PFC原理与种类特点ppt课件.ppt

PFC PowerFactorCorrection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Cos 表示 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 如圖1 則有用功的功率因數可表示為 P Vi I1Cos PF Vi I1Cos Vi I I1Cos I基波電流相對值 畸變因數 Cos 稱為位移因數 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Cos 正好等於其功率因數Cos 同理當 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 0時計算值與實測值的對比 假設 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 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 大的可變磁感應強度 B 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 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 而磁导率又特别高 很难在很高频率场合应用 同时价格比较昂贵 一般机械应力对磁性能影响显著 通常卷绕成环状 并装在非磁的保护壳内 電源應用PFC情況 帶有115Vac 230Vac切換的電源在230Vac時有被動式PFC 在115Vac時無 原因 115Vac輸入時 電路有倍壓功能 AC輸入部分將因倍壓路線而引起不再經過濾波電感 且濾波電感的設計在115Vac與230Vac應用時是不一樣的 所以一個電感只可用於一種輸入條件下 但現在也有三端被動式PFC電感可同時用115Vac 230Vac兩種輸入 只是不同輸入電流時所經過的線路是不一樣 三端PFC電感相當於當兩個電感應用 180Vac 264Vac主動式PFC此PFC電感只在高壓下