【導(dǎo)讀】如何校正開關(guān)電源的功率因素呢?這里介紹什么是功率因數(shù)補(bǔ)償,什么是功率因數(shù)校正,以及如何去校正?
什么是功率因數(shù)補(bǔ)償,什么是功率因數(shù)校正:
功率因數(shù)補(bǔ)償:在上世紀(jì)五十年代,已經(jīng)針對具有感性負(fù)載的交流用電器具的電壓和電流不同相(圖1)從而引起的供電效率低下提出了改進(jìn)方法(由于感性負(fù)載的電流滯后所加電壓,由于電壓和電流的相位不同使供電線路的負(fù)擔(dān)加重導(dǎo)致供電線路效率下降,這就要求在感性用電器具上并聯(lián)一個電容器用以調(diào)整其該用電器具的電壓、電流相位特性,例如:當(dāng)時要求所使用的40W日光燈必須并聯(lián)一個4.75μF的電容器)。用電容器并連在感性負(fù)載,利用其電容上電流超前電壓的特性用以補(bǔ)償電感上電流滯后電壓的特性來使總的特性接近于阻性,從而改善效率低下的方法叫功率因數(shù)補(bǔ)償(交流電的功率因數(shù)可以用電源電壓與負(fù)載電流兩者相位角的余弦函數(shù)值cosφ表示)。
圖1 在具有感性負(fù)載中供電線路中電壓和電流的波形
而在上世紀(jì)80年代起,用電器具大量的采用效率高的開關(guān)電源,由于開關(guān)電源都是在整流后用一個大容量的濾波電容,使該用電器具的負(fù)載特性呈現(xiàn)容性,這就造成了交流220V在對該用電器具供電時,由于濾波電容的充、放電作用,在其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值遠(yuǎn)非為零,與其最大值(紋波峰值)相差并不多。根據(jù)整流二極管的單向?qū)щ娦?,只有在AC線路電壓瞬時值高于濾波電容上的電壓時,整流二極管才會因正向偏置而導(dǎo)通,而當(dāng)AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上的電壓時,整流二極管因反向偏置而截止。也就是說,在AC線路電壓的每個半周期內(nèi),只是在其峰值附近,二極管才會導(dǎo)通。雖然AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形,但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖,如圖2所示。這種嚴(yán)重失真的電流波形含有大量的諧波成份,引起線路功率因數(shù)嚴(yán)重下降。
在正半個周期內(nèi)(1800),整流二極管的導(dǎo)通角大大的小于1800甚至只有300-700,由于要保證負(fù)載功率的要求,在極窄的導(dǎo)通角期間會產(chǎn)生極大的導(dǎo)通電流,使供電電路中的供電電流呈脈沖狀態(tài),它不僅降低了供電的效率,更為嚴(yán)重的是它在供電線路容量不足,或電路負(fù)載較大時會產(chǎn)生嚴(yán)重的交流電壓的波形畸變(圖3),并產(chǎn)生多次諧波,從而,干擾了其它用電器具的正常工作(這就是電磁干擾-EMI和電磁兼容-EMC問題)。
圖2 自從用電器具從過去的感性負(fù)載(早期的電視機(jī)、收音機(jī)等的電源均采用電源變壓器的感性器件)變成帶整流及濾波電容器的容性負(fù)載后,其功率因素補(bǔ)償?shù)暮x不僅是供電的電壓和電流不同相位的問題,更為嚴(yán)重的是要解決因供電電流呈強(qiáng)脈沖狀態(tài)而引起的電磁干擾(EMI)和電磁兼容(EMC)問題。
這就是在上世紀(jì)末發(fā)展起來的一項新技術(shù)(其背景源于開關(guān)電源的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用)。其主要目的是解決因容性負(fù)載導(dǎo)致電流波形嚴(yán)重畸變而產(chǎn)生的電磁干擾(EMl)和電磁兼容(EMC)問題。所以現(xiàn)代的PFC技術(shù)完全不同于過去的功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù),它是針對非正弦電流波形畸變而采取的,迫使交流線路電流追蹤電壓波形瞬時變化軌跡,并使電流和電壓保持同相位,使系統(tǒng)呈純電阻性技術(shù)(線路電流波形校正技術(shù)),這就是PFC(功率因數(shù)校正)。
所以現(xiàn)代的PFC技術(shù)完成了電流波形的校正也解決了電壓、電流的同相問題。
圖3 于以上原因,要求用電功率大于85W以上(有的資料顯示大于75W)的容性負(fù)載用電器具,必須增加校正其負(fù)載特性的校正電路,使其負(fù)載特性接近于阻性(電壓和電流波形同相且波形相近)。這就是現(xiàn)代的功率因數(shù)校正(PFC)電路。