什么是功率因數(shù) 功率因數(shù)校正基礎(chǔ)知識

簡介

功率因數(shù)校正 （PFC） 是客戶在選擇電源時尋求的功能之一，因為它對設(shè)備的整體效率起著巨大的作用。本文檔介紹了功率因數(shù)校正 （PFC）的基本事實和原理以及管理該功能的法規(guī)。它還討論了常見的原因以及為了獲得 PFC 應(yīng)避免的事情。

什么是功率因數(shù)

功率因數(shù) （pf） 定義為有功功率 （P） 與視在功率 （S）之比，或表示電流和電壓之間的相位角的余弦（對于電流和電壓的純正弦波）和電壓波形（見圖1）。功率因數(shù)可以在 0 到 1之間變化，并且可以是感性的（滯后，指向上）或容性的（超前，指向下）。為了減少感應(yīng)滯后，添加電容器直至 pf 等于 1。當電流和電壓波形同相時，功率因數(shù)為 1（cos （0°） = 1）。使功率因數(shù)等于 1 的全部目的是使電路看起來純電阻（視在功率等于有功功率）。

有功功率（瓦）產(chǎn)生實際功；這是能量傳輸部分（例如電到電機的轉(zhuǎn)速）。無功功率是產(chǎn)生磁場（損耗功率）以完成實際工作所需的功率，其中視在功率被視為電力公司提供的總功率，如圖1 所示。該總功率為通過主電源提供的電力，以產(chǎn)生所需的有功功率。

效率低下的原因

開關(guān)模式電源 （SMPS） 的一個問題是它們不使用任何形式的功率因數(shù)校正，并且輸入電容器 CIN（如圖 4 所示）僅在 VIN 接近 VPEAK 或VIN 為大于電容器電壓VCIN。如果 CIN是使用輸入電壓頻率設(shè)計的，則電流看起來會更接近輸入波形（取決于負載）；然而，主線上的任何微小中斷都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)產(chǎn)生負面反應(yīng)。也就是說，在設(shè)計SMPS時，CIN的保持時間設(shè)計得大于VIN的頻率，這樣，如果VIN出現(xiàn)毛刺，錯過幾個周期，CIN將有足夠的能量存儲以繼續(xù)為其負載供電。

圖 3 表示 VCIN（t）（如圖 4 中的電路所示）的理論結(jié)果，負載非常輕，因此 CIN 放電非常少。隨著負載阻抗的增加，后續(xù)峰值之間的VCIN（t） 將會有更多的壓降，但相對于總 VIN 只占很小的百分比（例如，輸入為 120V，可能會出現(xiàn) 3-5 伏的壓降。如前所述，只有當 VIN大于其存儲電壓時，CIN 才會充電，這意味著非 PFC 電路只會在整個周期時間內(nèi)為 CIN 充電一小部分。

90 度后（圖 4），電橋的半周期降至電容器電壓 （CIN） 以下；它對電橋進行反向偏置，抑制電流流入電容器（通過VIN）。注意電感的輸入電流尖峰有多大。供應(yīng)鏈中的所有電路（墻壁布線、電橋中的二極管、斷路器等）必須能夠承載如此巨大的峰值電流。在這些短時間內(nèi)，CIN必須充滿電，因此會從 VIN中汲取短時間內(nèi)的大電流脈沖。有一種方法可以平均這個尖峰，這樣它就可以使用周期的剩余時間來積累能量，本質(zhì)上是通過使用功率因數(shù)校正來平滑巨大的峰值電流。

為了更緊密地跟隨 VIN 并且不產(chǎn)生這些高幅度電流脈沖，CIN必須在整個周期內(nèi)充電，而不僅僅是其中的一小部分。當今的非線性負載使得我們不可能知道何時需要大的浪涌電流，因此在整個周期內(nèi)保持電容器的浪涌恒定是有益的，并且允許使用更小的CIN。這種方法稱為功率因數(shù)校正。