功率因数校订（PFC）手艺常识概况-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2019-06-20
功率因数校订”，功率因数指的是有用功率与总耗电量（视在功率）之间的干系，也便是有用功率除以总耗电量（视在功率）的比值。 根基上功率因数能够权衡电力被有用操纵的水平，当功率因数值越大，代表其电力操纵率越高。功率因数是用来权衡用电装备用电效力的参数，低功率因数代表低电力效力。为了进步用电装备功率因数的手艺就称为功率因数校订。
计较机开关电源是一种电容输出型电路，其电流和电压之间的相位差会形成互换功率的丧失，此时便须要PFC电路进步功率因数。今朝的PFC有两种，一种为自动式PFC（也称无源PFC）和自动式PFC（也称有源式PFC）。
功率因数弥补：在上世纪五十年月，已针对具备理性负载的交换用电用具的电压和电流差别相图1 从而引发的供电效力低下提出了改良体例（因为理性负载的电流滞后所加电压，因为电压和电流的相位差别使供电线路的承担减轻致使供电线路效力降落，这就请求在理性用电用具上并联一个电容器用以调剂其该用电用具的电压、电流相位特征。
图1 具备理性负载中供电线路中电压和电流的波形
而在上世纪80年月起，用电用具大批的接纳效力高的开关电源，因为开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电用具的负载特征显现容性，这就形成了交换220V在对该用电用具供电时，因为滤波电容的充、放电感化，在其两头的直流电压显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)相差并未几。按照整流二极管的单向导电性，只要在AC线路电压刹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输出电压刹时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而遏制。也便是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值四周，二极管才会导通。固然AC输出电压仍大致坚持正弦波波形，但AC输出电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图2所示。这类严峻失真的电流波形含有大批的谐波成分，引发线路功率因数严峻降落。
整流二极管的导通角大大的小于1800乃至只要300－700，因为要保障负载功率的请求，在极窄的导通角时代会发生极大的导通电流，使供电电路中的供电电流呈脉冲状况，它不只下降了供电的效力，更加严峻的是它在供电线路容量缺乏，或电路负载较大时会发生严峻的交换电压的波形畸变（图3），并发生屡次谐波，从而，搅扰了别的用电用具的普通任务（这便是电磁搅扰－EMI和电磁兼容－EMC题目）。
图2
自从用电用具从曩昔的理性负载（初期的电视机、收音机等的电源均接纳电源变压器的理性器件）变成带整流及滤波电容器的容性负载后，其功率身分弥补的寄义不只是供电的电压和电流差别相位的题目，更加严峻的是要处理因供电电流呈强脉冲状况而引发的电磁搅扰（EMI）和电磁兼容（EMC）题目。
图3
于以上缘由，请求用电功率大于85W以上（有的材料显现大于75W）的容性负载用电用具，必须增添校订其负载特征的校订电路，使其负载特征靠近于阻性（电压和电流波形同相且波形附近）。这便是古代的功率因数校订（PFC）电路。
咱们今朝用的电视机因为接纳了高效的开关电源，而开关电源外部电源输出局部，无一破例的接纳了二极管全波整流及滤波电路，如图下图，其电压和电流波形以下图。
为了遏止电流波形的畸变及进步功率因数，古代的功率较大（大于85W）具备开关电源（容性负载）的用电用具，必须接纳PFC办法，PFC有；有源PFC和无源PFC两种体例。
今朝局部厂家不操纵晶体管等有源器件构成的校订电路。普通由二极管、电阻、电容和电感等无源器件构成，向今朝国际的电视机出产厂对曩昔设想的功率较大的电视机，在整流桥堆和滤波电容之间加一只电感（恰当拔取电感量），操纵电感上电流不能渐变的特征来光滑电容充电强脉冲的动摇，改良供电线路电流波形的畸变，并且在电感上电压超前电流的特征也弥补滤波电容电流超前电压的特征，使功率因数、电磁兼容和电磁搅扰得以改良，如图下图。
