標簽：開關電源 功率因數

摘要： 討論了功率因數問題及其校正的基本原理; 分析了大屏幕彩電開關電源的功率因數; 給出了校正電路的設計方案及試驗結果。

1 前言

提高功率因數( PF) 是用電設備節能的一個重要因數。隨著電力電子技術的發展， 高頻有源功率因數校正( PFC) 技術已越來越廣泛地應用于各種電源。大屏幕彩電開關電源的功率在200~ 300W 之間， 原有彩電的開關電源均采用普通整流加濾波電路， 其諧波電流成分大， 功率因數值λ低， 一般為0. 65~ 0. 85。為了提高大屏幕彩電的節電性能， 在設計中我們采用了高頻有源PFC 技術， 提高了PF 特性。

2 PF 問題及其校正的基本原理

2. 1 PF 的概念

用電設備的λ指交流輸入有功功率P 和輸入視在功率S的比值， 即：

可見， λ還可定義為失真因數與移相因數的乘積。對開關電源來說， cos φ一般接近于1,即相移不大， 而諧波電流嚴重， 失真因數小。

2. 2 PF 低的危害性

用電設備的PF 低， 易造成以下危害：①諧波電流嚴重污染電網， 而干擾其它用電設備;②輸入電流有效值大， 需增加電路和保護器件的規格;③供電容量增加， 加大了前級設備( 如變壓器等) 的定額;④大大增加了中線負荷， 降低了安全性能。

2. 3 高頻有源PFC的基本原理

高頻有源PFC 是根據電網的電壓、電流及負載的變化產生PWM 信號， 控制高頻電子開關導通的， 可起調節電感L 的作用。改善電流波形， 利用乘法器控制PWM 信號， 可使電網的輸入電流基本為正弦波， 使λ接近于1( 即大于0. 99) 。圖1 示出PFC 的原理框圖。

圖1 高頻有源PFC 電路框圖

3 大屏幕彩電開關電源的PF分析

現有的大屏幕彩電內用開關電源一般采用全橋不可控整流電路直接加電解電容濾波電路。圖2 示出該電路形式。

R2 用以限制合閘電流， 當輸入濾波電解電容充滿電后， K 閉合， R2 斷接， 電路的交流輸入電壓、電流波形見圖3。由圖3 可見， 只有當網側電壓幅值高于電解電容電壓時， 電流才從電網中抽出， 因而電流諧波成分很大。計算出這種波形的λ很低， 一般在0. 65~ 0. 85 之間。

大屏幕彩電開關電源的輸入功率在300W 左右， 其中1/ 3 ~ 1/ 5 是無功功率， 若采用有源PFC 技術可使其λ≥0. 99, 即λ≈1, 這樣可節電60~ 100W, 是相當可觀的。

圖2大屏幕彩電開關電源原理框圖

圖中 V1 ——單相整流橋

C1 —— 吸收電容

R1 ——保護壓敏電阻

R2 —— 熱敏電阻

K ——固態繼電器觸點

圖3 現有大屏幕彩電開關電源交流輸入電壓電流波形

圖中 uiac——電網電壓波形

uidc ——經V1 整流出的波形

uci ——輸入濾波電解電容的電壓波形

i i ——輸入電流波形