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1、功率因数PF(PowerFactor)主要用来(ynli)表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。PF是电气设备的一项重要技术指标n功率因数(n l yn sh)校正PFC（Power Factor Correction）nCCC认证：都必须增加PFC电路。在欧盟销售功率大于75KW的电气设备需满足(mnz)欧洲技术标准EN6100-3-2(IEC 61000-3-2)第1页/共74页第一页，共75页。1，功率因数(nlynsh)的定义功率因数PF（PowerFactor）是指交流输入(shr)有功功率P与视在功率S的比值。g ：电流(dinli)的波形失真系数（基
2、波因数）。 IRMS：电网电流(dinli)有效值 I1：基波电流(dinli)有效值 U1：电网电压有效值 cosj：基波电流(dinli)与基波电压的相移因数第2页/共74页第二页，共75页。影响(yngxing)PF的两个因数：Cosj：相移j与用电设备无功功率有关g：与谐波电流有关控制输入谐波电流有助于改善(gishn)电路的功率因数、减小对电网的谐波污染第3页/共74页第三页，共75页。一般整流滤波电路(dinl)存在问题+CUou1i1uott1t2i1tt1t21，使用非线性元件，产生大量谐波电流2，启动时产生浪涌冲击(chngj)电流，是正常电流的数十倍3，导通角小，形成窄脉冲
3、电流，总谐波失真大第4页/共74页第四页，共75页。2，提高(tgo)功率因数的主要方法无源滤波器无源功率因数校正PPFC：一般采用无源器件L、C组成(z chn)低通滤波器，将交流输入电流进行相移、整形以提高功率因数。无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.70.8；电路简单，但体积大（工频）L+CUou1i1第5页/共74页第五页，共75页。电力(dinl)有源滤波器APF(ActivePowerFiltter)APF利用(lyng)电力电子逆变器和反馈技术，实时向电网提供负载电流所需的谐波，补偿电网输入电流使之接近正弦波。APF的功率一般(ybn)较大第6页/共74页第六页，共75页。
4、有源功率因数校正APFC（PowerFactorCorrection）在整流器和负载间接入PFC转换器(DC/DC)，利用控制电路强迫输入电流跟踪输入电压波形，即使输入电流正弦(zhngxin)化（THD低），并与输入电压同步j）RLu1i1DC/DC控制器Uoi22个控制环：输入电流控制输出(shch)电压控制第7页/共74页第七页，共75页。APFCRLu1i1DC/DC控制器Uoi2n高于0.99的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点(yudin)；n有源PFC电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变压器；n输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；n有源PFC输出DC
5、电压纹波很小，且呈100Hz/120Hz（工频2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。第8页/共74页第八页，共75页。3，有源功率因数校正电路(dinl)的分类按DC/DC电路结构( jigu)分：降压式升/降压式反激式升压式常用n特点：输入回路的电感适合(shh)于电流控制；在输入电压范围内能保持高PF；开关管电压不超过输出电压；开关管与输出共地，控制、驱动简单。RLu1i1Uoi2LCVDS-+-+Xu2UeUREFPWMiREFAR0第9页/共74页第九页，共75页。APFC分类(fnli)按输入电流的控制原理分：平均电流型工作频率固定，输入电流连续(li
6、nx)滞环电流型电流被控制在滞后带内，工作频率可变，峰值电流型工作频率可变，电流不连续(linx)电压控制型工作频率固定，电流不连续(linx)第10页/共74页第十页，共75页。4，有源功率因数校正电路工作(gngzu)原理电压控制(kngzh)，电流断续型(DCM)BoostPFCRLu1i1Uoi2LCVDSu2UREFPWM比较放大u1u2ti2i2iptonT第11页/共74页第十一页，共75页。DCM特点(tdin):控制电路简单；不需检测电流恒开关频率；但开关管和电感的峰值电流大；适用于小功率、对功率因数要求不高的场合第12页/共74页第十二页，共75页。有源功率因数校正电路(d
