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PFC的工作原理及其分类

归档日期:11-05       文本归类:被动式      文章编辑:爱尚语录

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  知道合伙人教育行家采纳数:6879获赞数:49486向TA提问展开全部原理:

  有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。 基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因数值越大,代表其电力利用率越高。

  “电感补偿式”是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,“电感补偿式”包括静音式和非静音式。“电感补偿式”的功率因数只能达到0.7~0.8,它一般在高压滤波电容附近。

  “填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路,其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角,通过填平谷点,使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形,将功率因数提高到0.9左右,显著降低总谐波失真。与传统的电感式无源功率因数校正电路相比,其优点是电路简单,功率因数补偿效果显著,并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。

  动式PFC则由电感电容及电子元器件组成,体积小、通过专用IC去调整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上,但成本也相对较高。此外,主动式PFC还可用作辅助电源,因此在使用主动式PFC电路中,往往不需要待机变压器,而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小,这种电源不必采用很大容量的滤波电容。

  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。

  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。

  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·F

  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)。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  展开全部从其实现方法上来讲,就是使电网输入电流波形完全跟踪电网输入电压波形,使得输入电流波形为正弦波(γ=1),且和电压波形同相位(cosΦ=1)。

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