在输入测整流电路中,因为二极管具有非线性特征,以及电容作为储能,输出电流会产生相角位移,波形畸变,所以开关电源电路中功率因数计算方法与线性电路不同,计算方法为:
功率因数PF = 有功功率P : 视在功率S
有源功率因数矫正APFC根据电感的电流状态分为三种工作模式:连续导通CCM,不连续导通DCM,临界导通BCM
APFC不是只能工作在一种工作模式,而是可以根据不同负载功率、负载特征工作在不同的工作模式
连续导通CCM
电感电流不会到0
一般采样电感电流控制反馈,适合高功率场合,但是控制电路较复杂。可细分为峰值电流控制,平均电流控制,滞环电流控制
峰值电流控制
开关频率固定,电流回路设计较简单,但需要额外设计以免电流震荡造成不稳定
平均电流控制
开关频率固定,设计较复杂,输入电流失真比峰值控制低
滞环电流控制
开关频率变化,设计简单,设置电流上下限来开关开关管。
可以通过调整滞环宽度来调节输入电流纹波大小,有很好的PFC矫正能力
但是整滞环宽度对开关频率影响较大
不连续导通DCM
电感电流在低功率时可持续为0
又称电压跟随控制,可恒频或变频,设计简单。
基本为输入电压变化的BOOST,但是功率器件电流应力大,不适合大功率
临界导通BCM
本文重点,BCM电感电流不会持续为0
一个开关周期内,经过电感电流下降到0时,开关再次导通。
开关管导通前电流接近为0,实现0电流开通ZCS,开关管导通损耗得以减小。
无开关管死区,不用考虑因死区造成的输入电流低频谐波畸变。而且输入电流成正弦状,大大提高了功率因数
电感不是在充电就是在放电,但正因如此,功率小时开关频率很高,此时效率较低。
输入电流纹波较大
电感PEAK电流为RMS值两倍,不适合大功率情景
变频恒导通时间控制
交错BCM PFC一般采用变频恒导通时间控制
输入电压瞬时值在0V左右时,即零交越时,占空比最高,接近1。
输入电压峰值时占空比最低,具体值和负载大小有关,下图为电压和开关频率变化关系的曲线图
开关频率和负载功率关系曲线
开关频率和输入电压有效值关系曲线
交错并联PFC
并联多个PFC,多个PFC的开关管轮流导通工作,分担工作压力,提高可负载功率,减少输出输入纹波电流。