维也纳pfc工作原理 图腾柱无桥pfc工作原理

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PFC的工作原理及其分类

一、什么是PFC：hKw星座分析

PFC是电脑电源中的一个非常重要的参数，全称是电脑功率因素，简称为PFC，等于“视在功率乘以功率因素”，即：功率因素=实际功率/视在功率。hKw星座分析

功率因素：功率因数表征着电脑电源输出有功功率的能力。hKw星座分析

功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A和乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因素，功率因素等于实际功率与视在功率的比值。hKw星座分析

视在功率：即交流电压和交流电流的乘积，用公式表示为：S=UI。hKw星座分析

上式中，S是额定输出功率，单位是VA（伏安），U是额定输出电压，单位是V， 如220V、380V等；I是额定输出电流，单位是A。 视在功率包括两部分：有功功率（P）和无功功率（Q），有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮，使电机转动，使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P=SCOS0θ=UICOSθ ＝UI·FhKw星座分析

上式中，P是有功功率，单位是W（瓦），F=COSθ 被称为功率因数，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。 无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q为无功功率，单位是var（乏）。hKw星座分析

对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。hKw星座分析

一般用户都认为计算机之类的设备只需要有功功率，而不需要无功功率。既然无功功率不做功，要它何用！于是他们当然就认为功率因数为1的电源最好。因为它能给出最大输出功率。然而，实际情况并非如此。hKw星座分析

假如有一台计算机，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何工，就直接提供给计算机电路，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时计算机的功率因数接近于1，可这又有何用呢。为了让计算机电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整流器后面的滤波电容器C来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，UC的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，计算机是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的。hKw星座分析

因此可以说，计算机不但需要有功功率，也需要无功功率，两者缺一不可。hKw星座分析

二、什么是主动PFChKw星座分析

主动式PFC，也称有源PFC。主动式PFC使用主动组件 [控制线路及功率型开关式组件(power sine conductor On/Off switch)，基本运作原理为调整输入电流波型使其与输入电压波形尽可能相似，功率因素校正值可达近乎100%。 此外主动式PFC有另一项重要附加价值，即电源供应器输入电压范围可扩增为90Vdc到264Vdc的全域电压，电源供应器不需要像以往一般需切换电压。相对地，因为其优异功能，主动式PFC价格也较高。另外消费者还要注意，一般而言很多被动式的设计，在115V的系统上是没有置入的，因为厂商只作230V的部分，所以需请在115V电压系统下的消费者，留意此问题，可能多花了钱却买到在115V下没有PFC作用的电源供应器。hKw星座分析

三、什么是被动PFC：hKw星座分析

被动式PFC，不论静音与否，他们都可以被称作无源PFC。无源PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.7~0.8。静音型被动PFC相比非静音型被动PFC，无论是成本上还是制造工艺上要求都比较高。这里还要说明的是，PFC会产生噪声的原因。从原理上讲，我们在上面看到的部分结构上和电感类似，在对电流和电压补偿的过程中，始终进行着充放电的过程，因而产生了磁性，最终会和周边的金属元件产生震动进而发出噪音。静音型PFC相当于两个非静音型PFC的叠加，达到震动互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安装是否得当也是对静音效果影响较大的因素。在本次横测中就有因安装位置和安装方式不得当造成的静音型PFC不静音的现象。hKw星座分析

总体上来说，非静音型被动PFC与静音型被动PFC所能达到的效果大致相当，但都要低于主动式PFC的功因校正效果。hKw星座分析

四、为什么主动式PFC优于被动式PFC?hKw星座分析

主动式PFC提升功率因素值至95%以上，被动式PFC约只能改善至75%。换句话说，主动式PFC比被动式PFC能节约更多的能源。hKw星座分析

采用主动式PFC的电源供应器的重量，较用笨重组件的被动式PFC产品要轻巧许多，而产品走向轻薄小是未来3C市场必然趋势。hKw星座分析

主动式PFC的优点：hKw星座分析

校正效果远优于欧洲的 EN 谐波规范，即便未来规格更趋严格也都能符合规定。 随着IC零件需求增加，成本将随之降低。hKw星座分析

较无原料短缺的风险。hKw星座分析

较被动式专业的解决方案。hKw星座分析

能以较低成本带来全域电压的高附加价值。hKw星座分析

功率因素接近完美的100%，使电力利用率极佳化，对环保有益。hKw星座分析

因应未来CPU发展趋势，输出瓦特数(电力)要求将越高，主动式PFC因成本不随输出瓦特数增加而上升，故拥有较好竞争力。hKw星座分析

被动式PFC的缺点：hKw星座分析

当欧洲EN的谐波规范越来越严格时，电感量产的质量需提升，而生产难度将提高。hKw星座分析

沉重重量增加电源供应器在运输过程损坏的风险。hKw星座分析

原料短缺的风险较高。hKw星座分析

如电源内部结构固定的不正确，容易产生震动噪音。hKw星座分析

当电源供应器输出超过300瓦以上，被动式PFC在材料成本及产品性能表现上将越不具竞争力。hKw星座分析

PFC作为决定电源转换效率的重要因素，其主要分为主动PFC与被动PFC。前者带来的是更高的功率因数但成本也会有很大的增加，后者虽然价格低廉但功率因数也会有所下降。hKw星座分析

