PFC電源與開關電源的區別
PFC電源
PFC的(de)(de)(de)(de)英文全稱為“Power Factor Correction”,意思是“功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)校正”,功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)指的(de)(de)(de)(de)是有效(xiao)功(gong)率(lv)(lv)與總耗電(dian)量(視(shi)在功(gong)率(lv)(lv))之間的(de)(de)(de)(de)關系,也就是有效(xiao)功(gong)率(lv)(lv)除(chu)以總耗電(dian)量(視(shi)在功(gong)率(lv)(lv))的(de)(de)(de)(de)比值。 基本(ben)上功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)可以衡量電(dian)力被有效(xiao)利(li)用的(de)(de)(de)(de)程(cheng)度,當功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)值越大(da),代(dai)表(biao)其電(dian)力利(li)用率(lv)(lv)越高。功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)是用來(lai)衡量用電(dian)設(she)(she)備用電(dian)效(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)參數(shu)(shu)(shu),低功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)代(dai)表(biao)低電(dian)力效(xiao)能(neng)。為了提(ti)高用電(dian)設(she)(she)備功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)技術就稱為功(gong)率(lv)(lv)因(yin)(yin)(yin)數(shu)(shu)(shu)校正。
計(ji)算機開關電(dian)源(yuan)是一種電(dian)容輸入(ru)型電(dian)路,其電(dian)流和(he)電(dian)壓之間的(de)相位差會(hui)造成交(jiao)換功率(lv)的(de)損(sun)失,此時便需要PFC電(dian)路提高功率(lv)因數。目前(qian)的(de)PFC有兩(liang)種,一種為被動(dong)式PFC(也稱(cheng)無源(yuan)PFC)和(he)主動(dong)式PFC(也稱(cheng)有源(yuan)式PFC)
被動式PFC
被動式PFC一般分“電(dian)感補償(chang)式”和“填谷(gu)電(dian)路式(Valley Fill Circuit)”
“電(dian)(dian)(dian)感(gan)補償(chang)式(shi)(shi)”是使(shi)交流輸入的基波(bo)電(dian)(dian)(dian)流與電(dian)(dian)(dian)壓(ya)之間相位(wei)差減小來提高(gao)功率因數(shu),“電(dian)(dian)(dian)感(gan)補償(chang)式(shi)(shi)”包括靜音式(shi)(shi)和非靜音式(shi)(shi)。“電(dian)(dian)(dian)感(gan)補償(chang)式(shi)(shi)”的功率因數(shu)只(zhi)能達(da)到0.7~0.8,它一般在高(gao)壓(ya)濾波(bo)電(dian)(dian)(dian)容(rong)附近。
“填(tian)(tian)(tian)谷(gu)(gu)電(dian)路式(shi)”屬于一種(zhong)新型無源功率(lv)因數校正(zheng)電(dian)路,其(qi)特(te)點是利用(yong)整流橋后(hou)面(mian)的(de)填(tian)(tian)(tian)谷(gu)(gu)電(dian)路來大(da)幅度增加整流管的(de)導通角,通過(guo)填(tian)(tian)(tian)平谷(gu)(gu)點,使(shi)輸入電(dian)流從尖峰脈沖變(bian)為接近于正(zheng)弦波的(de)波形(xing),將功率(lv)因數提高到0.9左右,顯(xian)(xian)著降低(di)總諧波失(shi)真。與(yu)傳(chuan)統的(de)電(dian)感式(shi)無源功率(lv)因數校正(zheng)電(dian)路相比,其(qi)優點是電(dian)路簡單,功率(lv)因數補償(chang)效果顯(xian)(xian)著,并且在輸入電(dian)路中不(bu)需要使(shi)用(yong)體積大(da)重量沉的(de)大(da)電(dian)感器
主動式PFC
而主動式PFC則由電感電容及電子元器件組成,體積小、通過專用IC去調整電流的波形,對電流電壓間的相位差進行補償。主動式PFC可以達到較高的功率因數──通常可達98%以上,但成本也相對較高。此外,主動式PFC還可用作輔助電源,因此在使用主動式PFC電路中,往往不需要待機變壓器,而且主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小,這種電源不必采用很大容量的濾波電容。
PFC相關專業術語:
1.corrector, power factor (PFC)
功率因數修正器
2.power-factor corrector (PFC)
功率因數修正器
3.power factor control (PFC)
功率因數控制
交過電費的人都知道,同樣是使用電網中的電能,為什么工業用電和居民用電的價格卻不盡相同呢?
