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功率因素为1的PFC电路

功率因素为1,就意味着输入负载等效为一个纯电阻,在开关电源中只有固定Ton的电路能够达到。

原理如下:

输入部分:

    Ton的取值,Ton对应得占空比D必须要小于 Vor/(Vin+Vor),所以Ton取4微秒,Toff取16微秒,周期20微秒,D为0.2。

对于DCM模式,某一个输入电压点的平均电流为:Iin=0.5*D*Ip,当D固定后,Ip就随着输入电压的变化而变化,这样从输入端看跟接一个电阻是一样的。

 Iin=0.5*D*Vin*D/L*F=0.5*D*D*Vin/L/F

等效输入电阻 R=Vin/Iin=L*F/0.5/D/D  从式子可以看出等效输入电阻为常数

   输出部分:

   输出电流:Io=0.5*n*Kt*Ip   把  n=Vor/Vo    Vin*D=V0r*Kt  和Ip 代入  得 Io=0.5*Vin*Vin*D*D/Vo/F/L

从上式可以看出:输出电流也随输入电压的变化而变化。

由于输入是正弦波,对全波整流后的波形求平均值,可以得到输入电压的平均值=0.9*输入电压的有效值。

上表中由于角度取10度为间隔,算出平均值要小一些,220伏时输入平均值为198伏。

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2017-09-25 18:17
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2017-09-25 19:01
断续模式在理论上功率因数就达不到1的,好像只有连续模式才可以。
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tlyao138
LV.4
4
2017-09-25 20:02
@boy59
断续模式在理论上功率因数就达不到1的,好像只有连续模式才可以。
成仙都达不到,是电路总得有损耗,理论可以1,结果你达98 % 都吊了
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2017-09-25 20:05
@boy59
断续模式在理论上功率因数就达不到1的,好像只有连续模式才可以。
固定D的电路,输入电流的包络线完全按照正弦规律变化,所以功率因素可以到1,且波形畸变最小。
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2017-09-25 20:06
@tlyao138
成仙都达不到,是电路总得有损耗,理论可以1,结果你达98 % 都吊了
功率因素的计算公式为 PF=有功功率/视在功率,有功功率包含输出功率和电路损耗。所以功率因数与电路效率2个概念不要混同。
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2017-09-25 22:13

PF=1理论可行的

只要电流波形跟随着电压波形

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2017-09-26 08:23
@zz052025
PF=1理论可行的只要电流波形跟随着电压波形
正确,实际上PF=1也行,开关电源的输入端像接个灯泡一样。
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2017-09-26 08:39
@愚人只见
固定D的电路,输入电流的包络线完全按照正弦规律变化,所以功率因素可以到1,且波形畸变最小。

参考资料中的一段话(电路为断续模式Boost电路):


以前也做过相关仿真:

                                                 图1 Boost电路 连续模式 PF无限接近1

                                                   图2  Boost电路固定Ton断续模式 PF=0.76

                                                     图3   反激临界模式 PF=0.68


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2017-09-26 14:33

有必要叙述一下现在数字功率因素表的原理:

数字功率因素表有2个测量点:1、当电压达到最大值时,测量一个电流Ium。(1图中的a点)2、测量电流的最大值Im。(1图中的b点)

 Ium=Im cosφ   功率因素PF=cosφ=Ium/Im

当电压达到最大值时,电流也达到最大值,图2,此时PF为1。

图3中,现在的Boost PFC电路中,往往是电压高时电流小,而电压低时电流大,从而骗过了功率因素表,其实电流波形已经发生畸变。

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2017-09-26 14:50
@boy59
参考资料中的一段话(电路为断续模式Boost电路):[图片]以前也做过相关仿真:[图片]                         图1Boost电路连续模式PF无限接近1[图片]                          图2 Boost电路固定Ton断续模式PF=0.76[图片]                           图3 反激临界模式PF=0.68
是否可以辛苦你把这600瓦的Boost PFC数据表中的电流包络线做个仿真图

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2017-09-26 16:13
@愚人只见
是否可以辛苦你把这600瓦的BoostPFC数据表中的电流包络线做个仿真图[图片]

输入311V,输出400V,电感500uH,定频50KHz,定占空比0.22,Boost拓扑?仿真结果如下

上述条件输出功率Po=154,输入总功率Pin=210,功率因数Pf=0.73

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2017-09-26 16:21
@愚人只见
是否可以辛苦你把这600瓦的BoostPFC数据表中的电流包络线做个仿真图[图片]

上图为电流波形局部展开

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2017-09-26 17:15
@愚人只见
是否可以辛苦你把这600瓦的BoostPFC数据表中的电流包络线做个仿真图[图片]

输入电压Vin=106,占空比Don=0.73,输出功率Po=78,输入总功率Pin=93,功率因数Pf=0.84

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2017-09-27 09:23
@boy59
[图片]输入电压Vin=106,占空比Don=0.73,输出功率Po=78,输入总功率Pin=93,功率因数Pf=0.84
非常感谢!开关电源有多种工作模式,不同的工作模式在一个工频周期内的不同点位吸取的电流与该点的正弦规律是不一定相符的,所以开关电源的功率因素主要要考虑电流的畸变 THD及在何点位开始吸取电流。
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2017-09-27 10:18