此电路固然简略，能够在后期设想的无PFC功效的装备上，简略的增添一个适合的电感（恰当的拔取L和C的值），从而到达具备PFC的感化，可是这类简略的、低本钱的无源PFC输出纹波较大，滤波电容两头的直流电压也较低，电流畸变的校订及功率因数弥补的能力都很差，并且L的绕制及铁芯的品质节制不好，会对图象及伴音发生严峻的搅扰，只能是对后期无PFC装备使之能进入市场的姑且办法。
有源PFC则是有很好的结果，根基上能够完整的消弭电流波形的畸变，并且电压和电流的相位能够节制坚持分歧，它能够根基上完整处理了功率因数、电磁兼容、电磁搅扰的题目，可是电路很是的庞杂，其根基思绪是在220V整流桥堆后去掉滤波电容（以消弭因电容的充电形成的电流波形畸变及相位的变更），去掉滤波电容后由一个“斩波”电路把脉动的直流变成高频（约100K）交换再颠末整流滤波后，其直流电压再向惯例的PWM开关稳压电源供电，其进程是；AC→DC→AC→DC。
有源PFC的根基道理是在开关电源的整流电路和滤波电容之间增添一个DC－DC的斩波电路图以下（附加开关电源），对供电线路来讲该整流电路输出不间接接滤波电容，以是其对供电线路来讲显现的是纯阻性的负载，其电压和电流波形同相、相位不异。斩波电路的任务也近似于一个开关电源。以是说有源PFC开关电源便是一个双开关电源的开关电源电路，它是由斩波器（咱们今后称它为：“PFC开关电源”）和稳压开关电源（咱们今后称它为：“PWM开关电源”）构成的。
斩波器局部（PFC开关电源）
整流二极管整流今后不加滤波电容器，把未经滤波的脉动正半周电压作为斩波器的供电源，因为斩波器的持续串的做“开关”任务脉动的正电压被“斩”成图以下的电流波形，其波形的特色是：
1、电流波形是断续的，其包络线和电压波形不异，并且包络线和电压波形相位同相。
2、因为斩波的感化，半波脉动的直流电变成高频（由斩波频次决议，约100KHz）“交换”电，该高频“交换”电要再次颠末整流能力被后级PWM开关稳压电源操纵。
3、从外供电总的看该用电体系做到了交换电压和交换电流同相并且电压波形和电流波形均合适正弦波形，既处理了功率身分弥补题目，也处理电磁兼容（EMC）和电磁搅扰（EMI）题目。
该高频“交换”电在颠末整流二极管整流并颠末滤波变成直流电压（电源）向后级的PWM开关电源供电。该直流电压在某些材料上把它称为：B+PFC（TPW-4211便是如斯），在斩波器输出的B+PFC电压普通高于原220交换整流滤波后的+300V，其缘由是选用高电压，其电感的线径小、线路压降小、滤波电容容量小，且滤波结果好，对后级PWM开关管请求高等等诸多益处。黑为电压波形 白色虚线为电流包络波形
今朝PFC开关电源局部，起到开关感化的斩波管（K）有两种任务体例：
1、 持续导通形式（CCM）：开关管的任务频次必然，而导通的占空比（系数）随被斩波电压的幅度变更而变更,以下图，图中T1 和 T2 的地位是：T1在被斩波电压（半个周期）的低电压区，T2在被斩波电压高电压区，T1（时候）＝T2（时候）从图中能够看到一切的开关周期时候都相称，这申明在被斩波电压的任何幅度时，斩波管的任务频次稳定，从图10中能够看出；
在高电压区和低电压区每个斩波周期内的占空比差别（T1和T2的时候不异，而回升脉冲的宽度差别），被斩波电压为零时（无电压），斩波频次依然稳定，以是称为持续导通形式（CCM）该种形式普通操纵在250W～2000W的装备
2、 不持续导通形式（DCM）：斩波开关管的任务频次随被斩波电压的巨细变更（每个开关周期内“开”“关”时候相称。以下图：T1和T2时候差别，也反应跟着电压幅度的变更其斩波频次也响应变更。被斩波电压为“零”开关遏制（振荡遏制），以是称为不持续导通形式（DCM），即有输出电压斩波管任务，无输出电压斩波管不任务。他普通操纵在250W以下的小功率装备上。
（3）临界导通形式（CRM）或过渡形式（TCM）：
任务介于CCM和DCM之间，任务更靠近DCM形式。在上一个导通周期竣事后，下一个导通周期之前，电感电流将衰减为零，并且频次跟着线路电压和负载的变更而变更。
长处：便宜芯片、便于设想，不开关的导通消耗，升压二极管的挑选并非决议性的；
错误谬误：因为频次变更，存在潜伏的EMI题目，须要一个设想切确的输出滤波器。
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