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荣御达教大家如何选购台式机电源---整流桥与PFC
来源:电源网    访问次数:Loading    发布日期:2015.03.27

APFC/PPFC 功率因素校正

先用尽量简化的字眼解释为什么需要功率因素校正。请先回忆下功率基本公式P=UI和正弦函数的图形。

理论情况1:电阻性负载(Resistive Load,阻值恒定)下,电流和电压的两条正弦曲线完全重合(零相位差)。X轴为正负极分界点,任何时候电压和电流的乘积都非负,这种情况下的输入功率都是有功功率,即零损耗。如图4:

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图4

理论情况2:电抗性负载(Reactive Load)下,两条正弦曲线有相位差。在周期内的某些时候电流电压乘积为负,电流方向改变,流回电网。正负相抵,这部分的功率为零,造成电网能量的浪费。这也是我国强制要求电源必须有PFC,才能拿CCC认证的原因。不过这部分并未被家庭电表记录。

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图5

到这里可以进一步解释EMI滤波部分提到的“共模噪声”和“差模噪声”。前者是电流正向流动产生的,后者是不同向电流流动产生的。

现实情况:器件复杂,有正向电流也有反向电流,有效功率/视在功率的比值就是功率因素,恒小于1,功率因素校正电路的作用就是尽可能的让这个数接近1。

接下来看看主动式功率因素校正(APFC)和被动式功率因素校正(PPFC)。

先下一个结论:300W以上电源尽量选APFC,总功率极低的系统(如200W内HTPC)多数是PPFC电源,无碍。原因马上讲。

早期PPFC电源通过大电容和PFC电感进行补偿,以减小相位差,提高功率因素(一般可达0.7-0.8)。这种方案受电网电压影响较大,非宽幅。后来为了适应115V/230V,一些电源(如荣盛达老版本的350)在电源内增设倍压器、在输入插头上增设拨动开关,所以电源要么适应230V,要么适应115V (非115V-230V宽幅适应)。

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图6

PPFC电路的优势是自身损耗较小,因为电路简单、器件少,随着负载降低,相对于APFC电路的转换效率更高。同样的,由于APFC电路设计复杂,器件较多,自身损耗较高,随着负载降低(20%-10%以下),转换效率跌落很快。反过来,负载升高时,APFC的优势就体现了,而PPFC那颗大电感的损耗和发热都不容小觑,并且一旦固定不牢,容易产生噪音。

由于目前市场焦点几乎都是APFC电源,因此简要介绍APFC电路的电感、电容和开关管是怎么工作的。

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图7

·电感充电:开关闭合,电路导通,从整流桥输出的直流电流过电感,电感电流按比率增加、储能。

·电感放电(电容充电):开关打开,电路断开,电感给电容充电,电容两端电压升高。

以上步骤按开关管频率反复进行,从而达到升压、能量传递、储能目的。开关管的动作由芯片控制,因此经常看到这部分有一枚竖立的小电路板,正中一枚IC芯片。二极管起箝位作用,防止在boost电容充电中对地放电。整流桥后面的X电容作用是减小/抑制在这种PFC模式(CCM)下工作时产生的损耗和EMI干扰。

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