功率因數校正用電感材料

摘 要 ： 介 紹 用 于 無(wú) 源 和 有 源 功 率 因 數 校 正 中 電 感 材 料 的 特 性 和 選 擇 。

Abstract:The characteristic and selection of inductance material for use in PPFC and APFC are introduced.

關(guān) 鍵 詞 ： 電 感 材 料 無(wú) 源 功 率 因 數 校 正 有 源 功 率 因 數 校 正

Keywords:Inductance material， PPFC， APFC

1引言

　　開(kāi)關(guān)電源（硬開(kāi)關(guān)方式）如今已經(jīng)實(shí)用化、商品化，其突出的優(yōu)點(diǎn)效率高，體積小，重量輕已被人們認可。但是負面效應決不可忽視，由于不可控整流方式網(wǎng)側輸入電流為非正弦周期電流，AC/DC變換器在投入運行時(shí)，將向電網(wǎng)注入大量的高次諧波，因此網(wǎng)側的功率因數不高，僅有0.6左右，并對電網(wǎng)和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。在三相四線(xiàn)制供電方式中，由于多次諧波分量疊加，使中線(xiàn)電流增大，這是一個(gè)很棘手的問(wèn)題。而如今計算機電源、UPS、程控交換機電源、電焊機電源、電子鎮流器等早已高頻開(kāi)關(guān)化，其對電網(wǎng)的污染已達到必須治理的程度，因此功率因數校正技術(shù)正在成為熱點(diǎn)，并將成為商家進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵。

　　從電工學(xué)原理講，功率因數PF是指交流輸入有功功率P與視在功率S的比值。

　　PF=P/S=UI1cosφ/UI2=DFcosφ（1）

式中:I1—基波電流有效值;

I2—電網(wǎng)電流有效值；

U—電網(wǎng)電壓有效值;

φ—基波電流、電壓的相位差；

　　DF（distortionfactor）為電流失真因子。

　　要使PF→1，必須對輸入電流嚴重非正弦情況采取相應的措施，使DF→1，同時(shí)還必須使基波電流與電壓相位差φ→0，才能使PF→1，所以功率因數校正實(shí)際上是對輸入電流整形使其盡可能正弦化，同時(shí)改善電源系統的輸入阻抗，使之盡量呈電阻性，使基波電流與電壓同相位。這就是功率因數校正的基本思路。

　　開(kāi)關(guān)電源的功率因數校正器（PFC）可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為有源PFC，由電感電容及電子元器件組成；另一類(lèi)為無(wú)源PFC，一般采用電感補償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數。在校正電路中有源PFC較多采用高頻升壓電路功率因數開(kāi)關(guān)調節器，通常采用Boost電路，基本電路拓樸見(jiàn)圖1。

圖1升壓型Boost電路

　　圖中Li為儲能電感，看起來(lái)并不復雜的電路，但是如何能夠合理選擇元件及相關(guān)元件的材料是關(guān)鍵所在，本文將就PFC技術(shù)中的電感元件及材料開(kāi)展討論。

2無(wú)源PFC中的電感材料選擇

　　無(wú)源PFC是一個(gè)由電感、電容組成的低通濾波器，如圖2所示是一種低通濾波器的電路原理圖，其中L1是共模電感，L2,L3是差模電感。

　　共模電感是完全對稱(chēng)、線(xiàn)圈匝數相同的兩個(gè)電感線(xiàn)圈，繞在同一個(gè)鐵心上，電流同方向流經(jīng)兩組線(xiàn)圈后，根據右手螺旋法則，在電感鐵心內產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的磁場(chǎng)，由于流經(jīng)電流大小，線(xiàn)圈匝數完全相同，磁場(chǎng)強度強弱相當，因而完全抵消，不存在磁飽和問(wèn)題，主要是要考慮電感鐵心材料的初始磁導率μo，對于這類(lèi)材料的μo越高越好，通常有高μo系列的鐵氧體磁心，μo=4×103，6×103，8×103，1×104等類(lèi)型，鐵基超微晶材料μo≥5×104，坡莫合金系

列如1J79，1J851系列，μo≥5×104。在選擇金屬磁性材料時(shí)必須注意頻響問(wèn)題(見(jiàn)圖3)1J79或1J851系列的磁心μo隨頻率上升而下降的幅度比較大，越薄的材料，μo隨頻率下降的幅度比較小，設計時(shí)應注意這一點(diǎn)。

圖2低通濾波器電路原理圖

　　差模電感主要要解決磁飽和問(wèn)題，在實(shí)際使用過(guò)程中，廣大電路工作者已經(jīng)逐步認識到了磁粉心的優(yōu)越性，使用鐵心加氣隙的作法（鐵氧體磁心加氣隙，非晶磁心加氣隙，硅鋼磁心加氣隙）已越來(lái)越少?，F在用于濾波器中差模電感鐵心大多為有效磁導率為60～75的磁粉心，B500=1.34T，即在39788.5A/m(即500Oe)的磁場(chǎng)強度下，磁感應強度達1.34T。

圖3磁心μO隨頻率f的變化關(guān)系