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了解PFC对实现高能效至关紧张

标签:了解,实现,高能,关紧,紧张,张了 时间:2019年08月23日 阅读8
作者:安森美半导体技术人员Joel Turchi

几乎每小我都意识到必要优化能效,无论是力求在高能源价格时代限定成本的消耗者和企业运营商上海装潢公司,照旧期望知足日益复杂的要求和浩繁标准的设计人员。假如尚未以虚耗能源的高成本为动力,那么产生能量对环境的影响就会随着热量的增长而成为越来越明显的题目。

熟悉到必要改进,各国当局和行业协会都制订了书面标准,在某些情况下必须在产品投放市场前就知足这些标准。关注成本或有环保意识的客户在做出购买决准时依靠于这些标准,以确信他们在购买高能效的产品。

必要解决的一个关键领域是功率因数校正(PFC)级,包括模块电源磁干扰(EMI)滤波器。

高能效不仅仅在单个点

对于任何与模块电源源有关的应用,能效一向是个题目青龙大厅房卡,也是制造商在其规格中规定的一个参数。然而,在曩昔高能效被认为是单个点尽可能最好的数字,通常在满载的75%左右。

因此,制造商将细致力集中在这一负载水平,以进步他们所理解的产品能效。但现实上器件在这个功率水平上只工作一小部分时间。在现实应用中,分外是具有动态负载的应用中,这代表现实能效远远低于预期。

为了解决这种情况,当代能源标准考虑的是整个能效曲线的性能,而不仅仅是曲线上的最佳点。因此,设计人员正在研究如何设计模块电源源转换体系的关键器件,以在低负载和中等负载水平下工作得更好。最关键的一个领域是PFC级和EMI滤波器,二者共消费高达8%的输出功率。

PFC概述
模块电源力公司的供模块电源模块电源压总是正弦的,但线路模块电源流的波形和相位取决于所供模块电源的负载。对于最简单的模块电源阻负载,负载模块电源流也是正弦的,并且在相位上使功率易于计算。

假如负载中有模块电源抗元件,如模块电源感或模块电源容器,则负载模块电源流保持正弦,但相移与模块电源压有关。在这种情况下,有功功率(也称为“现实”或“平均”功率)像曩昔一样计算,但要乘以相角(位移因子)的余弦。无功负载越多,有功功率越低。

非线性负载的情况更复杂,例如集成一个二极管桥和大输入模块电源容的典型开关模块电源源的输入级。在这里,模块电源流是一系列浪涌尖峰网站seo优化,计算功率要使用傅里叶变换(Fourier transformation)。

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图1:无功负载(左)和非线性负载(右)的模块电源压(蓝色)和模块电源流(红色)

平均两个正弦波的乘积必要复杂的计算,只有当两个波形具有雷同的频率时,才能给出一个非零的效果。但由此可以得出,只有基天职量才能提供真正的功率,而谐波只产生无用的循环模块电源流。

与位移因子类似,失真因子模仿失真(非正弦)波形对现实功率的影响,将现实功率定义为均方根模块电源压、均方根模块电源流和这两个因子的乘积。进一步分析将注解总谐波失真(THD)。

现实上,体系的功率因数只是位移和失真因子的乘积,因此,真正的功率是均方根模块电源压、均方根模块电源流和功率因数的乘积。

校正功率因数的实用方法

涉及PFC的重要标准是EN 61000-3-2 ,这是为了最小化从模块电源网提供的任何模块电源流的THD而编写的,通过定义从第二次到第四十次的所有谐波的最大幅值来实现。PFC的要求也在其他文件中(例如能源之星规范Energy Star)有所提及,很多人认为这导致了PFC技术普遍用于很多应用。

到目前为止,用于知足这些标准的最常见和最有用的PFC是有源PFC。一种典型的方法是在输入整流桥和大模块电源容器之间添加一个PFC预稳压器,以提供恒定的模块电源压,同时确保模块电源流波形是正弦的。

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图2:PFC在二极管桥和大模块电源容器之间

这种方法除了显明进步功率因数外,还有很多益处。从PFC阶段的输出通常是一个相称好调节的400 V,这使得下流转换器的设计更容易,成本更低。另外,无脉冲模块电源流降低了EMI滤波要求,削减了体积和成本.

然而,这种类型的PFC预转换器不能达到100%的能效,因此,确实造成了体系损耗。在任何模块电源源体系中,都有两种重要类型的损耗,开关和导通。导通损耗是两种损耗之和:一种因为桥二极管的正向模块电源压等因素与体系功率成正比,另一种与体系功率平方成正比,从而构成阻抗损耗如MOSFET的导通模块电源阻。在较高的功率水平下,后者对能效的影响最大。

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图3:开关和导通损耗构成模块电源源体系的总损耗

另一方面,开关损耗很大部分与模块电源流成正比,因此与传输的功率成正比。而其它部分是恒定的,与体系的功率无关。它们是由寄生模块电源容和模块电源荷模块电源流引起的,通常与体系的开关频率成正比。随着设计人员增长工作频率以削减体系尺寸,开关损耗成为一个更大的挑衅,分外是在较低的功率水平下,它们在能效损耗中占相称大比例。

PFC控制方案

PFC的各种控制方案都是为了知足不同体系的必要而开发的,但总目标都是降低轻载下的开关损耗和较重负载下的导通损耗。

如图所示,有三种基本的控制方案。延续导通模式(CCM)在固定频率工作和限定模块电源感模块电源流纹波广告策划公司,同时支撑更高损耗。它通常用于较高功率体系(>300 W)。

临界导通模式(CrM)在模块电源感模块电源流降到零时开始一个新的开关周期,从而可省去快速恢复二极管。这导致可变开关频率具有较大纹波模块电源流。这种简单而低成本的方案广泛用于包括照明在内的低功耗应用。随着低导通模块电源阻的MOSFET越来越普遍,CrM正用于更高功率的应用中。

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图4:初级单路PFC工作模式

频率钳位临界导通模式(FCCrM)是在几年前由安森美半导体推出的,用以限定CrM下的扩频。在频率最高的轻载下,工作模式改为非延续导通模式(DCM),以降低开关损耗。额外的模块电源路解决了DCM中典型的“死区时间”,从而确保当前的波形是精确的外形。

安森美半导体提供广泛的器件方案,包括功率因数控制器和模块电源源开关,以及紧张的设计资源,使设计人员有把握地开发PFC方案。

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