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開關電源適配器的功率因數(shù)校正

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開關電源適配器的功率因數(shù)校正

電源適配器開關調(diào)整器領域,任何電路結(jié)構(gòu)使輸入電網(wǎng)電流非正弦化,或使輸入電網(wǎng)電流是正弦波。但和正弦輸入電壓相位不同,或使輸入電流具有諧波的都會降低功率因數(shù)從而產(chǎn)生功率損耗。與負載兩端的電壓垂直的輸入電流分量( l sinx)不向負載提供功率,在輸入電源適配器的內(nèi)部和輸入線路的電阻上消耗功率。
對于橋式整流器接電容濾波器的開關電源適配器,輸入電網(wǎng)電流是上升和下降很陡的窄脈沖。這些電流脈沖的有效值很高,消耗功率并且產(chǎn)生更多的 RFV/EMI I問題。借用交流電路原理的術(shù)語,稱這種電源適配器的功率因數(shù)較低。功率因數(shù)校正電路的作用就是要消除這樣的電網(wǎng)電流尖峰,使輸入電流成為正弦形狀并且和輸入電壓同相位,而且要得到一個比交流輸入電壓幅值略高的穩(wěn)定直流電壓。
由圖可知,如果沒有濾波電容C并且負載是純電阻,那么電壓V將是正弦半波 ABXCDYEH。從整流器整流出來的電流也有相同的正弦半波,且從輸入端吸收的電網(wǎng)電流也是正弦波并且和正弦輸入電壓同相位,功率因數(shù)為1。如果輸入電壓和電流的有效值為V和1,則輸入和輸出負載功率可表示為V,l
像ABXCDYER圖這樣的正弦半波輸出電壓在許多場合是不可用的。整流器的唯一目的是將輸入交流電壓變換成紋波盡可能小的直流電壓,正因為如此,才接入串容C。來產(chǎn)生波形 ABCDEF。這樣可以產(chǎn)生較高的直流電壓分量(在B和C或D和E的中間)和較低的B-C或C-D的峰一峰值紋波。在B和C或D和E之間,所有整流器二極管都被反偏,沒有電網(wǎng)電流流過,負載電流由電容C提供。在A、C和E時刻,上升的輸入電壓使整流器二極管正向?qū)?,電網(wǎng)電流流過負載并給電容充電,補償其單獨給負載供電時損失的電荷。
選用合適的濾波電容時電網(wǎng)電流波形如圖所示,它是輸入電壓的每個正弦半波前端的一系列電流窄脈沖。濾波電容越大,輸入電流的脈沖寬度越窄,上升和下降得更快,峰值越高,有效值越大。

使用功率因數(shù)校正技術(shù)的目的就是要消除這些窄而陡的電網(wǎng)電流脈沖。這些陡的電流會引起頻射干擾(RF1)問題,更嚴重的是,它的有效值比所需的負載輸出功率值要大,這造成濾波電容的溫升提高并降低了其可靠性。


功率因數(shù)
當電壓和電流為直流時,我們很熟悉功率的概念,這里V的乘積即為功率。但是,在交流的情況下功率的計算沒有那么直接。
交流情況下我們熟悉RMS(平方和的平均值的均方根,即有效值)的概念,HMS是根據(jù)任意的電壓或電流波形通過電阻產(chǎn)生的熱量與直流電壓或電流通過該電阻產(chǎn)生的熱量相等來定義的。
但是,對于交流輸入:輸△電壓有效值與輸人電流有效值的乘積為視在功率,當為純電阻負載時這也是有功功率。
在正弦電壓電流情況下,與負載兩端電壓垂直的輸入電流分量( sina)不向負載提供功率。在交流輸入開始的一段時間內(nèi),這表現(xiàn)為從輸入電源適配器抽取功率并暫時存儲在負載的感性器件里,而隨后這部分存儲的電流或能量回饋到輸入電源適配器。這些不向負載提供功率的電流也會在輸入電源適配器的內(nèi)部和輸入線路的電阻上消耗功率。
功率因數(shù)一詞源自基本的交流電路原理。當正弦交流電源適配器給感性或容性負載供電時,負載電流也是正弦的,但是比輸入電壓滯后或超前一定的角度x。實際傳遞到負載的功率只有VCost。與負載兩端的電壓同相位的輸入電流分量(lcox)向負載提供功率。功率因數(shù)定義為comx。有功功率由視在功率與功率因數(shù)乘積所得。輸入電網(wǎng)電流的無功分量和有功分量如圖所示。

在交流電路術(shù)語里,監(jiān)控電源適配器功率因數(shù)是由輸入電壓和輸入電流之間的相角的余弦值決定的。對于純電阻性負載電路,輸入電壓和電流之間沒有相位差,功率因數(shù)是1。如果電流滯后或超前于輸入電壓,則只有和負載電壓同相位的輸入電流分量提供功率給負載。
在交流電路理論中,cosx的大小就是功率因數(shù)值。一般希望保持功率因數(shù)盡可能接近于1,也就是說,保持輸入電網(wǎng)電流為正弦波并且和正弦電網(wǎng)電壓同相位。獲得這種效果的方法稱為功率因數(shù)校正技術(shù)。
本章介紹的功率因數(shù)校正電路,能使輸入端的電網(wǎng)電流正弦化并和輸入電網(wǎng)電壓同相位而且能消除諧波。這些技術(shù)對電網(wǎng)供電的15V電源適配器是非常有用且必須實行的。
強制使用功率因數(shù)校正技術(shù)是因為輸入電流嚴重畸變。例如,橋式整流器后加電容濾波引起供配電系統(tǒng)和發(fā)電機設備過多損耗圖。

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| 發(fā)布時間:2019.02.16    來源:電源適配器廠家
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