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功率因数校正及其电路控制方法

功率因数校正成为电源领域里非常重要的方面。增加社会的电力供应能力是一件代价很高的事情,并且将增加资源的消耗。一种能够增加大约30%额外供电能力的方法是通过功率因数校正的广泛使用来更有效地使用交流电能。电动机、电子电源设备和荧光灯消耗了全世界大约40%的电能,所有这些都可以受益于功率因数校正。从20世纪90年代中期到2002年之间,世界上许多国家要求在为其国内市场流通的新产品具有功率因数校正。附加功率因数校正电路将使电源设备的成本增加20%-30%,但是它所能产生的节能效益将显著超过初期投资。

电源领域使用的术语“功率因数”与传统使用音效略有区别。传统“功率因数”术语应用于无源交流负载,如由交流电驱动的电动机等,表示电动机驱动的电流相对于电压存在一个相位差。从电网获得电力有一大部分是无功功率,只有一小部分是有功功率。因为功率表不能测量相位,所有测得的功率只是电压只是电压和电流的乘积。对于电动机负载,可应用电容器组调节功率因数角,使尽量趋近于零度。

在开关电源中,问题存在于输入整流和滤波器网络。当交流输入电压大于输入滤波电容的电压时,输入整流器才能通过电流。这种情况一般发生在交流电压峰值附近的15度以内。于是造成电流脉冲大于预期平均电流的5至10倍以上。这也会导致交流电压波形的失真以及输入三相供电的不平衡,并产生中线电流,而这是不希望的。另一个缺点就是当整流器不导通时,没有电流流出,因此电源系统的容量不能得到充分的发挥。

功率因数校正电路的控制问题目前是一个热点,各种专利的竞争也很激烈。主要有三种控制方法:固定导通时间、临界导通模式和连续模式。固定导通时间方法的电路最简单,但它限制了输入瞬间电流的峰值。临界导通模式没有输出整流器的反射恢复损耗,但它的输出功率一般限于300-600W。连续模式的升压功率因数校正电路能够在较大的输出功率下工作,但如果不采用零转换软开关电路,将产生严重的整流器反射恢复损耗问题。当然采用零转换软件开关电路会增加电路成本。


本文节选自《开关电源设计指南》,由镭之源光纤激光驱动电源收集整理。
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