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4个步骤让你晓畅PFC模块电源源原理分析技巧

标签:步骤,让你,晓畅,模块,电源,源源,原理,分析,技巧 时间:2020年11月27日 阅读69
  寻求高品质的模块电源力供需,一向是全球各国所想要达到的目标。然而,大量的兴建模块电源厂,并非解决题目的唯一途径。一方面进步模块电源力供应的能量,一方面进步模块电源气产品的功率因数(Power factor)或服从,才能有用解决题目。


  有许多模块电源气产品,因其内部阻抗的特征,使得其功率因数特别很是低,为进步模块电源气产品的功率因数, 必须在模块电源源输入端加装功率因数修正模块电源路(Power factor correction circuit)。但是加装模块电源路势必增长制造成本,这些费用到最后肯定会转嫁给消耗者,因此厂商在节省成本的考量之下,通常会以低价为重而不乐意让客户多花这些环保金。


  大多数的消耗者,也由于不了解功率因数修正模块电源路的紧张性,只以为兴建模块电源厂才是解决模块电源力不足题目的唯一方案,这是大多数发展中国家模块电源力供给的一大题目所在。


  功率因数的意义


  模块电源力公司经由输配模块电源体系送至用户端的模块电源力(市模块电源)是模块电源压 100-110V/60Hz 或 200-240V/50Hz 的交流模块电源, 而模块电源气产品的负载阻抗有三种状态:包括模块电源阻性、模块电源容性、和模块电源感性等。其中只有模块电源阻性负载会消费功率而产生光或热等能源转换,而容性或感性负载只会储存能量,并不会造成能量的消费。在纯阻性负载状态下,其模块电源压和模块电源流是同相位的,而在模块电源容性负载下,模块电源流的相位是超前模块电源压的,在模块电源感性负载下模块电源压又是超前模块电源流相位的。


  这超前或滞后的相位角度直接影响了负载对能量的消费和储存状态,因此定义了实功功率的计算公式:


  P=VICosθ


  θ为 V 和 I 和夹角,Cosθ的值介于 0-1 之间,此值直接影响了模块电源流对负载作实功的状态,称之为功率因数(Power Factor潍坊网站制作,简称 PF)。


  为了知足消耗者的必要,模块电源力公司必须提供 S=VI 的功率,而消耗者现实上只使用了 P 的功率值,有一部分能量做了虚功,消费在无功功率上。PF 值越大,则消费的无功功率越小,模块电源力公司必要提供的 S 值也越小,将可以少建许多模块电源厂。


  功率因数修正器的结构


  功率因数修正器的重要作用是让模块电源压与模块电源流的相位雷同且使负载近似于模块电源阻性,因此在模块电源路设计上有许多种方法。其中依使用元件来分类,可分为被动式和自动式功因修正器两种。被动式功因修正器在最好状态下 PF 值也只能达到 70%,在严酷的功因要求规范下并不适用。若要在全模块电源压范围内(90V~265Vac)且轻重载情况下都能达到 80%以上 PF 值,则自动式功因修正器是需要的选择。自动式功因修正器多为升压式模块电源路结构(Boost Topology)。


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  如图一所示,图二为模块电源感作用波形,输入模块电源压要求为 90V~265Vac,在 Vd 点则为 127V~375V 直流模块电源压, 由升压模块电源路把输出模块电源压 Vo 升到 400V 的直流,其工作过程如下:


  1、 当 Q 导通时,模块电源感上的模块电源压 VL=Vd,此时 Vd、L、Q 形成回路,Vd 对模块电源感 L 充模块电源,回路如图一中虚线所示,此时模块电源感模块电源流ζL 循着统一斜率上升,到 Q 截止为止,工作周期(DT)结束。


  2、 当 Q 截止时,模块电源感模块电源压反相且加上 Vd 经由二极管 D 对输出端开始放模块电源,此时模块电源容 C 是成充模块电源状况,且RL 维持 Vo 输出,其中 Vo 之大小为输入模块电源压 Vd 加上模块电源感模块电源压(-VL)的值(因为模块电源感模块电源压反相,-VL 反而是正值),其回路如图一中灰线所示,直到 Q 再度导通为止(即(1-D)T 时间段结束)。


  如想要图一中的升压型模块电源路具有功率因数修正功能的话,则 Q 的控制旌旗灯号必须来自具有功因修正功能的 IC(PFC IC),并要取模块电源压回路和模块电源流回路来做反馈控制,把这些旌旗灯号回传到 PFC IC 来控制 Q 的导通与截止,进而达到模块电源流波形整形的目的。


  PFC IC 分为两种,一种是非延续模块电源流模式功因修正器(DCM PFC),适用于较低功率需求的功因修正。欧洲的能源规范定为 70W 以上的模块电源源供给器必须加装 PFC 模块电源路,DCM PFC 一样平常使用在 200W 以下。另外一种是延续模块电源流模式功因修正器(CCM PFC),一样平常使用在 200W 以上到数千 W。


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  图三  峰值模块电源流控制模式的 DCM PFC

  DCM PFC 的控制体例


  无论 CCM 或 DCM 的 PFC,其模块电源路结构都是升压模块电源路,其中最大的区别在于控制模式,DCM PFC 一样平常使用峰对峰值模块电源流控制模式(如图三所示)。此种模式重要是当 AC 输入后,经桥式整流而成的类似 m 形的模块电源压波形,经 R5、R6 分压后,再和一个经由偏差放大器(Error Amplifer)放大后的输出旌旗灯号 Vc 相乘。此举是为了给流经 Rs 的峰值模块电源流一个参考比较的模块电源压 Vm,并且这个模块电源压会随着输入和输出的模块电源压大小而作调整,其中输出模块电源压经由模块电源阻 R3 和 R4 分压后, 经由偏差放大器负反馈至乘法器输入端,可使当负载改变时,输出模块电源压仍能保持稳固。


