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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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