PFC(功率因数校正电路)工作原理分析

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PFC(功率因数校正电路)工作原理分析

2024-07-10 03:44| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.PFC电路相比传统电路的优势

        传统应用中输入侧交流电源经过全波整流后,一般是接一个大电容来得到比较平滑的直流电压。而整流器——滤波电路是一整非线性元件到储能元件的组合。因此,虽然Vout(输出电压)是正弦波,但输入交流电流严重畸变,呈现脉冲状态。

 

         由此可见,传统使用大电容做滤波的方案并不是个好办法。这种做法会使得电网端引起畸变的非正弦电流,这种电流的谐波电流对电网有很高的危害,会使得设备的输入端功率因数大大下降。同时,对于AD——DC的转换场景来说,DC输出一般要求稳定的直流母线电压。

        PFC(功率因数校正电路)就可以解决以上问题。

        1)改善输入电流谐波

        2)改善输入PF值

        3)稳定输出电压

2.PFC工作原理分析

        下图是一个CCM Boost PFC电路,主电路由整流桥和Boost变换器组成,输入的交流电经过整流桥将输入的交流电转换成馒头波形直流电(无负值),后级Boost电路在特定占空比的控制作用下,将馒头波形直流电压变换成脉冲量较小且稳定的母线直流电压,同时保证输入侧电感电流呈现于输入电压波形一致的正弦电流。

 3.Boost电路拓扑分析

        由上图可知,PFC的电路核心组成为Boost电路,我们在解析PFC前需要先分析Boost电路的工作原理和控制逻辑。

        直流变换器电路工作在BOOST模式下时,输出电压V大于输入电压Vg,其主电路结构如下图所示。Vg为输入直流电源电压,L为Boost电感,Q为BOOST开关管,以特定占空比d导通,D为续流二极管,C为输出滤波电容,R为负载电阻,V为输出电压。

         Boost电路在开关管开通区间与关断区间时工作模式不同,其电路各个关键节点的电流与电压波形因工作状态不同而呈现不同。因此可根据BOOST电路中MOS的工作状态,将Boost电路的工作状态过程分为两种。

         (1)MOS管Q开通时

        其等效电路如下图所示。输入直流电压Vg通过Q直接加载于电感L两端,电感两端的电压等于输入电压Vg,电感电流iLt呈线性增加趋势,电流方向如图中所示,驱动波形gt和电感电流iLt波形如图2.6中的DTs阶段所示。由于Q导通,二极管D的正极被MOS管钳住电位为地,二极管D反向截止,输出负载R继续由电容C供电。

         该过程输入电源Vg给电感充电,电容给负载供电。

        (1)MOS管Q关断时

        由于上一阶段电感电流iLt不能强制换向,续流二极管D正式导通。若忽略续流二极管D的导通管压降,则电感L两端得电压为Vg - V,其中V电压大于Vg,电感电流iLt呈线性减小趋势。电流方向如下图所示。

          该过程中电感放电,同时输入电源Vg给电容充电,负载供电。



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