7、inl)工作原理电流(dinli)控制，电流(dinli)连续型DCMRLu1i1Uoi2LCVDS-+-+Xu2UeUREFPWMiREFARSi1u1u2iREFi2乘法器的作用(zuyng)：产生正比于正弦电压的电流源稳定输出电压L：适用于电流型控制C移至输出端：保持u2正弦波形；稳压第13页/共74页第十三页，共75页。采用(ciyng)滞环电流控制技术的APFCRLu1i1Uoi2LCVDS-+Xu2UeUREFiREFARS电流(dinli)控制器第14页/共74页第十四页，共75页。u1iHi2iL电流(dinli)控制器iREFi2控制(kngzh)S电流(dinli)控制器根
8、据iREF设定iH和 iL，i2与 iH和 iL比较，控制开关管的通/断。特点:功率因数高;工作在电感电流连续状态,功率开关电流额定小;易于实现但控制电路复杂,需检测电流变开关频率,输出滤波较复杂第15页/共74页第十五页，共75页。采用恒频峰值(fn zh)(fn zh)电流控制技术的APFCAPFCRLu1i1UoLCVD-+Xu2UeUREFiREFA电流检测(jin c)与变换+-驱动(q dn)RCPQ时钟发生器D触发器电流取样信号来自功率管的漏极电流iD控制iD的峰值第16页/共74页第十六页，共75页。电流(dinli)波形iREFiD特点:恒开关频率,滤波简单;跟踪法，易于实现
9、但难以实现外部(wib)谐波补偿;电源电压过零时电流失真大第17页/共74页第十七页，共75页。采用(ciyng)(ciyng)变频峰值电流控制技术的APFCAPFCRLu1i1UoLCVD-+Xu2UUREFiREFA+-驱动(q dn)RSQRS触发器iL+-电流检测(jin c)与变换iREFiLU临界连续模式CRM第18页/共74页第十八页，共75页。采用(ciyng)(ciyng)平均电流控制技术的APFC APFC 电流(dinli)误差放大器PWM比较(bjio)器第19页/共74页第十九页，共75页。工作(gngzu)原理在Boost PFC电路中，Q管导通，L贮能，通过电感的
10、电流IL增加，而Q管截止时，二极管D导通，电容C充电，流过电感电流IL减小。这样使电感电路中电流IL可跟踪基准信号波形。即IL的平均值I与整流后的电压(diny)波形接近同相。 特点:功率因数高,可达0.99恒开关(kigun)频率,滤波简单;工作在电感电流连续状态,功率开关(kigun)电流额定小;能抑制开关(kigun)噪声,但控制电路复杂,需检测电流第20页/共74页第二十页，共75页。5，PFC集成(jchn)控制电路APFC技术已趋成熟(chngsh)，有多种APFC集成控制电路芯片Unitrode公司(n s)的 UC3854:平均电流控制方式的Boost PFC控制器 UC385
11、5:平均电流控制方式的ZVT Boost PFC控制器ST公司(n s)的L6561变频峰值电流控制方式的PFC控制器第21页/共74页第二十一页，共75页。UC3854内部电路(dinl)包括：电压(diny)放大器VA、乘法器M、电流放大器CA、OSC、MOS驱动、软启动、过电流保护VAMCA软启动过电流(dinli)第22页/共74页第二十二页，共75页。UC3854应用(yngyng)第23页/共74页第二十三页，共75页。L6561内部电路：电压放大器VA、乘法器M、电流过零检测( jinc)、MOS驱动、过压保护、欠压保护电流(dinli)过零检测欠压保护(boh)过压保护MVA第
12、24页/共74页第二十四页，共75页。L6561典型(dinxng)应用第25页/共74页第二十五页，共75页。4.6高频开关电源控制(kngzh)/驱动电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后(rnhu)去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定。另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。整流(zhngli)PFCDC/DC低通滤波控制/驱动控制/驱动AC/DC开关电源结构：控制电路的任务：第26页/共74页第二十六页，共75页。驱动(qdn)电路：将控制信号转换成驱动(qdn)信号，保证开关器件正常导通/关断高频开关电源电路(dinl
13、)常用的开关器件：MOSFET和IGBT第27页/共74页第二十七页，共75页。MOSFET和IGBT驱动(qdn)电路MOSFET和IGBT对驱动电路(dinl)的要求：栅源间、栅射间有数千皮法的电容，为快速建立驱动电压（前沿要陡），要求驱动电路输出电阻小足够的UGS。使MOSFET开通的驱动电压一般1015V，使IGBT开通的驱动电压一般15 20V关断时施加(shji)一定幅值的负驱动电压（一般取 -5 -15V）有利于减小关断时间和关断损耗第28页/共74页第二十八页，共75页。常用(chn yn)(chn yn)的驱动方法1，集成电路( jchng-dinl)直接驱动GDCGSS控制
