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新手不容忽視的無源PFC電路原理分析

發(fā)布時間:2015-10-12 責任編輯:sherry

【導讀】作為一種比較基礎(chǔ)的PFC方式,剛剛開始接觸電路設(shè)計工作的新人工程師們還是有必要了解一下無源PFC電路工作原理知識的。在今天的文章中,我們將會就這種電路設(shè)計和工作運行原理知識,進行簡要介紹。
 
無源PFC電路在實際應用的過程中,由于其成本相對較低,因此曾經(jīng)一度得到了廣泛的應用。不過,這種PFC電路設(shè)計方式目前已經(jīng)逐漸開始被有源PFC電路所代替。盡管如此,作為一種比較基礎(chǔ)的PFC方式,剛剛開始接觸電路設(shè)計工作的新人工程師們還是有必要了解一下無源PFC電路工作原理知識的。在今天的文章中,我們將會就這種電路設(shè)計和工作運行原理知識,進行簡要介紹。
 
所謂的無源PFC電路,顧名思義,就是在其電路設(shè)計的過程中并不使用晶體管等有源電子元器件,換句話說,這種PFC電路是由二極管、電阻、電容和電感等無源元件組成。無源PFC電路有很多類型,其中比較簡單的無源PFC電路由三只二極管和兩只電容組成,這種比較基礎(chǔ)的電路設(shè)計圖如下圖圖1所示。
PFC方式
接下來我們就以圖1中所展示的無源PFC電路設(shè)計圖為例,來為大家介紹一下這種PFC電路工作運行原理情況。從圖1中可以看到,當50Hz的AC線路電壓按正弦規(guī)律,由0向峰值Vm變化的1/4周期內(nèi),該系統(tǒng)的橋式整流器中,二極管VD2和VD3導通,與之相對應的是二極管VD1和VD4截止,此時電流對電容C1并經(jīng)二極管VD6對C2充電。當VAC,瞬時值達到Vm,因C1=C2,故電容C1、C2上的電壓相同,均為二分之一Vm,當AC線路電壓從峰值開始下降時,電容C1通過負載和二極管VD5迅速放電,并且下降速率比AC電壓按正弦規(guī)律下降快得多,因此直到AC電壓瞬時值達到1/2Vm之前,二極管VD2和VD3一直導通。當瞬時AC電壓幅值小于1/2Vm時,電容C2通過VD7和負載放電。當AC輸入電壓瞬時值低于電路的DC總線電壓時,二極管VD2和VD3截止,此時AC電流不能通過整流二極管,于是IAC出現(xiàn)死區(qū)。在AC電壓的負半周開始后的一段時間內(nèi),VD1和VD4不會馬上導通。只有在AC瞬時電壓高于橋式整流輸出端的DC電壓時,VD1和VD4才能因正向偏置而導通。一旦二極管VD1和VD4導通,電容C1和C2再次被充電,于是出現(xiàn)與正半周類似的情況,此時我們可以得到圖2所示的AC線路輸入電壓VAC和電流IAC波形。
 
從下圖圖2所提供的輸入電壓和電流波形圖中我們可以看出,采用無源PFC電路取代單只電容濾波,整流二極管導通角明顯增大,且這一二極管導通角度明顯大于120°,而AC輸入電流波形則會變得平滑一些。在選擇C1=C2=10μF/400V的情況下,線路功率因數(shù)可達0.92~0.94,三次電流諧波僅約12%,五次諧波約18%,總諧波失真THD約28~30%。
PFC方式
在對無源PFC電路工作原理進行簡要的分析后我們可以看到,盡管這種低成本的PFC電路具有一定的優(yōu)勢,但是其顯著缺點就是DC輸出電壓紋波較大,數(shù)值偏低,而且這種PFC的電流諧波成份不能完全達到低畸變要求,同時還會相應的增大電路設(shè)計的難度。這也就是為什么近年來有源PFC設(shè)計越發(fā)占據(jù)優(yōu)勢的重要原因所在。
 
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