模块电源的有源功率因数校正

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模块电源的有源功率因数校正 [复制链接]

近年来，随着电子技术的发展，各种办公自动化设备，家用电器，计算机被大量使用。这些设备的内部都需要一个将市电转化为直流的电源部分。在这个转换过程中，由于一些非线性元件的存在，导致输入的交流电压虽然是正弦的，但输入的交流电流却严重畸变，包含大量谐波。而谐波的存在，不但降低了输入电路的功率因数，而且对公共电力系统产生污染，造成电路故障。模块电源 ，开关电源   ，电源模块，军品电源
有源功率因数校正技术能够解决上述问题，实现各种电源装置网侧电流正弦化，使功率因数接近1，极大地减少电流的高次谐波，消除无功损耗。本文旨在阐明功率因数校正的基本原理，分析功率因数校正变换器的实现方法，进而提出设计变换器的相关要求。
2  有源功率因数校正的基本原理
一般开关电源的输入整流电路为图1所示。

市电经整流后对电容充电,其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。

这种电流除了基波分量外还含有大量的谐波，其有效值I为：
I=
式中，I1，I2，…… In，……分别为电流基波分量与次谐波电流的有效值。
谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变，我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD（Total Harmonic Distortion）：
THD=                        （1）
用来衡量电网的污染程度。
   模块电源 ，开关电源   ，电源模块，军品电源功率因数（PF）定义为有功功率（P）与视在功率（S）的比值，如下式：
PF=                         （2）
式中：U为电网电压有效值
Cos 为基波电压、基波电流位移因数
I1／I为电网电流畸变因数
当 =0时，由式（1）、（2）可见功率因数与总谐波畸变THD的关系为：
    PF=                                   （3）
由式（3）可见THD越小，功率因数越高。因此改善开关整流设备功率因数的关键就是要降低THD。
综上所述，只要设法抑制输入电流中的谐波分量，通过电路方法，将输入电流波形校正为或无限接近正弦波，即可实现功率因数校正。
为此在整流器和负载之间接入一个DC-DC开关变换器，应用电压、电流反馈技术，使输入端电流波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使输入电流接近正弦。从而使输入端THD小于5%，而功率因数可提高到0.99或更高。由于这个方案中应用了有源器件，故称为有源功率因数校正（APFC）。
3  有源功率因数校正的实现方法
模块电源 ，开关电源   ，电源模块，军品电源实现功率因数校正的电路有很多，从原理上说，任何一种DC-DC变换器拓扑都可以用作功率因数校正（PFC）的主电路。但是由于Boost变换器具有诸多优点，大部分功率因数校正都用它来作主电路。以Boost变换器为基础，基本的PFC电路可分为三类：硬开关PFC电路，软开关PFC电路，隔离式PFC电路。
3.1  硬开关PFC电路
图3为一个Boost硬开关PFC电路的原理图。由于功率开关管的开通
或关断是在器件上的电压或电流不为零的状态下进行的，即强迫器件在其电压不为零时开通，或电流不为零时关断，所以称之为硬开关PFC电路。由图可见，主电路由单相桥式整流器和DC-DC Boost变换器组成，虚线框内为控制电路，包括：电压误差放大器VA及基准电压Vr，电流误差放大器CA，乘法器M，脉宽调制器和驱动器等，负载可以是一个开关电源。

PFC的工作原理如下：主电路的输出电压VO和基准电压Vr比较后，输入给电压误差放大器VA，整流电压Vdc检测值VA的输出电压信号共同加到乘法器M的输入端，乘法器M的输出则作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流is检测值比较后，经过电流误差放大器CA加到PWM（图中未画出）及驱动器，以控制开关Tr的通断，从而使输入电流（即电感电流）iL的波形与整流电压Vdc的波形基本一致，使电流谐波大为减少，提高了输入端功率。由于功率因数校正器同时保持输出电压恒定，使下一级开关电源设计更容易些。
硬开关PFC电路具有输入电流连续，EMI小；电感电流即输入电流，便于电流控制；输入端电感可吸收电网电压尖峰；容易驱动，发射极（源极）电位为零等优点。但同时该电路也存在着缺点，即Tr管承受较大的电流应力和开通功耗，同时会产生很大的难以克服的电磁噪声，Tr容易损坏。
3.2  软开关PFC电路
图4为一个软开关PFC电路的原理图。所谓软开关指的是零电压开关或零电流开关。它是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断；或电压为零时，使器件开通，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆赫（MHz）级水平。
由图可见，模块电源 ，开关电源   ，电源模块，军品电源在主开关Tr上除并联有谐振电容Cr外，还并联有一个谐振电感支路，由谐振电感Lr、辅助开关Tr1及二极管D1组成。辅助开关Tr1先于主开关Tr导通，使谐振网络工作。电容电压（即主开关电压）谐振下降到零，创造了主开关零电压导通的条件。同时谐振电感电流线性上升，而二极管D的电流线性下降直到零，D在零电流下关断。

控制电路如图4下半部分所示，采用双环控制原则。外环为电压环，起稳定输出电压的作用，内环为电流环，把桥整后的电压取样信号与电压误差放大器的输出信号相乘，作为电流环的电流基准信号。用Rs取样入端电流信号作为电流环的另一输入，其输出信号与定频锯齿波比较SPWM控制信号，此信号经处理生成Tr和Tr1的控制信号。
软开关PFC电路的主要优点是：主开关管零电压导通；二极管D能零电流截止，因此在输出大功率、高电压情况下应用，可避免因二极管反向恢复使关断损耗过大的问题；电流与电压应力小。它的不足之处是辅助开关Tr1不在软开关条件下运行，具有一定的损耗。
3.3  隔离式PFC电路
图5为一基本Boost单级隔离式PFC电路的原理图。图中L为升压电感，它对输入电流进行整流，使得输入电流满足电流谐波标准。开关Tr将功率因数校正级和电压变换级合成一级，用普通的PWM芯片控制开关的通断，电路就能同时满足输入侧高功率因数和输出电压的稳定与快速调节。储能电容既作为前级的输出又作为后级的输入。

与两级PFC技术（即前级进行功率因数校正，后级通过PWM控制完成输出电压的快速调节）比较，这种PFC方案仅要求一个电压控制环，控制简单、成本低廉、便于应用。但储能电容产生的峰值电流和电压较大，并引起很大的关断损耗，导致产生严重的电磁干扰（EMI）。模块电源 ，开关电源   ，电源模块，军品电源

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这些全是发不到博客的文章，搞不懂问题出在哪里了

gaoxiao

现在多是感性负载，最简单的办法就是并联电容就ok啦！