【導(dǎo)讀】功率因數(shù)校正 (PFC) 是客戶(hù)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(jiàn)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(hù)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(jiàn)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(jiàn)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(lái)純電阻（視在功率等于有功功率）。
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(wú)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(guò)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(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS) 的一個(gè)問(wèn)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(lái)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(shuō)，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(guò)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。
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。
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(guò) 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(mǎn)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(lái)積累能量，本質(zhì)上是通過(guò)使用功率因數(shù)校正來(lái)平滑巨大的峰值電流。
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(chēng)為功率因數(shù)校正。
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