PFC 电路原理.pdf

PFC電路原理 全勇 05/08/ 目 錄 • 1.PF的相關知識 • 2. AC-DC電路的輸入電流諧波分量 和功率因數 • 3.提高AC-DC電路輸入端功率因數 和減小電流諧波的主要方法 • 4 . Boost功率因數校正器(Boost- APFC)的工作原理 • 5 . APFC集成控制電路的工作原理 簡介 1.正弦電路的功率因數 任一網路N在圖示關聯參考方向下, 輸入網路的暫態功率P等於電壓與電 流瞬時值的乘積, 即: p=u*i 設正弦電壓和電流分別爲: u=U*Sinωt i=I*Sin(ωt-φ) (φ爲埠電壓與電流的相位差) 則有p=u*I=U*Sinωt*U*Sin(ωt-φ)=U*I*[Cosφ-Cos(2ωt-φ)] 可見暫態功率是由恒定分量UICos φ和正弦分量兩部分組成, 正弦分量的 頻率是電壓頻率的兩倍. 其中感性網路中 φ0, 容性網路中 φ0. 此時電壓和 電流的波形如圖. 由圖可見在每一個周期內有兩段時間內u和I的實際方向相 反, 此時p0, 即網路內部儲能元件把儲存的電磁能量返回電源的緣故 暫態功率的實際意義不大, 通常用平均功率 P(又稱有功功率)來反映網路實際吸 收的功率. 根據定義 : T T [ ϕ− (2ω −ϕ)] P= 1 * = 1 *∫ UI Cos Cos t dt T ∫ pdt T 0 0 =U*I*Cos φ (也就是阻抗角 Cos φ稱爲電路的功率因數, φ功率因數角 ), 當電流與電壓 的參考方向相同時, UICos φ表示吸收功率. 電路的功率因數直接影響發電設備的利用率, 如一額定電壓 UN=1000V, 額 定電流 IN=100A 的發電機, 在負載功率因數為 0.5 時只能發出 1000*100*0.5=50KW 只有當負載的功率因數為 1 時, 才能發出 100KW 的功率. 另一方面當輸送相同的 功率時, 功率因數低, 則電流就大, 流過線路時, 損耗也就增大. 2.AC-DC電路的輸入電流諧波分量和功率因數 在AC-DC開關電源的輸入端, AC電源經全波整流後, 一般接一個大電容, 如圖, 以得到波形比較平直的直流電壓. 整流器—電容濾波電路是一種非線性 元件和儲能元件的組合. 因此, 雖然輸入正弦交流電壓, 但電流波形卻嚴重畸 變, 呈脈衝狀, 如圖. 由此可見, 大量應用整流電路, 會使電網供給嚴重畸變的非 正弦電流, 造成的嚴重後果是: 諧波電流對電網有嚴重的危害, 並且輸入端功率因數下降 . 脈衝狀的輸入電流, 含有大量諧波, 一方面使諧波躁音水平提高, 同時在 AC – DC整流電流的輸入端必需增加濾波器. 對上圖的電流波形, 可用傅里葉 級數展開, 得到各次諧波分量的百分比, 總的諧波電流分量(或稱總諧波畸變 Total Harmonic Distortion)用THD表示. 大量的電流諧波分量倒流入電網(稱為Harmonic Emission), 造成對電網的諧波” 污染”. 一方面產生”二次效應”, 即電流流過線路阻抗造成諧波電壓降, 反 過來使電網電壓(原來是正絃波)也產生畸變; 另一方面, 會造成電路故障, 使變 電設備損壞 上面講到正弦電路的功率因數用Cosφ表示. 由於整流電路中二極管的非線 性, 儘管輸入電壓為正弦, 電流卻為嚴重非正弦, 因此正弦電路