【基礎知識】PFC穩壓開關直流電源
2017-6-8 11:16:34??????點擊：
直流電源PFC的英文全稱為“Power Factor CorrecTIon”，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。 基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。
什么是直流電源PFC?
直流電源PFC是電腦直流電源中的一個非常重要的參數，全稱是電腦功率因素，簡稱為直流電源PFC，等于“視在功率乘以功率因素”，即：功率因素=實際功率/視在功率
功率因素：功率因數表征著電腦直流電源輸出有功功率的能力。 功率是能量的傳輸率的度量，在直流直流電源電路設計中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統里則要復雜些：即有部分交流電流在負載里循環不傳輸電能，它稱為電抗電流或諧波電流，它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大于實際功率。視在功率和實際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實際功率與視在功率的比值。
視在功率：即交流電壓和交流電流的乘積，用公式表示為：S=UI。 上 式中，S是額定輸出功率，單位是VA(伏安)，U是額定輸出電壓，單位是V， 如220V、380V等;I是額定輸出電流，單位是A。 視在功率包括兩部分：有功功率(P)和無功功率(Q)，有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發亮，使電機轉動，使電子直流電源電路設計工作等。因為這個功率做功后都 變成了熱量，可以直接被人們感覺到，所以有些人就產生一個錯覺，即把有功功率當成了視在功率，孰不知有功功率只是視在功率的一部分，用式表 示：P=SCOS0θ=UICOSθ =UI?F上式中，P是有功功率，單位是W(瓦)，F=COSθ 被稱為功率因數，而θ是在非線性負載時電壓電流不同相時的相位差。 無功功率是儲藏在直流電源電路設計中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q為無功功率，單位是var(乏)。
對于計算機和其它一切靠直流電壓工作的電子直流電源電路設計，離開無功功率是根本無法工作的。一般用戶都認為計算機之類的設備只需要有功功率，而不需要無功功率。既然無 功功率不做功，要它何用!于是他們當然就認為功率因數為1的直流電源最好。因為它能給出最大輸出功率。然而，實際情況并非如此。假如有一臺計算機，當交流市電輸入后進行整流，就得到脈動直流電壓，若不將脈動電壓進行任何工，就直接提供給計算機直流電源電路設計，毫無疑問，直流電源電路設計根本無法正常工作。雖然這時計算機的功率因數接 近于1，可這又有何用呢。為了讓計算機直流電源電路設計能正常工作，必須向其提供平滑了的直流電壓。這個“平滑”工作必須由接在計算機直流電源整流器后面的濾波電容器C來 完成。這個濾波器就像一個水庫，電容器里面必須儲存足夠數量的電荷，在整流半波之間的空白時，使直流電源電路設計上的工作電壓仍不間斷，能保持正常電平。換句話說，即 使在兩個脈動半波之間無輸入電能時，UC的電壓電平也無顯著的變化，這個功能是靠電容器內的儲能來實現的，儲存在電容器內的這部分能量就是無功功率。所以 說，計算機是靠無功功率的支持，才能保證直流電源電路設計正確運用有功功率實現正常運行的。
因此可以說，計算機不但需要有功功率，也需要無功功率，兩者缺一不可。
什么是主動直流電源PFC?
主動式直流電源PFC，也稱有源直流電源PFC。主動式直流電源PFC使用主動組件 [控制線路及功率型開關式組件(power sine conductor On/Off switch)，基本運作原理為調整輸入電流波型使其與輸入電壓波形盡可能相似，功率因素校正值可達近乎100%。 此外主動式直流電源PFC有另一項重要附加價值，即直流電源供應器輸入電壓范圍可擴增為90Vdc到264Vdc的全域電壓，直流電源供應器不需要像以往一般需切換電壓。 相對地，因為其優異功能，主動式直流電源PFC價格也較高。另外消費者還要注意，一般而言很多被動式的設計，在115V的系統上是沒有置入的，因為廠商只作 230V的部分，所以需請在115V電壓系統下的消費者，留意此問題，可能多花了錢卻買到在115V下沒有直流電源PFC作用的直流電源供應器。
什么是被動直流電源PFC?
被動式直流電源PFC，不論靜音與否，他們都可以被稱作無源直流電源PFC。無源直流電源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提高功率因數，但無 源直流電源PFC的功率因數不是很高，只能達到0.7~0.8。靜音型被動直流電源PFC相比非靜音型被動直流電源PFC，無論是成本上還是制造工藝上要求都比較高。這里還要說明 的是，直流電源PFC會產生噪聲的原因。從原理上講，我們在上面看到的部分結構上和電感類似，在對電流和電壓補償的過程中，始終進行著充放電的過程，因而產生了磁 性，最終會和周邊的金屬元件產生震動進而發出噪音。靜音型直流電源PFC相當于兩個非靜音型直流電源PFC的疊加，達到震動互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安 裝是否得當也是對靜音效果影響較大的因素。在本次橫測中就有因安裝位置和安裝方式不得當造成的靜音型直流電源PFC不靜音的現象。 總體上來說，非靜音型被動直流電源PFC與靜音型被動直流電源PFC所能達到的效果大致相當，但都要低于主動式直流電源PFC的功因校正效果。
關于直流電源PFC穩壓開關直流電源
在直流電源PFC開關直流電源當中，開關穩壓直流電源是非常重要的一個組成部分。直流電源PFC當中的開關穩壓直流電源功能和普通的開關穩壓直流電源的區別并不巨大，只是在供電上有所區別。普通的開關穩壓直流電源需要220V整流供電，而直流電源PFC穩壓開關直流電源是由B+直流電源PFC供電。本文就將針對直流電源PFC直流電源進行簡單的介紹。
整流以后不加濾波電容器，把未經濾波的脈動正半周電壓作為斬波器的供直流電源，由于斬波器的一連串的做“開關”工作脈動的正電壓被“斬”成電流波形，其波形的特點是：
1、電流波形是斷續的，其包絡線和電壓波形相同，并且包絡線和電壓波形相位同相。
2、由于斬波的作用，半波脈動的直流電變成高頻(由斬波頻率決定，約100KHz)“交流”電，該高頻“交流”電要再次經過整流才能被后級PWM開關穩壓直流電源使用。
3、從外供電總的看該用電系統做到了交流電壓和交流電流同相并且電壓波形和電流波形均符合正弦波形，既解決了功率因素補償問題，也解決電磁兼容(EMC)和電磁干擾(EMI)問題。
該高頻“交流”電在經過整流二極管整流并經過濾波變成直流電壓(直流電源)向后級的PWM開關直流電源供電。該直流電壓在某些資料上把它稱為：B+直流電源PFC(TPW-4211即是如此)，在斬波器輸出的B+直流電源PFC電壓一般高于原220交流整流濾波后的+300V，其原因是選用高電壓，其電感的線徑小、線路壓降小、濾波電容容量小，且濾波效果好，對后級PWM開關管要求低等諸多好處。
目前直流電源PFC開關直流電源部分，起到開關作用的斬波管(K)有兩種工作方式：
1、連續導通模式(CCM)：開關管的工作頻率一定，而導通的占空比(系數)隨被斬波電壓的幅度變化而變化。
2、不連續導通模式(DCM)：斬波開關管的工作頻率隨被斬波電壓的大小變化(每一個開關周期內“開”與“關”時間相等)。
功率因素校正開關直流電源中的直流電源PFC開關直流電源部分和PWM開關直流電源部分的激勵部分均由一塊集成直流電源電路設計完成，一塊IC可以完成設計。
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