大屏幕彩電開關(guān)電源的高頻有源功率因數(shù)校正

標(biāo)簽：開關(guān)電源 功率因數(shù)

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

1 前言

提高功率因數(shù)( PF) 是用電設(shè)備節(jié)能的一個重要因數(shù)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 高頻有源功率因數(shù)校正( PFC) 技術(shù)已越來越廣泛地應(yīng)用于各種電源。大屏幕彩電開關(guān)電源的功率在200~ 300W 之間， 原有彩電的開關(guān)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(shù)值λ低， 一般為0. 65~ 0. 85。為了提高大屏幕彩電的節(jié)電性能， 在設(shè)計中我們采用了高頻有源PFC 技術(shù)， 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(shè)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(shù)與移相因數(shù)的乘積。對開關(guān)電源來說， cos φ一般接近于1,即相移不大， 而諧波電流嚴(yán)重， 失真因數(shù)小。

2. 2 PF 低的危害性

用電設(shè)備的PF 低， 易造成以下危害：①諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)， 而干擾其它用電設(shè)備;②輸入電流有效值大， 需增加電路和保護(hù)器件的規(guī)格;③供電容量增加， 加大了前級設(shè)備( 如變壓器等) 的定額;④大大增加了中線負(fù)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(jù)電網(wǎng)的電壓、電流及負(fù)載的變化產(chǎn)生PWM 信號， 控制高頻電子開關(guān)導(dǎo)通的， 可起調(diào)節(jié)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(wǎng)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(guān)電源的PF分析

現(xiàn)有的大屏幕彩電內(nèi)用開關(guān)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(dāng)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(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓幅值高于電解電容電壓時， 電流才從電網(wǎng)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(guān)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(shù)可使其λ≥0. 99, 即λ≈1, 這樣可節(jié)電60~ 100W, 是相當(dāng)可觀的。

圖2大屏幕彩電開關(guān)電源原理框圖

圖中 V1 ——單相整流橋

C1 —— 吸收電容

R1 ——保護(hù)壓敏電阻

R2 —— 熱敏電阻

K ——固態(tài)繼電器觸點

圖3 現(xiàn)有大屏幕彩電開關(guān)電源交流輸入電壓電流波形

圖中 uiac——電網(wǎng)電壓波形

uidc ——經(jīng)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