大多數人也許會給出這樣一個答案:“工業用電是要創造價值,進行商業盈利的;其次就是工業設備污染環境比較多;再次就是工業用電的傳輸成本高。”這個答案說明了一些問題,但是如果您具備專業知識,或者通過前面的學習,了解了什么是功率因數,那么您肯定能給出更專業的答案:“工業中使用的用電設備多為電感或電容性設備,其功率因數相對居民用電設備的功率因數較低,造成了電網中無功功率較高,電力公司需要多發電來維持這個無功功率,浪費了這部分的電能,所以工業用電用戶就需要為這部分浪費的電能買單。”
那么我們有什么方法來降低無功功率,或者說如何把功率因數提升到最佳值呢?偉大的科學家們已經幫我們研究出了解決辦法:功率因數校正。提高用電設備功率因數,使其接近1的技術就稱為功率因數校正。
下面讓我們看看供電公司和工業用電用戶都是怎么樣做的吧。
供電公司的功率因數校正方法
對于供電方,最簡單的方法就是提升送電電壓,也可以在各個中央變電站、輸送網絡中,添加功率因數校正設備,提升整個電網本身的功率因數,減少輸送損耗,如圖2所示。
工業用電用戶的功率因數校正方法
對于工業用電(dian)(dian)的使用方,可以在低(di)功率因數(shu)(shu)負(fu)(fu)載電(dian)(dian)路中,增加功率因數(shu)(shu)校正設備,或者使用高功率因數(shu)(shu)的負(fu)(fu)載。
開關電源
開關電源是利用現代電力電子技術,控制開關管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源,開關電源一般由脈沖寬度調制(PWM)控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發展和創新,使得開關電源技術也在不斷地創新。目前,開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。
主要用途
開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,LED燈具,通訊設備,視聽產品,安防監控,LED燈帶,電腦機箱,數碼產品和儀器類等領域。
主要類型
現代開關電源有兩種:一種是直流開關電源;另一種是交流開關電源。
這里主要介紹的只是直流開關電源,其功能是將電能質量較差的原生態電源(粗電),如市電電源或蓄電池電源,轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓(精電)。直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說,直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的,DC/DC轉換器的分類基本上就是直 流開關電源的分類。
直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類:一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉換器;另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉換器。
隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個數來分類。單管的DC/DC轉換器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩種。雙管DC/DC轉換器 有雙管正激式(DoubleTransistor Forward Converter),雙管反激式(Double Transistr Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和半橋式(Half-Bridge Converter)四種。四管DC/DC轉換器就是全橋DC/DC轉換器(Full-Bridge Converter)。
非隔離式DC/DC轉換器,按有源功率器件的個數,可以分為單管、雙管和四管三類。
單管DC/DC轉換器共有六種,即降壓式(Buck)DC/DC轉換器 ,升壓式(Boost)DC/DC轉換器、升壓降壓式(Buck Boost)DC/DC轉換器、Cuk DC/DC轉換器、Zeta DC/DC轉換器和SEPIC DC/DC轉換器。在這六種 單管DC/DC轉換器中,Buck和Boost式DC/DC轉換器是基本的,Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉換 器有雙管串接的升壓式(Buck-Boost)DC/DC轉換器。四管DC/DC轉換器常用的是全橋DC/DC轉換器(Full-Bridge Converter)。
隔離式DC/DC轉換器在實現輸出與輸入電氣隔離時,通常采用變壓器來實現,由于變壓器具有變壓的功能,所以有利于擴大轉換器的輸出應用 范圍,也便于實現不同電壓的多路輸出,或相同電壓的多種輸出。
在功率開關管的電壓和電流定額相同時,轉換器的輸出功率通常與所用開關管的數量成正比。所以開關管數越多,DC/DC轉換器的輸出功率越大,四管式比兩管式輸出功率大一倍,單管式輸出功率只有四管式的1/4。
非隔離式轉換器與隔離式轉換器的組合,可以得到單個轉換器所不具備的一些特性。
按能量的傳輸來分,DC/DC轉換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉換器,既可以從電源側向負載側傳輸功率,也可 以從負載側向電源側傳輸功率。
DC/DC轉換器也可以分為自激式和他控式。借助轉換器本身的正反饋信號實現開關管自持周期性開關的轉換器,叫做自激式轉換器,如洛耶爾 (Royer)轉換器就是一種典型的推挽自激式轉換器。他控式DC/DC轉換器中的開關器件控制信號,是由外部專門的控制電路產生的。
按照開關管的開關條件,DC/DC轉換器又可以分為硬開關(Hard Switching)
