功率因素校正(PFC)电路-PFC的工作原理课件.ppt

1、功率因素校正（PFC）电路nPFC 的工作原理n常用的PFC控制方法nBoost（升压电路）工作原理nBoost CCM的三种工作模式nBoost 电感的基本计算步骤n设计PFC电感实例PFC 的工作原理功率因数校正(Power Factor Correction)即PFC是十几年电源技术进步的最大的领域，它的基本原理是：n（1）电源输入电流实现正弦波，减少谐波失真n（2）保证电流相位与输入电压相位同相位，PF=1。PFC 的工作原理n功率因数定义：功率因数定义：（1）交流电源输入有功功率与其视在功率之比。 电力电子中常用 ，（2）若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入中的基波电流形成有功

2、功率。由于功率传输只在基波频率上发生，开关变换器的输入整流电路中含有大量不能传递功率的高次谐波。在真正意义上，电源输入端存在的是电流的谐波失真，通常可以用近似的功率因数来代替。总谐波失真THD -Total Harmonic Distortion视在功率有功功率SPPFPFC 的工作原理n在电源中功率因数与失真度的关系在电源中功率因数与失真度的关系n问题：为何需要功率因数校正，对电源有何好处？问题：为何需要功率因数校正，对电源有何好处？n能源之星及各国家、地区准入认证要求，除此之外？n谐波的存在会降低供电线路的利用率，这与变换器的效率并非一个概念；例如，一个有效电流为12A的220Vac供电网

3、络，如果开关变换器的PF为0.65，假定变换器的效率为85%，则在12A电流下，最大输出1458W功率。如果功率因数为0.98，效率降低到80%，那么供电网络能提供2069W的输出功率。n功率因数的提高可节省发电，传输的功率，与电源效率是两个概念功率因数的提高可节省发电，传输的功率，与电源效率是两个概念,反而反而增加电源成本，降低效率增加电源成本，降低效率2THD11PF211n2nIITHDPFC 的工作原理电压电流波形电压电流波形uiiituiiiiiui0增加增加PFC电路后的波形电路后的波形没有没有PFC电路的电流和电压波形电路的电流和电压波形无源PFC常用PFC电路n1）无源）无源P

4、FCn在整流桥与电容之间接入一个滤波电感在整流桥与电容之间接入一个滤波电感n或者在输入端增加或者在输入端增加LC滤波器滤波器无源PFC基本原理：采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间减小相位差基本原理：采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间减小相位差来提高功率因数，被动式来提高功率因数，被动式PFC的功率因数不是很高，只能达到的功率因数不是很高，只能达到0.7-0.8，因，因此其效率也比较低，发热量也比较大。此其效率也比较低，发热量也比较大。无源PFC250W 被动式PFC PC 电源无源PFC1 M0.1230 Vac115 Vac325 VdctoForwardConver

5、ter+-470.0047.00474700.22.022.022.01PFC InductorCommon-ModeInductor(L3)Differential-ModeInductor(L2)Inrush CurrentLimiter(Thermistor)被动式PFC 电感有源PFCn2.2）有源）有源PFCn常用BOOST PFC，通常有三种工作模式n连续模式（CCM） Continuous Current Mode 典型芯片：UC3854,L4981，ICE3PCS02, ICE2PCS01G有源PFCn临界模式（CRM,BCM） 典型芯片：L6561, UCC28051CRM:

6、 Critical Conduction Mode BCM: Boundary Conduction Mode n断续模式（DCM） Discontinuous Current Mode有源PFC三种工作模态的比对三种工作模态的比对有源PFC&CCM控制方式峰值电流峰值电流控制控制滞环控制方法滞环控制方法平均电流控制平均电流控制n2.1）连续模式）连续模式 的控制方式（的控制方式（CCM)适用大功率场合，适用大功率场合，300W以上以上有源PFC，BCM开关频率可变，峰值处最低,EMI 150K 较差，大电容的纹波电流大可获得单位功率因数可获得单位功率因数1 1适用中小功率场合，200W导通时

7、间固定导通时间固定电感电流始终处于电感电流始终处于CRM模式模式n2.2）临界模式（）临界模式（BCM)有源PFC，DCM1、占空比近似不变、占空比近似不变时电感电流的峰值时电感电流的峰值与输入电压成正比。与输入电压成正比。2、输入电流波形自然跟随输、输入电流波形自然跟随输入电压波形入电压波形3、代价：功率管峰、代价：功率管峰值电流大，值电流大，大电容的纹波电流大电容的纹波电流大大n2.3）断续模式（）断续模式（DCM)BOOST电路的工作模式从CCM到CRM和DCM 的电流变化波形BOOST电路拓扑电流连续模式（CCM）BOOST电路拓扑BOOST电路拓扑1）当开关管导通,电源Ui对电感L充

8、电储能,同时电容C对负载R放电，二极管承受反向电压。2）当开关管S关断时,由于电感L中的电流不能突变,将继续有电流流过,电感L上的感应电势UL与输入电压Ui 串联通过二极管D对输出电容C充电.BOOST电感的设计步骤1）基于已知参数先求出周期：2）最大的占空比的计算：3）设定初始的纹波电流：4）确定电感量：T1ffDuty 1VinminVoVinminVinminDeltaI= 0.1*I.pkLminVimin2TonDeltaIViminILP22 PoVinminEffPoPoBOOST电感的设计步骤5）选定磁芯尺寸基于AP法则：6）根据已知的电感量求出绕组匝数：7）计算交流磁通密度：8）计算磁场强度：9）根据磁场强度查找BH曲线对应的直流磁通密度（Bdc）NLminAlLminBacVinmin2TonN AeNHdc0.4 N IpkleNAPAPneedneedL LminminH HI IipkipkA AI IirmsirmsA AB BmaxmaxT TK1K143cmcm4BOOST电感的设计步骤10）计算最大的磁通密度，Bmax应设计在70%以下为安全工作区：Bmax=Bdc+Bac11）基于Bac计算功率损耗