为了验证这个计算结果,找了一块555IC,使它开启时间4微秒,关闭时间16微秒,周期20微秒。但555的控制环路不适合做开关电源,然而在满载时控制环路不起作用,也可以用。

电路中:Q2在正常工作时不起作用,做一个电流的看门狗使用。Q3做一个简单的原边电压限制电路。Q1做芯片的启动电压调整管,正常工作时Q1不起作用。

在开关电源中,伏秒数相等是跟电压相关联与电流的值无关。所以这电路中,输入输出电流的大小跟电感有关,电感大输出小,电感小输出电流大,还有输入电压越高输出电流越大。

为保证在最高输入电压时,D不要小于0.2,所以最好固定负载输出。

电路FC特点:红圈1的电容不接,功率因素为0.99到1(0.99是启动电路的缘故)。接0.1/400伏的电容,功率因素为0.98(接电容抬高了谷底电压的缘故,接电容对电流的包络线的平滑有好处)

缺点:当输入电压最高点对应的Ip很大,所以要用较大的变压器来做,变压器利用率较低。

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jsapin
LV.5
17
2017-09-27 12:20
@愚人只见
为了验证这个计算结果,找了一块555IC,使它开启时间4微秒,关闭时间16微秒,周期20微秒。但555的控制环路不适合做开关电源,然而在满载时控制环路不起作用,也可以用。[图片]电路中:Q2在正常工作时不起作用,做一个电流的看门狗使用。Q3做一个简单的原边电压限制电路。Q1做芯片的启动电压调整管,正常工作时Q1不起作用。在开关电源中,伏秒数相等是跟电压相关联与电流的值无关。所以这电路中,输入输出电流的大小跟电感有关,电感大输出小,电感小输出电流大,还有输入电压越高输出电流越大。为保证在最高输入电压时,D不要小于0.2,所以最好固定负载输出。电路FC特点:红圈1的电容不接,功率因素为0.99到1(0.99是启动电路的缘故)。接0.1/400伏的电容,功率因素为0.98(接电容抬高了谷底电压的缘故,接电容对电流的包络线的平滑有好处)缺点:当输入电压最高点对应的Ip很大,所以要用较大的变压器来做,变压器利用率较低。
我的认知理解不了PF=1               我的愚见是:只要有开关管工作就会有损耗,既然有损耗,那PF还能等于1吗?   等待大家给出的结果,学习学习
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2017-09-27 17:03
@jsapin
我的认知理解不了PF=1       我的愚见是:只要有开关管工作就会有损耗,既然有损耗,那PF还能等于1吗? 等待大家给出的结果,学习学习
学习
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2017-09-27 17:51
@jsapin
我的认知理解不了PF=1       我的愚见是:只要有开关管工作就会有损耗,既然有损耗,那PF还能等于1吗? 等待大家给出的结果,学习学习

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ubuntu8
LV.2
20
2017-09-28 22:22
@jsapin
我的认知理解不了PF=1       我的愚见是:只要有开关管工作就会有损耗,既然有损耗,那PF还能等于1吗? 等待大家给出的结果,学习学习
功率因素和效率是两个不同的概念,
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hereliu
LV.8
21
2017-09-29 14:08
@愚人只见
有必要叙述一下现在数字功率因素表的原理:数字功率因素表有2个测量点:1、当电压达到最大值时,测量一个电流Ium。(1图中的a点)2、测量电流的最大值Im。(1图中的b点) Ium=Imcosφ 功率因素PF=cosφ=Ium/Im[图片]当电压达到最大值时,电流也达到最大值,图2,此时PF为1。图3中,现在的BoostPFC电路中,往往是电压高时电流小,而电压低时电流大,从而骗过了功率因素表,其实电流波形已经发生畸变。

是你的功率因素表设计的太烂!

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2017-09-30 13:33

     开关电源的PF的估值,要通过输入电流的波形来确定电流与时间的函数关系相当困难,不清楚It)的变化规律。就没法用傅里叶级数来分析基波与弦波的幅值,从而无法计算THD对于弦波的畸变程度THD,可用均方根误差算的办法来观测某一时刻的值与其真值之间的偏差来解决。

式中,R可认为是真值,计算某一时刻的Ri与真值之差的平方,取平均再开根号。所得的值可认为是波形的失真度,即THD,有了THD就可计算PF。

计算此数据表的目的,是为了给功率因数校正提供方向。上表中没有功率因数校正,此电源的功率因数可在0.8左右。如有功率因数校正的IC,功率因数可达到0.9以上。

要校正的地方主要有2个,1、输入低电压时要减小输入电流使Ri与真值靠拢。2、在高输入电压时,要增加输入电流,以降低输入等效电阻,与真值靠拢。

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