功率因数校正之分析
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漫谈PFC的原理与实现PFC(Power Factor Correction)即功率因数校正,是一种通过电子设备来改善电源系统功率因数的技术。
在传统的电源系统中,由于非线性负载的存在,电流和电压之间出现了相位差,从而导致功率因数较低。
低功率因数会造成电网供电能力的浪费,对供电设备和线路的损耗加大,同时也会产生电网污染。
PFC技术的实现原理主要有三种:被动PFC、主动PFC和混合PFC。
被动PFC主要通过电感和电容构成LC滤波网络,使得电源输入电流与电源输入电压之间达到一定的相位差,实现功率因数的校正。
它可以简单、成本低廉,但在电源负载变化较大的情况下,效果较差。
同时,被动PFC对负载变化的响应较慢,难以满足高性能电子设备对电源质量的要求。
主动PFC则通过将电源的输入电流与输入电压进行精确的控制,使得输入电流能够与输入电压保持相位同步,从而实现功率因数的校正。
主动PFC一般采用桥式变流器和直流电压连接到负载的电容网络,并通过控制开关管的通断情况来控制输入电流的形状和相位位置。
主动PFC具有快速响应、高精度的特点,能够有效地提高功率因数,但成本较高。
混合PFC则是将被动PFC和主动PFC技术结合起来,取两者之长,弥补各自的不足。
混合PFC常常采用LC滤波网络作为前级滤波,通过电感和电容限制谐波电流,进而减小对负载变化的敏感度。
然后通过主动PFC控制器对谐波进行反馈控制,实现功率因数的校正。
混合PFC技术可以在保证高效性能的同时,降低系统成本,提高电源系统的可靠性和稳定性。
实现PFC的关键在于控制输入电流与输入电压之间的相位差,从而使得功率因数接近1、常见的控制方法包括辅助电源的采样反馈、基于模拟电路的控制、基于数字信号处理器(DSP)的控制和基于微控制器(MCU)的控制等。
辅助电源采样反馈法通过对输入电流进行采样和测量,然后反馈给控制器进行计算和控制,从而实现功率因数的校正。
这种方法实现简单,但精度不高,对负载变化响应较慢。
boost电路功率因数校正原理
Boost电路的功率因数校正(PFC)原理主要涉及对输入电流和电压的相位和波形进行控制,以实现高功率因数。
以下是其工作原理:
1. 电压闭环控制:用于稳定输出电压。
电压控制器产生控制指令(电压控制器的输出称为电压控制指令)。
2. 电流闭环控制:为了使电感电流能够跟踪整流桥输出的“馒头波”波形(这样输入电流能够成为正弦波并与输入电压同相位),需要添加电流闭环来控制电感电流。
将电压控制指令与整流桥输出电压采样相乘,形成“馒头波”式的控制指令,作为电流控制器的参考给定值。
3. 电流控制器:其输出的控制指令就是开关管的占空比,经开关管驱动控制开关管通断,以控制电感电流跟踪参考给定值并稳定输出电压。
4. 控制电感电流:通过控制电感电流跟踪参考给定值,使得电感电流(橙色)在参考给定值(蓝色)的附近上下环绕,电感电流近似为“馒头波”。
5. 输入电流和电压的控制:经过PFC控制,输入电流(橙色)呈毛刺状正
弦波,且与输入电压(蓝色)基本同相位,达到了功率因数校正的目的。
总之,Boost电路的PFC通过调整输入电流和电压的波形和相位,使其尽
可能接近正弦波并保持同相位,从而提高电源的功率因数,减小谐波失真。
功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。
PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术,其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。
PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数,更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个,一个是线路电压与电流之间的相位角中,另一个是电流或电压的波形失真。
前一个原因人们是比较熟悉的。
而后者在电工学等书籍中却从未涉及。
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值,即PF=P/S 。
对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时,功率因数PF 即为COS Φ。
由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载,所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。
这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6),说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用,输出大量的无功功率,致使输电效率降低。
为提高负载功率因数,往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器,这种方法称为并联补偿。
PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”,它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹,并使电流与电压保持同相位,使系统呈纯电阻性的技术措施。
长期以来,像开关型电源和电子镇流器等产品,都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。
由于滤波电容的充、放电作用,在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零,与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据桥式整流二极管的单向导电性,只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时,整流二极管才会因正向偏置而导通,而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时,整流二极管因反向偏置而截止。