為電源設計選擇適合的功率因數校正電路結構

2004年4月B版

　　以往，大多數D類(lèi)設備電源都使用某種形式的有源功率因數校正(PFC)電路來(lái)獲得最高的功率因數。這是因為原來(lái)的D類(lèi)設備包括了幾乎所有采用75~600W電源的電子設備?，F在，新法規規定D類(lèi)設備僅包括個(gè)人計算機、PC監視器和電視接收機等。這意味著(zhù)對于許多原來(lái)屬于D類(lèi)的設備，電源能否達到高功率因數已經(jīng)不再是關(guān)鍵性的要求。在許多情況下，對于更寬松的A類(lèi)諧波含量要求，特別是250W以下的情況，可以避免采用有源功率因數校正方法。

　　例如，在以前的D類(lèi)法規中，180W的電源僅允許0.765A的三次諧波。而對于同樣的設備，A類(lèi)要求的允許值提高到2.3A，是原來(lái)的三倍。這一變化使得電源不再需要復雜且昂貴的單級和雙級有源功率因數校正電路，設計人員可以利用簡(jiǎn)單的無(wú)源濾波器來(lái)滿(mǎn)足要求(參看表1和2)。這一變化促使電源設計人員更細致地考察所有可用的功率因數校正電路結構。

無(wú)源PFC技術(shù)

　　無(wú)源功率因數校正電路(圖2)采用低頻濾波器元件來(lái)減少諧波。這種方法通?？蓾M(mǎn)足功率在250W以下的企業(yè)網(wǎng)(EN)A類(lèi)設備法規要求，與采用有源功率因數校正技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源相比，成本則要低得多。更少的元件數量以及不再使用有源開(kāi)關(guān)和控制電路也意味著(zhù)更高的可靠性以及更小的尺寸。同時(shí)，與有源電路相比，無(wú)源濾波器的效率損失也較低。

　　無(wú)源功率因數校正技術(shù)的缺點(diǎn)是功率因數通常僅可達到0.60~0.70，而且與有源結構不同，無(wú)源結構需要電壓倍增電路才能在高于150W的電源中使用。如果設計中需要考慮維持足夠的保持時(shí)間的話(huà)，還需要一個(gè)較大的電容器。

　　當選用無(wú)源PFC技術(shù)時(shí)，設計人員需要考慮到大多數無(wú)源濾波器是針對滿(mǎn)足在給定輸入功率水平(典型公差為20%)情況下的A類(lèi)諧波要求而設計的。這樣，通過(guò)兩個(gè)電源并聯(lián)來(lái)提高或加倍系統功率的作法就行不通了，因為兩個(gè)或更多電源所吸入的電流會(huì )使諧波增加超出EN要求。幸運的是，仍然可通過(guò)并聯(lián)的方式來(lái)提供一種電源冗余工作模式，由兩個(gè)或更多個(gè)電源共擔負載并且仍然滿(mǎn)足標準要求，條件是系統消耗的總功率不能超過(guò)單個(gè)電源的額定功率值。

雙級有源PFC技術(shù)

　　大多數雙級PFC設計都采用了如圖3所示的升壓變換器結構。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括高功率因數(典型值可大于0.98)、總諧波失真低(THD典型值小于5%)以及可實(shí)現自動(dòng)寬范圍交流工作。高穩壓總線(xiàn)電壓(400V直流)允許采用較小的電容來(lái)獲得所需要的保持時(shí)間，以及更高效的進(jìn)行下變換器設計。

　　有源PFC變換器的缺點(diǎn)是需要成本更高也更復雜的有源電路，典型的效率損失為5~10%，同時(shí)為了平衡功耗和所產(chǎn)生的EMI，尺寸會(huì )變得更大。另一個(gè)缺點(diǎn)是應用于采用DC/DC、中間總線(xiàn)結構(IBA)或負載點(diǎn)(POL)變換器的分布式電源結構(DPA)中時(shí)，系統會(huì )有三或四級，從而影響到效率和總成本。盡管如此，在250W以上的大功率應用中，有源PFC仍然是最好的結構選擇。

　　規定諧波失真的EN61001-3-2標準已頒布以及分布式電源結構(DPA)越來(lái)越流行，這兩個(gè)因素相結合正在改變OEM電源制造商對于功率因數校正的看法?？梢酝ㄟ^(guò)探索和實(shí)現現有以及新興的技術(shù)來(lái)提高開(kāi)關(guān)電源(SMPS)設計的可靠性、性能和成本效率?！?