14、(kngzh)芯片R1R2R1:限流电阻，减小尖峰干扰R2：静态放电电阻第29页/共74页第二十九页，共75页。IR2103半桥驱动(q dn)电路高位自举式驱动，电压达600V；内部有死区控制，高低(god)位直通保护。输入/输出(shch)逻辑第30页/共74页第三十页，共75页。2，加入( jir)功率放大级驱动GDSR1R2R2第31页/共74页第三十一页，共75页。3，变压器耦合驱动(qdn)DSR1R2DSR1R2第32页/共74页第三十二页，共75页。4，光耦合驱动(qdn)第33页/共74页第三十三页，共75页。RGV1D16451932140V20VEXB840过电流保护AC
15、1R1C2V2IGBT双绞线过电流保护输出驱动信号15第34页/共74页第三十四页，共75页。PWM控制器PWM集成控制芯片：除产生(chnshng)PWM信号外，具有保护等多种功能urucPWM比较器PWM控制信号(xnho)的生成：软件(run jin)、硬件第35页/共74页第三十五页，共75页。PWM控制器用于PWM控制的集成(j chn)控制芯片有很多，不同厂家生产的芯片只要型号相同，其结构和基本性能相似。芯片有单路输出，也有双路输出，用于逆变控制系统的芯片需要相位相反的双路输出TL494：有两种可选方式(fngsh)的双路输出(OC)SG3525第36页/共74页第三十六页，共75
16、页。TL494的内部结构基本(jbn)组成：基准电压产生电路振荡器误差放大器PWM比较器脉冲合成(hchng)和输出驱动管死区时间控制电路第37页/共74页第三十七页，共75页。锯齿波生成(shnchn)和PWM频率OSCRTCTCT振荡器振荡(zhndng)频率：nPWM生成(shn chn)和输出控制两种输出方式由13端控制：Q1、Q2同相Q1、Q2反相脉冲宽度调节： 3、4 端控制第38页/共74页第三十八页，共75页。误差(wch)放大器调节器两个(lin )误差放大器分别用于电压调整和电流限流_+实际值设置值第39页/共74页第三十九页，共75页。死区时间(shjin)控制作用(zu
17、yng)：限制脉冲宽度；可用于闭锁控制软启动死区时间(shjin)控制REFDTCREFDTCDTC和ACK 对脉宽的控制第40页/共74页第四十页，共75页。4.7 4.7 高频(o pn)(o pn)开关电源的电磁兼容性所谓电磁兼容EMC（ElectromagneticCompatibility）是指各种设备在共同(gngtng)的电磁环境中能正常工作的共存状态。设备不产生超过(chogu)规定限度的，即环境中其它设备不能够承受的电磁干扰设备具有抵抗电磁干扰的能力包含：骚扰（disturbance）和抗扰（immunity）第41页/共74页第四十一页，共75页。EMCn电磁环境(hunj
18、ng)在恶化n重视(zhngsh)EMC电子设备人类自身3C认证对电子产品的EMC有详细(xingx)规定第42页/共74页第四十二页，共75页。EMC电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题(wnt)的一门技术n电子产品的电磁兼容性设计：n设法抑制或消除电磁干扰，提高电子产品在电磁环境(hunjng)中的工作稳定性和可靠性。第43页/共74页第四十三页，共75页。一、电磁干扰EMI（ElectromagneticInterference）任何可能使电子设备性能下降、失效，或对生命体产生损害(snhi)的电磁现象电磁干扰以电磁辐射载流导体传输形式出现辐射干扰传导干扰电磁干扰的三要素：电磁干扰源耦合通
19、路对电磁干扰敏感的电子装置（受体）第44页/共74页第四十四页，共75页。电磁(dinc)干扰源自然(zrn)干扰自然界产生(chnshng)的:雷击、宇宙射线、静电等特点：发生源不可控人为干扰电子设备有意、无意产生的如：广播、电视无线电电磁波、通信等；电气设备中开关操作等引起电压电流的快速变化形成电磁辐射干扰第45页/共74页第四十五页，共75页。电磁干扰按噪声(zoshng)干扰源种类分尖峰干扰(gnro)谐波干扰(gnro)n电源(dinyun)是电子设备必有的一部分，也是电磁干扰的主要干扰源和接受体。第46页/共74页第四十六页，共75页。二、开关电源的电磁干扰及对策(duc)开关电源
20、中由功率开关管的高频开关工作产生的高频电流通过(tnggu)变压器、导线等部件形成电磁辐射干扰；开关电源工作时产生的谐波通过(tnggu)电源线产生传导干扰开关电源是很强的电磁(dinc)干扰源第47页/共74页第四十七页，共75页。对策(duc)开关电源的内部电路一般采用滤波、屏蔽、接地、合理布局，选择电磁兼容性能(xngnng)更好的元件和电路在安装开关电源时，注意输入线路和输出线路的隔离、输出线绞合或平行配线、机架地线与信号地线分开配置必要的输入浪涌抑制等等。第48页/共74页第四十八页，共75页。对策(duc)1，抑制高频开关(kigun)变压器噪声采用RCD网络（抑制电路）限制(xi