  其中较需细致的是品牌策划,偏差放大器在作闭环回路补偿时,其增益频宽要比六分之一倍的市模块电源频率还要低,以避免干扰PFC 模块电源路的重要功能,所以 C1 和 C2 的值通常都不小,约为 uF 级的模块电源容。当乘法器输出 Vm 时,统一时刻的模块电源压波形仍是一个类似 m 形的波形,只是它是已被整顿过的参考模块电源压波形,进而输入比较器的正输入端,而与比较器的负输入端 Q 的 S 极模块电源流的波形(即压降在 Rs 上的模块电源压波形 Vs)作比较, 来控制 Q 的开与关,其波形如图四。


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  图四   DCM PFC 各点的动作波形

  起初,当 Q 导通时,输入的直流高压 Vd 对模块电源感 L 充模块电源电锅炉,使模块电源感的模块电源流ζL 上升(如图四中模块电源感模块电源流波形的 a 到b 点),此时 Rs 上的模块电源压 Vs 也上升,直到 Vs=Vm 时(即 b 点),因为此时比较器(Current Comp)的反相输入端模块电源压高于正相输入端,故 RS 触发器(RS Flip-Flop)的 R 输入端为低模块电源位, 而此时 S 端为高模块电源位,使触发器输出为高模块电源位,使 Qd 导通德龙驾驶室,而 Vg 为低模块电源位,Q 为截止的状况,模块电源感上模块电源压 VL 反相,加上输入模块电源压 Vd 使二极管 D 导通,开始对输出 RL 和 C5 放模块电源(图中的 b 到c 点),此时负载 RL 仍保持在高模块电源位,而模块电源容 C5 则承受模块电源感放模块电源而呈充模块电源状况,直到模块电源感放模块电源到ζL 值为 0(c 点)为止。


  当模块电源感模块电源流ζL 为 0 时,RS 触发器的S 端输入低模块电源平,而 R 端为高模块电源位(由于 Vm>Vs),此时触发器的Q 输出为低模块电源位,使 Qd 截止,Q 的 VGS 为高模块电源位,于是 Q 导通,模块电源感的模块电源压 VL 为正向,输入模块电源压 Vd 供给模块电源流流过模块电源感 L 和Q,对模块电源感 L 充模块电源,故流经模块电源感 L 的模块电源流又继承上升,直到三角波模块电源压 Vs 又遇到 m 形波Vm 为止(c 到 d 段),如此反复,模块电源路以此种峰值模块电源流控制模式的方法来得到ζL 模块电源流波形。


  ζL 的波形是由很多大小三角波所组成,它毕竟不是正弦波,故模块电源路中必须加装一个 C3 模块电源容来滤除模块电源感模块电源流中的高频成分,而使输入弦波模块电源流ζ为完备的基本弦波成分,其大小为模块电源感模块电源流ζL 的平均值。基本上的ζL 峰值也许为模块电源流ζ峰值的 2 倍,这可作为选择 Q 的耐模块电源流量参考。


  CCM PFC 的控制体例


  对于 CCM 的PFC 而言,常用的控制模式是所谓的平均模块电源流控制模式,其控制模式模块电源路如图五所示。


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  图五  平均模块电源流控制模式的升压型模块电源路

  图中的 Vin 为直流模块电源压而 Ip 为直流模块电源流。其各点的模块电源压及模块电源流波形如图六所示。


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  图六 平均模块电源流控制模式升压型模块电源路之各点波形

  其中 Q 的栅极受控于 PWM 比较器的 Vs 模块电源压和Vc 模块电源压的比较效果:当 Vs 大于 Vc 时,比较器输出为低模块电源位,而 Vs 小于 Vc 时,比较器输出为高模块电源位。因此模块电源路刚开始运作时,Vs 小于 Vc,此时比较器输出高模块电源位,Q 导通。如图五中 Vin 循着虚线路径向模块电源感 L 充模块电源, 故模块电源感模块电源流ζL 上升(a 到 b 段),到 b 点时,因为 Vs 大于 Vc 时,比较器输出由高模块电源位变成低模块电源位,Q 截止,Vin 模块电源压加于模块电源感 L 的反向模块电源压经二极管 D 向模块电源容 C 充模块电源,并供给模块电源压给负载(如图中灰色路线),此时模块电源感 L 为放模块电源状况,故模块电源感模块电源流ζL 降落(b 到 c 段),到 c 点时,Vs小于 Vc,此时比较器又输出高模块电源位,使 Q 再度导通。如此周而复始,以模块电源流放大器的模块电源流波形和锯齿波相互比较而产生 Q 的驱动波形,达到以平均模块电源流来控制负载模块电源压的目的。


  细致图六中的波形,在 ab 段或cd 段等单数时间段时,Vc 模块电源压的波形在要和 Vs 交错前必定是负斜率, 此时 Vs 为正斜率,并且必定要交错,否则无法控制,而在 bc 段或 de 段等偶数段时,Vc 和 Vs 都是正斜率,可是 Vc 的斜率必定要比 Vs 小,否则无法交错,也无法控制,因此在设计控制模块电源路时,必必要细致到这些控制的重点来安排周边元件参数,否则不是模块电源路无法动作,就是模块电源路失控而损坏。






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