开关电源无源PFC电路优化设计探析

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1、开关电源无源PFC电路优化设计探析【摘要】正如我们所知道的，强制性是电磁兼容标准的特点之一，因此对相应的电磁兼容标准进行合理化的深入研究是PFC的一项重耍内容。众所周知，无源PFC技术是相对简单且成本较低的，在一些应用到小功率的场合可以尝试推广使用。本文就是基于优化设计开关电源无源PFC电路所做的探讨，立足开关电源PFC的效果进行了研究和分析，并且对单相的无源PFC(PFC)进行了仿真模拟研究，从屮探究出接入电感的大小对卩FC效果的影响。【关键词】开关电源;无源功率；因数校正;优化设计中图分类号：S611文献标识码：A1.刖B我国早在2002年就开始在全国范围内

2、实行中国强制认证要求，即所谓的3C认证，3C认证有如下的要求：第一，要采用更加严格的电磁兼容(EMC)的要求标准，并型号提供电磁兼容性能简要报告以及相关的文件;第二，对谐波电流的限定和控制的强度需要加强，其实际过程中是添加了PFC(功率因数校正)电路。采取二极管整流、电容滤波的非线性是电路计算机开关电源的原理，它具有输入功率比较低，很强的谐波电流的特点和优势，从而可以用PFC电路来提高功率的因数，对谐波起到一定阻碍效果。这也就意味着功率因数的高低及其谐波电流失真状况是影响计算机电源的一个非常重要的因素。2•功率因数的校正根据我们所能掌握的情况来说，PFC（功率因

3、数校正）分为无源PFC和冇源PFC两种模式。如图1所示，便是无源PFC电路的典型代表。图1无源PFC电路的运用代表图事实上，为了防止开关电源的电磁干扰通过进线干扰开关电源外的其它电路或设备，通常会将电感接在整流器的前面，正如下图2所示，这样的改进消除了无源PFC电路中的电感的直流分量，可以防止电感铁芯饱和的情况发生。应用无源PFC的优势表现在很多方面：方法简略、靠得住，不用进行控制，而且还能够使得输入的电流的总谐波含量和基波比下降到30%以内，输入电流的总谐波的含量及其3、5、7等奇次谐波可以获得很好的改善，功率因数也可以获得很好的提升。由于在电路中应用了串联电

4、感补偿的方法，这样就会在必然程度上降低了成本。图2改进型的无源PFC电路当然，从辨证的角度出发客观的研究无源PFC电路，也不难发现它也具有一些缺点，由于它增加了无源的元件，所以体积就会变得很大而且也会比较的笨重，导致校正之后的功率因数也不是非常的高，一般为0.8左右，并且还会释放大量的热，也有可能引发工频共振和噪声。冇源PFC和无源PFC相比，有源的PFC主要是使用了全控开关器件构成的开关电路，这样来使输入电流的波形跟随电压波形变化，从而能使电流和电压达到同相的目标。使用有源PFC电路的开关电源的优势主要表现在两个方面，其一，能够使得总谐波的含量下降到5%以内，

5、而功率因数则会跨越0.99,而且还能把开关电源输入电压的区域扩大为全域电压。其二，它还具有稳定性好、振动和噪声比较小的好处。有源PFC技术的采用是可以很好的降低谐波的含量、增大功率的因数的，如此就满足了谐波含量的要求。但是，由于电路和控制都是比较复杂的，因而会产生较高的成本费用，并且开关器件的高速开关会导致电路开关的耗损增大，这样效率就会比无源PFC电路的效率低一些。3.无源的PFC的工作原理假设电源电压是正弦波，它的表达式可以表示为es=Essint；假设非线性负载从交流电源汲取的电路是周期性非正弦波形，可用以下式子进行表示：Il=Insin(nt+n)=Tl

6、coslsint+11sinlcost+IO+Insin(nt+n)在上式中，等号右边的第1项是基波有功电流的分量，被记为ip；其次是基波无功电流的分量i"第3项是直流分量；第4项是负载电流iL的高次谐波分量之和，被记为ih。先计算出在一个周期内的平均功率，从而求得有功功率P二iLdt二[ip+ii+IO+ih]dt由此式积分以后演变可得P=EsIlcosl视在功率为S二EsIL则功率因数为=P/S=Il/ILcosl=PF3.无源PFC电路的仿真在无源PFC的基础原理上，使用了下图3所示的电路进行仿真。图3无源PFC仿真的电路图单相PFC电路的输入电路的电压和

7、电流都是属于止弦波的模式的，输入的电压E=220V,0300nF。在PFC的电路屮，选取合适大小的电感值L,这一点对于功率因数的校正是十分重要的。本文应用的就是MUTTSIM仿真，在负载功率不同的情况下，经过对系统结构中的电感的参数大小的改变来观察系统的输出电流的波形，以及各个谐波的比例。在负载不变的条件下，无源PFC电路的电感L取值不一样会对电路的功率因数有较人的差异，并且会呈一定的提高趋势，电感L值越大，高次谐波的分量就会越小，这时的电流波形类似于正眩波，相对应的电压相位的差值会越大。表1就为电感及其负载不同的时候的仿真的结果。表1电感L及不同负载情况下的功

8、率因数负载电阻电感(mi