和軟開關(Soft Switching)兩種。硬開關DC/DC轉換器的開關器件 是在承受電壓或流過電流的情況下,開通或關斷電路的,因此在開通或關斷過程中將會產生較大的交疊損耗,即所謂的開關損耗(Switching loss)。當轉換器的工作狀態一定時開關損耗也是一定的,而且開關頻率越高,開關損耗越大,同時在開關過程中還會激起電路分布電感和寄生 電容的振蕩,帶來附加損耗,因此,硬開關DC/DC轉換器的開關頻率不能太高。軟開關DC/DC轉換器的開關管,在開通或關斷過程中,或是加于 其上的電壓為零,即零電壓開關(Zero-Voltage-Switching,ZVS),或是通過開關管的電流為零,即零電流開關(Zero-Current?Switching,ZCS)。這種軟開關方式可以顯著地減小開關損耗,以及開關過程中激起的振蕩,使開關頻率可以大幅度提高,為轉換器的小型化和模塊化創造 了條件。功率場效應管(MOSFET)是應用較多的開關器件,它有較高的開關速度,但同時也有較大的寄生電容。它關斷時,在外電壓的作用下, 其寄生電容充滿電,如果在其開通前不將這一部分電荷放掉,則將消耗于器件內部,這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗,功率場 效應管宜采用零電壓開通方式(ZVS)。絕緣柵雙極性晶體管(Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor,IGBT)是一種復合開關器件,關斷時的電流拖 尾會導致較大的關斷損耗,如果在關斷前使流過它的電流降到零,則可以顯著地降低開關損耗,因此IGBT宜采用零電流(ZCS)關斷方式。IGBT在 零電壓條件下關斷,同樣也能減小關斷損耗,但是MOSFET在零電流條件下開通時,并不能減小容性開通損耗。諧振轉換器(ResonantConverter ,RC)、準諧振轉換器(Qunsi-Tesonant Converter,QRC)、多諧振轉換器(Mu1ti-ResonantConverter,MRC)、零電壓開關PWM轉換器(ZVS PWM Converter)、零電流開關PWM轉換器(ZCS PWM Converter)、零電壓轉換(Zero-Vo1tage-Transition,ZVT)PWM轉換器和零電流轉換(Zero- Vo1tage-Transition,ZVT)PWM轉換器等,均屬于軟開關直流轉換器。電力電子開關器件和零開關轉換器技術的發展,促使了高頻開關電源的發展。
基本組成
開關電源大致由主電路、
控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅:限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。
輸入濾波器:其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網。
整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變:將整流后的直流電變為高頻交流電,這是高頻開關電源的核心部分。
輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。
2、控制電路
一方面從輸出端取樣,與設定值進行比較,然后去控制逆變器,改變其脈寬或脈頻,使輸出穩定,另一方面,根據測試電路提供的數據,經保護電路鑒別,提供控制電路對電源進行各種保護措施。
3、檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。
4、輔助電源
實現電源的軟件(遠程)啟動,為保護電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。
主要分類
人們在開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件,
320W單組開關電源
320W單組開關電源
邊開發開關變頻技術,兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。
微型低功率開關電源
開關電源正在走向大眾化,微型化。開關電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應用,低功率微型開關電源的應用要首先體現在,數顯表、智能電表、手機充電器等方面。現階段國家在大力推廣智能電網建設,對電能表的要求大幅提高,開關電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應用。
反轉式串聯開關電源
反(fan)(fan)轉式串(chuan)(chuan)聯開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)與(yu)一般串(chuan)(chuan)聯式開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)區別(bie)是,這種反(fan)(fan)轉式串(chuan)(chuan)聯開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)是負電(dian)(dian)壓(ya)(ya),正(zheng)好與(yu)一般串(chuan)(chuan)聯式開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)輸(shu)出的(de)(de)正(zheng)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)極性相反(fan)(fan);并且由于儲能電(dian)(dian)感L只在(zai)開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)K關(guan)(guan)斷時才向(xiang)負載輸(shu)出電(dian)(dian)流,因此,在(zai)相同條件下(xia),反(fan)(fan)轉式串(chuan)(chuan)聯開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)流比(bi)串(chuan)(chuan)聯式開(kai)(kai)(kai)關(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)流小(xiao)一倍。
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