PFC控制器建模:为巴克、提升和smp的设计

如果我们回顾六十年前在消费类电子产品,我们获得电源技术的一个有趣的观点。老电力供应电视依靠真空管分流监管者和回扫变压器送到15到30千伏阴极射线管(CRT)。一切在低和高电压电源释放热量;“效率”根本不存在作为一个优先级。

然而,数字的出现,光和无线通讯系统改变了一切。在1978年期间,参与国际电信能源会议开始解决节能的必要性和具有成本效益的公共交换电话网络的电力系统。

今天,我们清楚地看到一个电子行业专注于电源效率,降低功耗,降低电磁干扰。通过监管重点也变得明显的压力放在改善待机功耗以及主动模式的效率。作为一个例子,欧洲和日本生产的电气设备符合IEC 61000 - 3标准。国际能源之星6.0要求地址备用电源的要求。每个点需要增加最优功率因数校正功能最大化可用的有效功率。

PFC控制器:电源供电电路的效率

效率在最简单的形式告诉我们,如果输出的力量电源电路= 75瓦和输入功率= 100瓦,效率= 75%。然而,寻求方法来减少电力消耗超出电路的输出功率等于输入的一小部分。

有效功率的平均值代表瞬时电流和电压在一个循环的产物,是由于电阻负载功率耗散。换句话说,有效功率的一部分转化为力量,执行工作。的有效功率负载较低价值的产品电压和电流的负载通过负载。

功率因数和电压均方根值

连接电抗负载在一个交流电源导致一些返回到源的力量。当我们计算电路的视在功率,我们使用RMS(均方根或均方)的平方根值。对于交流电,RMS值的值等于直接电流将产生相同的平均功率耗散电阻负载。

视在功率代表电流的均方根值的产品乘以的RMS值电压和电力供应的总量是一个电路。RMS的电压正弦波形等于峰值电压值乘以0.7071。

电路的功率因数(PF)等于有效功率除以视在功率。我们在瓦表达有效功率,volt-amps视在功率。

PF =有效功率(瓦特)/视在功率(VA)或

真正的瓦特/伏x安培

我们也可以把功率因数定义为电压和电流的相位移或余弦的电压和电流波形之间的相位角。

PF = CosƟ

如果电流和电压保持在阶段和有一个完美的正弦形状,功率因数= 1.0或功率因数的最大可能值。典型的功率因数比率产生值小于1表示十进制格式。如果电流和电压有一个完美的正弦形状但不同相的功率因数等于相位角的余弦值,小于1的值。

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低功率因数告诉我们设备,电脑,或设备消耗比应用能力。这种过度消费转化为电力的浪费。功率因数校正(PFC)形状离线电源的输入电流波形的目的是最大化的实权到达线电压。

因此,功率校正电路提高了功率因数。与负载功率因数校正,提出了由计算机设备或设备模拟纯电阻。因此,支取或浪费,无功功率最小或零值。

PFC控制器建模与smp

开关电源由半波和全波整流器输入电路,后跟一个电容器,保持约的峰值电压的电压输入正弦波直到下一个高峰指控电容器。交流电的输入电容流动只有在输入交流电压高于电容器电压范围。由于电容器作为电容性负载,电路将电流从输入只有在输入波形的峰值。

因为在当前脉冲的能量必须维持负载,直到下一个高峰,电容器收到一个重要的在短时间内。慢慢的电容器放电能量负载,当前脉冲范围从5到10倍的平均电流。然而,也含有高频交流脉冲扭曲正弦波形的组件。

从线电压的角度来看,电力供应出现作为一个非线性阻抗电流和电压的阶段。谐波电流脉冲的内容越高,然而,导致视在功率和驱动功率因数大约一半的失真系数最大的功率因数值或5到6。

功率因数校正、谐波失真和转换器

功率因数校正(PFC)重塑当前,减少了不必要的总谐波失真(THD)。当我们谈论功率因数校正的时候,我们可以使用被动或主动功率因数校正来完成这个任务。之间放置一个电感整流器输入和存储电容器低电压电源可以使谐波低于指定的限制。

处理高电压的电源,需要一个有源功率因数校正电路。使用一个典型的开关电源为例,将开关提高转换器输入整流器和储能电容器形状之间的输入电流波形与输入电压波形匹配。

提高和巴克转换器最常用的PFC拓扑。提高转换器的地方一个过滤器电感器的输入侧电源建立一个平滑连续的输入电流波形。连续的输入电流,过滤变得更容易。提高转换器可以在连续导电模式(CCM)不连续导电模式(DCM),或临界导电模式(CrCM)。的三种模式,大多数PCB设计使用CCM提高拓扑。

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CCM操作使用一个大的滤波电感之间保持满载电感纹波电流的输入电流20 - 40%的平均水平。结果,电路实现较低的峰值电流,减少设备传导损失,降低断开损失,和光滑、低振幅高频纹波电流。相比之下,CrCM使用恒及时控制。线电压和操作频率变化在整个60 Hz周期在结出高输入纹波电流。虽然CCM提高拓扑可以为低,工作介质,和高功率设计,更高的输入纹波电流限制的使用CrCM提高中低电源拓扑。

巴克转换器作为降压转换器和输出电压小于输入电压。一个典型的巴克转换器操作始于功率晶体管的开关。随着输入电流的增加,流经过滤器电感,滤波电容器和负载电阻。因为只依赖一个晶体管,巴克转换器提供简单和效率高,为90%。尽管巴克转换器中的电感限制负载电流的变化率,巴克转换器有不连续的输入电流,总是需要一个平滑输入滤波器。

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