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發(fā)布日期:2015.03.27
APFC/PPFC 功率因素校正
先用盡量簡化的字眼解釋為什么需要功率因素校正。請先回憶下功率基本公式P=UI和正弦函數(shù)的圖形。
理論情況1：電阻性負(fù)載(Resistive Load，阻值恒定)下，電流和電壓的兩條正弦曲線完全重合(零相位差)。X軸為正負(fù)極分界點(diǎn)，任何時(shí)候電壓和電流的乘積都非負(fù)，這種情況下的輸入功率都是有功功率，即零損耗。如圖4：
圖4
理論情況2：電抗性負(fù)載(Reactive Load)下，兩條正弦曲線有相位差。在周期內(nèi)的某些時(shí)候電流電壓乘積為負(fù)，電流方向改變，流回電網(wǎng)。正負(fù)相抵，這部分的功率為零，造成電網(wǎng)能量的浪費(fèi)。這也是我國強(qiáng)制要求電源必須有PFC，才能拿CCC認(rèn)證的原因。不過這部分并未被家庭電表記錄。
圖5
到這里可以進(jìn)一步解釋EMI濾波部分提到的“共模噪聲”和“差模噪聲”。前者是電流正向流動(dòng)產(chǎn)生的，后者是不同向電流流動(dòng)產(chǎn)生的。
現(xiàn)實(shí)情況：器件復(fù)雜，有正向電流也有反向電流，有效功率/視在功率的比值就是功率因素，恒小于1，功率因素校正電路的作用就是盡可能的讓這個(gè)數(shù)接近1。
接下來看看主動(dòng)式功率因素校正(APFC)和被動(dòng)式功率因素校正(PPFC)。
先下一個(gè)結(jié)論：300W以上電源盡量選APFC，總功率極低的系統(tǒng)(如200W內(nèi)HTPC)多數(shù)是PPFC電源，無礙。原因馬上講。
早期PPFC電源通過大電容和PFC電感進(jìn)行補(bǔ)償，以減小相位差，提高功率因素(一般可達(dá)0.7-0.8)。這種方案受電網(wǎng)電壓影響較大，非寬幅。后來為了適應(yīng)115V/230V，一些電源(如榮盛達(dá)老版本的350)在電源內(nèi)增設(shè)倍壓器、在輸入插頭上增設(shè)撥動(dòng)開關(guān)，所以電源要么適應(yīng)230V，要么適應(yīng)115V (非115V-230V寬幅適應(yīng))。
圖6
PPFC電路的優(yōu)勢是自身損耗較小，因?yàn)殡娐泛唵巍⑵骷?，隨著負(fù)載降低，相對于APFC電路的轉(zhuǎn)換效率更高。同樣的，由于APFC電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，器件較多，自身損耗較高，隨著負(fù)載降低(20%-10%以下)，轉(zhuǎn)換效率跌落很快。反過來，負(fù)載升高時(shí)，APFC的優(yōu)勢就體現(xiàn)了，而PPFC那顆大電感的損耗和發(fā)熱都不容小覷，并且一旦固定不牢，容易產(chǎn)生噪音。
由于目前市場焦點(diǎn)幾乎都是APFC電源，因此簡要介紹APFC電路的電感、電容和開關(guān)管是怎么工作的。
圖7
·電感充電：開關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，從整流橋輸出的直流電流過電感，電感電流按比率增加、儲(chǔ)能。
·電感放電(電容充電)：開關(guān)打開，電路斷開，電感給電容充電，電容兩端電壓升高。
以上步驟按開關(guān)管頻率反復(fù)進(jìn)行，從而達(dá)到升壓、能量傳遞、儲(chǔ)能目的。開關(guān)管的動(dòng)作由芯片控制，因此經(jīng)?？吹竭@部分有一枚豎立的小電路板，正中一枚IC芯片。二極管起箝位作用，防止在boost電容充電中對地放電。整流橋后面的X電容作用是減小/抑制在這種PFC模式(CCM)下工作時(shí)產(chǎn)生的損耗和EMI干擾。
