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大家都知道,PFC是功率矫正的简称,这项数值表示电路中电力被利用的有效程度。PFC也是功率因数与实际功率的比值,这个值越趋近于1,越意味着电力被有效利用。国家对于PFC的重视更是不必多说,很多地区都推行采用高PFC的电源,那么国家为什么这样重视PFC呢?
大家需要明确的是,居民用户只需要支付实际功率(瓦数)所消耗的电量,则不会支付回流到电网中无用功率的电量。而对于商业工厂用电则会追加无用功率这一部分的用电,因为其消耗电量的基数过大。
工业用电功率因数太低造成巨大电能浪费
虽然对于居民用户来说不需要支付无用功率的电费,但是根据《欧盟EN61000-3-2号标准》(当然中国也有相关的法规条款),凡是功率擦超过75W的开关电源,都需要至少安装被动PFC模块。此外,在80Plus电源认证中,则要求功率因数需要超过0.9,甚至更多。
主动PFC更利于电网节能
不过在数年前,许多的电源厂商大多都在电源产品中使用被动PFC模块。而PFC模块则是一个减少谐波电流,并且将非线性负载转换成线性负载的过滤器,电容和电感所产生的功率因数则会向单位值跟近一些。
被动PFC相对主动PFC,功率因数较低,并且被动PFC只适用于230V高压电网,对于115V低压电网,被动PFC还需要一个倍压器以适应电网规格。不过,被动PFC比主动PFC的效能要高!
主动PC电路
图1
对于主动PFC来说,它基本上是一个通过PWM(脉冲宽度调制)控制电流波形的AC/DC整流器。在最开始,AC电压通过整流桥整流。然后PWM触发主动PFC电路中的MOSFET管(通常是两个),分离中间直流电压到恒定脉冲序列。这些脉冲信号通过滤波电容,将相对平顺的电流送到主开关电路。而在此之前会看到一个大个的电感线圈,而这个大电感可以对突然涌入的电流起到缓冲和梳理的作用,当然磁线圈也是电抗产生的重要元件。
此外,在主动PFC电路中还会看到一个热敏电阻,同样是用来限制突然涌入的电流,特别是当电源通电以及启动时。
80Plus要求PFC超过0.9
主动PFC电路通常也有两种不同的模式,电流断续模式DCM和电流连续模式CCM。其中DCM是指,当电感电流为零时,PFC的MOSFET管被开启的工作状态;CCM是指,电感电流始终在零以上,PFC的MOSFET管被开启的工作状态,因此在MOSFET管中,所有的反向恢复的能量都会被浪费。
在电源PFC电路中的第二种模式(CCM)主要被用于超过200W功率输出的电源,因为他能够提供相对较低电流噪声峰值,这意味着高功率电源可以有效抑制电流纹波,输出更为平顺的电流。不过CCM的缺点是耗能较高,并且在升压二极管关闭时,会产生额外EMI,所以经常会看到电源整流桥后通常会增加一个X电容。
介于以上提出的内容,目前大多数电源产品中采用的都是CCM模式PFC设计。这种设计的缺点明显,不仅功率高并且存在EMI问题,但这种设计却拥有着较高的功率因数输出,这就意味高能耗的用电情况必定要选择这种设计,毕竟其他困难可以克服,节能才是国家的首要目标。
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