開(kāi)關(guān)電源功率因數校正電路設計與應用實(shí)例之：概述 （一）
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第一章 概述：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/226804.htm功率因數定義及諧波電源設計一直是一個(gè)極富挑戰性的工作，隨著(zhù)許多傳統的難題得以解決，一些有關(guān)電源效率的規范和要求的標準將再次展現新的挑戰。規范標準的第一個(gè)階段其實(shí)已經(jīng)開(kāi)始，針對降低待機能耗(低負載狀態(tài))方面。下一個(gè)階段的任務(wù)將更艱巨，就是提高工作狀態(tài)下電源的效率。在美國國家環(huán)保局“能源之星”計劃以及中國中標認證中心(CECP)的推動(dòng)下，世界各地正在公布有關(guān)電源工作效率的新能效標準。這些更有挑戰性的標準將需要電源廠(chǎng)商及其供應商(包括半導體供應商)共同努力，提供能符合這些新要求的解決方案。
在這些趨勢中，(ICE1000-3-2)標準對功率因數校正(PFC)或降低諧波電流提出強制要求，為此，近年來(lái)在電源結構方面發(fā)生了較大的變化。隨著(zhù)所有設備的功率不斷增大，及降低諧波電流的標準不斷普及，越來(lái)越多的電源設計已經(jīng)采用PFC。設計人員因此面臨這樣一個(gè)難題，既要在產(chǎn)品中采用合適的PFC，也要滿(mǎn)足降低待機能耗、提高工作效率和EMI限制等高效指標。
功率因數校正解決方案的選擇范圍包括無(wú)源電路到各種有源電路，因應用的功率水平和其他參數的不同，解決方案也會(huì )有所不同。近年來(lái)隨著(zhù)分立半導體元件的發(fā)展和更低價(jià)格的控制IC上市，進(jìn)一步拓寬了有源PFC，解決方案的適用范圍。在評估PFC，解決方案時(shí)，重要的是要把整個(gè)系統的實(shí)施成本和性能結合起來(lái)進(jìn)行綜合評估
(1) 提高功率因數的意義
1) 提高功率因數是節能的要求
功率因數的大小意味著(zhù)在視在功率相同的情況下，所能提供給負載有功率的大小。若將功率因數從0.65.提高到0.90，則容量為1000kV;A的發(fā)電機可帶動(dòng)功率為10kV;A。A的電動(dòng)機的臺數從65臺增加到90臺?？梢?jiàn)，提高因數能更充分地利用發(fā)電機設備的容量。功率因數小，不僅浪費能源，而且使線(xiàn)路上的電流增加，損耗增大，同時(shí)還存在火災隱患。
2) 提高因數是提高電能質(zhì)量，保證電力系統安全穩定運行的要求
近年來(lái)，電流波形失真已經(jīng)繼相移因數成為第二個(gè)導致功率因數低的主要原因。大量高次諧波電流涌入各級電網(wǎng)，引起公用電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生失真、三相電壓不對稱(chēng)及電壓的波動(dòng)和閃變，嚴重威脅電網(wǎng)和各種用電設備的安全經(jīng)濟運行。
3)提高功率因數是各國限制電網(wǎng)諧波標準的要求
我國及國外許多國家均制定、頒發(fā)了控制和限制電力系統諧波的標準，其目的主要是為了控制電網(wǎng)中電壓和電流波形失真在允許范圍內，保護用電設備的安全運行，減少電網(wǎng)污染對通信系統造成的干擾。
功率因數校正電路對離線(xiàn)電源的輸入電流波形進(jìn)行整形，以使從電源吸取的有功功率最大化。在理想情況下，電器應該表現為一個(gè)純電阻負載，此時(shí)電器吸收的反射功率為零。在這種情況下，本質(zhì)上不存在輸入電流諧波。電流是輸入電壓(通常是一個(gè)正弦波)的完美復制品，而且與其同相。在這種情況下，對于進(jìn)行所需工作所要求的有功功率而言，從電網(wǎng)電源吸收的電流最小，而且還減小了與配電發(fā)電以及相關(guān)過(guò)程中的基本設備有關(guān)的損耗和成本。由于沒(méi)有諧波，也減小了與使用相同電源供電的其他器件之間的干擾。當今眾多電源采用PFC，的另一個(gè)原因，是為了符合規范要求。
現在，歐洲的電氣設備必須符合歐洲規范EN61000.3.2。這一要求適用于大多數輸入功率為75W或以上的電器，而且它規定了包括高達39次諧波在內的工頻諧波的最大幅度。雖然美國還沒(méi)有提出此類(lèi)要求，但是希望在全球銷(xiāo)售產(chǎn)品的電源制造商正在設計符合這一要求的產(chǎn)品。
(2)功率因數的定義
根據電工學(xué)的基本理論，功率因數(PE)可簡(jiǎn)單地定義為有功功率(P)與視在功率(S)的比值，用公式表示為:
式中
為輸入電流基波有效值
為電網(wǎng)電流有效值，
其中
為各次諧波有效值;U1為輸入電壓基波有效值
為輸入電流畸變因數，
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