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有源PFC电路上各个元件的作用

发布时间:2020-11-30             西安安泰仪器维修中心    1589
PFC(Powerfactorcompensation)电路是电源上经常使用的一种电路,PFC电路位于整流桥之后,滤波电容之前,用于改善电路的功率因数和EMI指标。PFC分为有源和无源,现代小型化开关电源多以有源PFC为主。下面就由安泰仪器维修中心工程师分享有源PFC电路知识内容。
有源PFC则是有很好的效果,基本上可以完全的消除电流波形的畸变,而且电压和电流的相位可以控制保持一致,它可以基本上完全解决了功率因数、电磁兼容、电磁干扰的问题,但是电路非常的复杂,其基本思路是在220V整流桥堆后去掉滤波电容(以消除因电容的充电造成的电流波形畸变及相位的变化),去掉滤波电容后由一个“斩波”电路把脉动的直流变成高频(约100K)交流再经过整流滤波后,其直流电压再向常规的PWM开关稳压电源供电,其过程是;AC→DC→AC→DC。

以UCC38050为例,我们一起来了解有源PFC电路上各个部件的作用。


1、整流桥

用于将交流电转换成脉动的直流电,整流前后的波形如下图所示,全波整流相当于将负半轴的波形上翻,整流后的电压只有正半轴,已经接近于直流电。


2、输入电压检测电路
输入电压检电路用于检测整流后的输入电压,经过两个阻值较大的电阻分压,在经过一个小电容滤波,可以得到一个直流电压,此直流电压的大小同比例的反映了输入电压的大小,许多PFC芯片需要再输入电压达到一定值才能正常工作。
3、芯片供电电路
芯片供电电路用于为PFC芯片供电,UCC38050芯片的供电分为两个部分,一部分通过限流电阻从整流桥后直接取电,这是芯片初始化时主要的用电来源。另一部分通过电感耦合,经过一个开关二极管和限流电阻后给芯片供电,这个供电电路是芯片正常工作以后的主要供电来源。
4、电感/变压器
在一部分PFC电路中,这就是一个纯电感,有的电路里这是一个变压器。变压器比电感多出来的一组或几组次级绕组一般用作辅助供电或者检测,例如在UCC38050的应用中,次级绕组主要用于给芯片供电。初级的绕组可以简化成一个电感,在这里利用了电感电流不能突变的特性让电路的电流保持连续性。
5、MOS管与限流电阻

MOS管就是一个开关器件,通过快速的开关(几十到几百KHz)对整流后的波形进行斩波,这个过程将50Hz的波形转换成了一个高频的波形,斩波后的波形如下图所示。


6、输出电压检测电阻
输出电压检测电阻对输出电压进行检测,以此作为PFC芯片输出PWM占空比的依据。
7、开关二极管
开关二极管在这里作为一个整流器件,利用的是它的单相导通性。
8、滤波电容
滤波电容的作用就是滤波,直接并联在PFC电路的输出端,大小从几十到几百uF不等,具体的大小主要由斩波的频率和输出功率决定,耐压值一般在400V以上。
9、电流补偿电路
在芯片中,COMP脚接跨导误差放大器的输出。回路补偿元件连接在该引脚和接地之间,通过充放电对斜坡电流进行补偿。
补充叙述:

PFC电路实际上也是一个开关电源电路,拓扑结构与BOOST电路的拓扑结构相同,PFC电路将整流后的电压升压到接近400V。


BOOST电路拓扑结构
如果没有PFC电路,在整流桥后直接接上滤波电容,将会有以下几个缺点:
(1)由于工频50Hz属于低频,那么想要得到一个直流电压就需要相当大的一个滤波电容,这样电源的体积就会变大。PFC电路通过快速的斩波将低频转换成了高频,这样就可以缩小滤波器件的体积。

(2)如果没有PFC,经过整流后的电流直接流入容量较大的滤波电容,整流桥二极管的导通角就很小,只在波峰或者波谷的时候才有电流流入电容,而且流入的电流相当大。这样电压的相位和电流的相位相差较大,而且电流是脉动的,高次谐波较多,对供电系统会造成一定的干扰。

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