21、nzh)高频开关变压器产生的电压过冲减小漏磁场引起的辐射干扰：屏蔽；磁芯形状、绕组紧密排列第49页/共74页第四十九页，共75页。2，合理(hl)进行电路板PCB的设计减小电路产生的电磁辐射；减小对外界干扰(gnro)的敏感性；减小电路之间的相互干扰(gnro)。合理布局：模拟电路、数字电路分开布线(b xin)；功率电路、控制电路分开布线(b xin)；高频、大电流连线越短越好；电源线、地线的布线(b xin)应短、直、粗 第50页/共74页第五十页，共75页。3，电路(dinl)的隔离阻断(z dun)传导干扰的传播途径变压器隔离交流信号：线性（光电耦合）隔离器直流信号：光电耦合隔离数字信
22、号：脉冲变压器第51页/共74页第五十一页，共75页。4，屏蔽(pngb)限制向外辐射(fsh)电磁能；阻止外来辐射(fsh)电磁能的进入电场屏蔽(pngb)磁场屏蔽(pngb)电磁场屏蔽(pngb)机箱屏蔽区域屏蔽屏蔽材料：高电导率材料高磁导率材料第52页/共74页第五十二页，共75页。5，接地( jid)地线(dxin)电位是整个电路工作的基准电位。很多电磁干扰问题是由地线(dxin)产生的良好的接地可以消除噪声(zoshng)的产生，减小电磁干扰的作用。常用的接地方法：浮地、单点接地、多点接地第53页/共74页第五十三页，共75页。电路(dinl)1电路(dinl)2电路(dinl)3浮
23、地多点接地电路1电路2电路3单点接地电路1电路2电路3就近接地，地线短；高频下效果好电路地与公共地隔离；不同电位的电路配合容易；需避免静电放电简单；地线长；电路间通过地线相互影响第54页/共74页第五十四页，共75页。地线应注意：公用地线截面积应尽量大些，以减小地线的内阻，应把电流最大的电路放在距电源的接地点最近(zujn)(zujn)的地方当频率较高时，应采取大面积的地线第55页/共74页第五十五页，共75页。6，滤波(lb)抑制(yzh)传导电磁干扰电子设备交流电源差模干扰(gnro)共模干扰 是低频干扰（1MHz）是高频干扰第56页/共74页第五十六页，共75页。开关电源的市电输入开关电
24、源的市电输入(shr)(shr)侧加侧加EMIEMI电路电路AC压敏电阻共模(n m)滤波差模滤波(lb)第57页/共74页第五十七页，共75页。第58页/共74页第五十八页，共75页。升压(shny)输出有源功率因数校正电路原理图RLu1i1控制器Uoi2LCVDS第59页/共74页第五十九页，共75页。升压输出(shch)有源功率因数校正电路RLu1i1Uoi2LCVDS-+-+Xu2ueUREFPWMiREFAR0第60页/共74页第六十页，共75页。RCD尖峰吸收(xshu)电路GDSCR第61页/共74页第六十一页，共75页。主电路(dinl)及驱动840+VD1VD2LN2N2Uo
25、N1i u Ui返回(fnhu)第62页/共74页第六十二页，共75页。控制电路16153141312411810912iuTL494765+15VREF返回(fnhu)第63页/共74页第六十三页，共75页。TL494的内部结构返回(fnhu)第64页/共74页第六十四页，共75页。脉冲宽度(kund)调节返回(fnhu)第65页/共74页第六十五页，共75页。DeadTimeControl返回(fnhu)5-100%DT第66页/共74页第六十六页，共75页。脉宽调节(tioji)返回(fnhu)阈值(y zh)第67页/共74页第六十七页，共75页。EXB840内部结构过电流保护A645
26、19321415返回(fnhu)第68页/共74页第六十八页，共75页。限制限制(xinzh)脉宽的波形图脉宽的波形图CTDTCACKabcabc =a or bQ1Q20.1V 保证(bozhng)5%的DTC返回(fnhu)ACK第69页/共74页第六十九页，共75页。IR2103内部结构返回(fnhu)第70页/共74页第七十页，共75页。SG3525返回(fnhu)第71页/共74页第七十一页，共75页。半桥驱动(qdn)C驱动(q dn)2驱动(q dn)1VS1VD1VS2VD2返回驱动4驱动3VS3VD3VS4VD4第72页/共74页第七十二页，共75页。IR2103逻辑(luj
27、)返回(fnhu)第73页/共74页第七十三页，共75页。感谢您的欣赏(xnshng)！第74页/共74页第七十四页，共75页。内容(nirng)总结功率因数PF (Power Factor )。cosj：基波电流与基波电压的相移因数。第2页/共74页。第3页/共74页。无源滤波器无源功率因数校正PPFC：。有源PFC电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变压器。APFC技术已趋成熟，有多种APFC集成控制电路芯片。将控制信号转换成驱动信号，保证开关器件(qjin)正常导通/关断。电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题的一门技术。开关电源工作时产生的谐波通过电源线产生传导干扰第七十五页，共75页。
