情。

什么是功率因數(shù)

功率因數(shù) (pf) 定義為有功功率 (P) 與視在功率 (S) 之比,或表示電流和電壓之間的相位角的余弦(對(duì)于電流和電壓的純正弦波)和電壓波形(見圖1)。功率因數(shù)可以在 0 到 1 之間變化,并且可以是感性的(滯后,指向上)或容性的(超前,指向下)。為了減少感應(yīng)滯后,添加電容器直至 pf 等于 1。當(dāng)電流和電壓波形同相時(shí),功率因數(shù)為 1 (cos (0°) = 1)。使功率因數(shù)等于 1 的全部目的是使電路看起來純電阻(視在功率等于有功功率)。


功率因數(shù)校正基礎(chǔ)知識(shí)


有功功率(瓦)產(chǎn)生實(shí)際功;這是能量傳輸部分(例如電到電機(jī)的轉(zhuǎn)速)。無功功率是產(chǎn)生磁場(chǎng)(損耗功率)以完成實(shí)際工作所需的功率,其中視在功率被視為電力公司提供的總功率,如圖 1 所示。該總功率為通過主電源提供的電力,以產(chǎn)生所需的有功功率。

效率低下的原因

開關(guān)模式電源 (SMPS) 的一個(gè)問題是它們不使用任何形式的功率因數(shù)校正,并且輸入電容器 CIN(如圖 4 所示)僅在 VIN 接近 VPEAK 或 VIN 為大于電容器電壓VCIN。如果 CIN 是使用輸入電壓頻率設(shè)計(jì)的,則電流看起來會(huì)更接近輸入波形(取決于負(fù)載);然而,主線上的任何微小中斷都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面反應(yīng)。也就是說,在設(shè)計(jì)SMPS時(shí),CIN的保持時(shí)間設(shè)計(jì)得大于VIN的頻率,這樣,如果VIN出現(xiàn)毛刺,錯(cuò)過幾個(gè)周期,CIN將有足夠的能量存儲(chǔ)以繼續(xù)為其負(fù)載供電。




功率因數(shù)校正基礎(chǔ)知識(shí)


圖 3 表示 VCIN(t)(如圖 4 中的電路所示)的理論結(jié)果,負(fù)載非常輕,因此 CIN 放電非常少。隨著負(fù)載阻抗的增加,后續(xù)峰值之間的 VCIN(t) 將會(huì)有更多的壓降,但相對(duì)于總 VIN 只占很小的百分比(例如,輸入為 120V,可能會(huì)出現(xiàn) 3-5 伏的壓降。如前所述,只有當(dāng) VIN 大于其存儲(chǔ)電壓時(shí),CIN 才會(huì)充電,這意味著非 PFC 電路只會(huì)在整個(gè)周期時(shí)間內(nèi)為 CIN 充電一小部分。


功率因數(shù)校正基礎(chǔ)知識(shí)


90 度后(圖 4),電橋的半周期降至電容器電壓 (CIN) 以下;它對(duì)電橋進(jìn)行反向偏置,抑制電流流入電容器(通過 VIN)。注意電感的輸入電流尖峰有多大。供應(yīng)鏈中的所有電路(墻壁布線、電橋中的二極管、斷路器等)必須能夠承載如此巨大的峰值電流。在這些短時(shí)間內(nèi),CIN 必須充滿電,因此會(huì)從 VIN 中汲取短時(shí)間內(nèi)的大電流脈沖。有一種方法可以平均這個(gè)尖峰,這樣它就可以使用周期的剩余時(shí)間來積累能量,本質(zhì)上是通過使用功率因數(shù)校正來平滑巨大的峰值電流。


功率因數(shù)校正基礎(chǔ)知識(shí)


為了更緊密地跟隨 VIN 并且不產(chǎn)生這些高幅度電流脈沖,CIN 必須在整個(gè)周期內(nèi)充電,而不僅僅是其中的一小部分。當(dāng)今的非線性負(fù)載使得我們不可能知道何時(shí)需要大的浪涌電流,因此在整個(gè)周期內(nèi)保持電容器的浪涌恒定是有益的,并且允許使用更小的CIN。這種方法稱為功率因數(shù)校正。


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