開關電源的功率因素校正方法

　　什么是功率因數(shù)補償，什么是功率因數(shù)校正：

　　功率因數(shù)補償：在上世紀五十年代，已經(jīng)針對具有感性負載的交流用電器具的電壓和電流不同相（圖1）從而引起的供電效率低下提出了改進方法（由于感性負載的電流滯后所加電壓，由于電壓和電流的相位不同使供電線路的負擔加重導致供電線路效率下降，這就要求在感性用電器具上并聯(lián)一個電容器用以調(diào)整其該用電器具的電壓、電流相位特性，例如：當時要求所使用的40W日光燈必須并聯(lián)一個4.75μF的電容器）。用電容器并連在感性負載，利用其電容上電流超前電壓的特性用以補償電感上電流滯后電壓的特性來使總的特性接近于阻性，從而改善效率低下的方法叫功率因數(shù)補償（交流電的功率因數(shù)可以用電源電壓與負載電流兩者相位角的余弦函數(shù)值cosφ表示）。

　　圖1

　　在具有感性負載中供電線路中電壓和電流的波形

　　而在上世紀80年代起，用電器具大量的采用效率高的開關電源，由于開關電源都是在整流后用一個大容量的濾波電容，使該用電器具的負載特性呈現(xiàn)容性，這就造成了交流220V在對該用電器具供電時，由于濾波電容的充、放電作用，在其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值遠非為零，與其最大值（紋波峰值）相差并不多。根據(jù)整流二極管的單向導電性，只有在AC線路電壓瞬時值高于濾波電容上的電壓時，整流二極管才會因正向偏置而導通，而當AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上的電壓時，整流二極管因反向偏置而截止。也就是說，在AC線路電壓的每個半周期內(nèi)，只是在其峰值附近，二極管才會導通。雖然AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形，但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖，如圖2所示。這種嚴重失真的電流波形含有大量的諧波成份，引起線路功率因數(shù)嚴重下降。

　　在正半個周期內(nèi)（1800），整流二極管的導通角大大的小于1800甚至只有300－700，由于要保證負載功率的要求，在極窄的導通角期間會產(chǎn)生極大的導通電流，使供電電路中的供電電流呈脈沖狀態(tài)，它不僅降低了供電的效率，更為嚴重的是它在供電線路容量不足，或電路負載較大時會產(chǎn)生嚴重的交流電壓的波形畸變（圖3），并產(chǎn)生多次諧波，從而，干擾了其它用電器具的正常工作（這就是電磁干擾－EMI和電磁兼容－EMC問題）。

　　圖2

　　自從用電器具從過去的感性負載（早期的電視機、收音機等的電源均采用電源變壓器的感性器件）變成帶整流及濾波電容器的容性負載后，其功率因素補償?shù)暮x不僅是供電的電壓和電流不同相位的問題，更為嚴重的是要解決因供電電流呈強脈沖狀態(tài)而引起的電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）問題。

　　這就是在上世紀末發(fā)展起來的一項新技術（其背景源于開關電源的迅速發(fā)展和廣泛應用）。其主要目的是解決因容性負載導致電流波形嚴重畸變而產(chǎn)生的電磁干擾（EMl）和電磁兼容（EMC）問題。所以現(xiàn)代的PFC技術完全不同于過去的功率因數(shù)補償技術，它是針對非正弦電流波形畸變而采取的，迫使交流線路電流追蹤電壓波形瞬時變化軌跡，并使電流和電壓保持同相位，使系統(tǒng)呈純電阻性技術（線路電流波形校正技術），這就是PFC（功率因數(shù)校正）。

　　所以現(xiàn)代的PFC技術完成了電流波形的校正也解決了電壓、電流的同相問題。

　　圖3

　　于以上原因，要求用電功率大于85W以上（有的資料顯示大于75W）的容性負載用電器具，必須增加校正其負載特性的校正電路，使其負載特性接近于阻性（電壓和電流波形同相且波形相近）。這就是現(xiàn)代的功率因數(shù)校正（PFC）電路。