主动PFC电路本身损耗的电能比起被动PFC电路更高，从而直接降低了电源的转换效率，因为有更多的电能并没有被实际负载利用上。PFC电路所调节的功率因数，是给电厂节省了电能，而并没有真正给用户节省。

有桥无桥PFC属于有源还是无源PFC

请看图片hKw星座分析

功率因素校正电路工作原理

有源功率因数校正PFC电路主要有升压型、降压型、升压－－降压型和回扫型等hKw星座分析

基本电路形式，其中升压型有源PFC电路在一定输出功率下可减小输出电流，减小输hKw星座分析

出滤波电容的容值和体积，故在电子镇流器中广泛应用。升压型有源PFC电路在控制方法上，有电感电流断续传导模式和峰值电流控制模式。其电路原理图如图2所示。hKw星座分析

占空比，稳定输出电压。hKw星座分析

目前，APFC专用芯片很多，在电子镇流器中应用广泛，具体电路不做详细介绍，可参阅参考文献。hKw星座分析

4 利用自振荡半桥PWM驱动器设计的APFC电路hKw星座分析

在某些自振荡半桥PWM驱动器电路中，可以利用PWM驱动器输出固定频率的hKw星座分析

脉冲来作APFC控制，这里介绍两种典型电路。hKw星座分析

4．1利用自振荡输出波形控制的APFC电路hKw星座分析

电路原理图如图3所示。hKw星座分析

升压电感L1、二极管D5、电容C2和开关管Q3等组成APFC电路。由于PWM驱动器U1输出脉冲的频率和占空比都是固定的，Q3导通时，D5截止，C2向负载放电；Q3截止时，电感L1产生的突变电势使D5正向偏置而导通，电感L1通过D5向C2和负载释放储能，此时整流二极管电流经电感L1连续，使输入电流波形连续，呈正弦波形，可将线路功率因数提高到0．95以上，使输入电流总谐波失真度（THD）降低到10％以下。hKw星座分析

4．2 利用自振荡PWM驱动器的定时电路hKw星座分析

图3利用自振荡PWM驱动器输出波形控制的APFC原理电路图图4利用自振荡PWM驱动器的定时器设计的APFC原理电路图和波形图设计的APFC电路自振荡半桥PWM驱动器的振荡器是一个类似555的定时振荡器，CT端为锯齿波，可以用一电路产生同频、占空比可调的APFC电路。其原理电路如图4所示。hKw星座分析

自振荡PWM驱动器的CT端波形为锯齿波，送到比较器U2的正端；将直流输出hKw星座分析

电压分压送到比较器U2的负端。当C点的电压小于D点时，E点为高电平，Q4导通；hKw星座分析

当B点为高电平时，F点为高电平，Q3导通，电感L1储能，电容C2向后级供电。当ChKw星座分析

点电压高于D点时，E点为低点平，不论F点电平状态，Q4截止，Q3截止，电感L1经hKw星座分析

D5向C2和后级释放储能。这样二极管电流经电感L1连续，各点相关波形如图4（B）所示。hKw星座分析

从波形上可以看出F点波形脉冲宽度小于A或B，而且可调，但小于50％；通过hKw星座分析

调整R1、R2的分压比，可调整输出电压和输出功率，构成可调输出电路，这在开关电源和电子镇流器中有较广泛的应用。hKw星座分析

5 利用TOPSwitch开关构成的APFC电路hKw星座分析

TOPSwitch是一种离线式PWM开关，其内部集PWM控制器和MOSFET开关管为hKw星座分析

一体。由其构成的APFC电路如图5所示。hKw星座分析

在图5中，控制器U1、电感L1、二极管D5、D6和电容C1构成APFC电路，当控制hKw星座分析

器U1的C端（控制端）达到设定电压时，U1被启动。电阻R1取样输入瞬时电压，电阻hKw星座分析

R2取样输出电压，U1的控制端输入电流影响输出占空比，其占空比与输入电流成反hKw星座分析

比，随输入电压线性变化。通过U1的调整，输入平均电流呈正弦波形，且与输入电压保持同相位，是一种固定频率电流断续模式的APFC电路。可将线路功率因数提高到0．98左右。hKw星座分析

此外，还可利用紧凑型自振荡半桥PWM驱动器（如IR51HXX系列）构成类似图hKw星座分析

4和图5的APFC电路。紧凑型自振荡半桥PWM驱动器是集紧凑型自振荡PWM电路hKw星座分析

和两只MOSFET管于一身，具有电路简单、紧凑的特点，只适合于节能灯和小型开关电源电路。hKw星座分析

6 结束语hKw星座分析

有源功率因数校正技术应用在高压钠灯电子镇流器上，使其输入侧的功率因数提hKw星座分析

高到0．99以上，将总谐波失真度降低到10％以下，反馈到电网的谐波大为减少，起hKw星座分析

到了节约能源、降低消耗和减少电网污染的作用。hKw星座分析

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