UPS電源中PFC電路應用
PFC就是“功功率因數校正”的意思,主要用來(lái)表征電子產(chǎn)品對電能的利用效率。功率因數越高,說(shuō)明電能的利用效率越高。
PC電源采用傳統的橋式整流、電容濾波電路會(huì )使AC輸入電流產(chǎn)生嚴重的波形畸變,向電網(wǎng)注入大量的高次諧波,因此網(wǎng)側的功率因數不高,僅有0.6左右,并對電網(wǎng)和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。早在80年代初,人們已對這類(lèi)裝置產(chǎn)生的高次諧波電流所造成的危害引起了關(guān)注。1982年,國際電工委員會(huì )制訂了IEC55-2限制高次諧波的規范(后來(lái)的修訂規范是IEC1000-3-2),促使眾多的電力電子技術(shù)工作者開(kāi)始了對諧波濾波和功率因數校正(PFC)技術(shù)的研究。電子電源產(chǎn)品中引入PFC電路,就可以大大提高對電能的利用效率。
PFC有兩種,一種是無(wú)源PFC(也稱(chēng)被動(dòng)式PFC),一種是有源PFC(也稱(chēng)主動(dòng)式PFC)。無(wú)源PFC一般采用電感補償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數,但無(wú)源PFC的功率因數不是很高,只能達到0.7~0.8;有源PFC由電感電容及電子元器件組成,體積小,可以達到很高的功率因數,但成本要高出無(wú)源PFC一些。
有源PFC電路中往往采用高集成度的IC,采用有源PFC電路的PC電源,至少具有以下特點(diǎn):
1) 輸入電壓可以從90V到270V;
2) 高于0.99的線(xiàn)路功率因數,并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點(diǎn);
3) IC的PFC還可用作輔助電源,因此在使用有源PFC電路中,往往不需要待機變壓器;
4) 輸出不隨輸入電壓波動(dòng)變化,因此可獲得高度穩定的輸出電壓;
5) 有源PFC輸出DC電壓紋波很小,且呈100Hz/120Hz(工頻2倍)的正弦波,因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容?!?br />
現在市面上采用PFC電路的電源不多,而采用有源PFC電路的更少。
PFC是電腦電源中的一個(gè)非常重要的參數,全稱(chēng)是電腦功率因素,簡(jiǎn)稱(chēng)為PFC,等于“視在功率乘以功率因素”,即:功率因素=實(shí)際功率/視在功率。
功率因素:功率因數表征著(zhù)電腦電源輸出有功功率的能力。
功率是能量的傳輸率的度量,在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統里則要復雜些:即有部分交流電流在負載里循環(huán)不傳輸電能,它稱(chēng)為電抗電流或諧波電流,它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大于實(shí)際功率。視在功率和實(shí)際功率的不等引出了功率因素,功率因素等于實(shí)際功率與視在功率的比值。
只有電加熱器和燈泡等線(xiàn)性負載的功率因素為1,許多設備的實(shí)際功率與視在功率的差值很小,可以忽略不計,而像容性設備如電腦的這種差值則很大、很重要。最近美國PC Magazine 雜志的一項研究表明電腦的典型功率因素為0.65,即視在功率(VA)比實(shí)際功率(Watts)大50%!
視在功率:即交流電壓和交流電流的乘積,用公式表示為:S=UI。
上式中,S是額定輸出功率,單位是VA(伏安),U是額定輸出電壓,單位是V, 如220V、380V等;I是額定輸出電流,單位是A。 視在功率包括兩部分:有功功率(P)和無(wú)功功率(Q),有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發(fā)亮,使電機轉動(dòng),使電子電路工作等。因為這個(gè)功率做功后都變成了熱量,可以直接被人們感覺(jué)到,所以有些人就產(chǎn)生一個(gè)錯覺(jué),即把有功功率當成了視在功率,孰不知有功功率只是視在功率的一部分,用式表示:P=SCOS0θ=UICOSθ =UI?F
上式中,P是有功功率,單位是W(瓦),F=COSθ 被稱(chēng)為功率因數,而θ是在非線(xiàn)性負載時(shí)電壓電流不同相時(shí)的相位差。 無(wú)功功率是儲藏在電路中但不直接做功的那部分功率,用式表示:Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中,Q為無(wú)功功率,單位是var(乏)。
對于計算機和其它一切靠直流電壓工作的電子電路,離開(kāi)無(wú)功功率是根本無(wú)法工作的。
一般用戶(hù)都認為計算機之類(lèi)的設備只需要有功功率,而不需要無(wú)功功率。既然無(wú)功功率不做功,要它何用!于是他們當然就認為功率因數為1的電源最好。因為它能給出最大輸出功率。然而,實(shí)際情況并非如此。
假如有一臺計算機,當交流市電輸入后進(jìn)行整流,就得到脈動(dòng)直流電壓,若不將脈動(dòng)電壓進(jìn)行任何工,就直接提供給計算機電路,毫無(wú)疑問(wèn),電路根本無(wú)法正常工作。雖然這時(shí)計算機的功率因數接近于1,可這又有何用呢。為了讓計算機電路能正常工作,必須向其提供平滑了的直流電壓。這個(gè)“平滑”工作必須由接在計算機電源整流器后面的濾波電容器C來(lái)完成。這個(gè)濾波器就像一個(gè)水庫,電容器里面必須儲存足夠數量的電荷,在整流半波之間的空白時(shí),使電路上的工作電壓仍不間斷,能保持正常電平。換句話(huà)說(shuō),即使在兩個(gè)脈動(dòng)半波之間無(wú)輸入電能時(shí),UC的電壓電平也無(wú)顯著(zhù)的變化,這個(gè)功能是靠電容器內的儲能來(lái)實(shí)現的,儲存在電容器內的這部分能量就是無(wú)功功率。所以說(shuō),計算機是靠無(wú)功功率的支持,才能保證電路正確運用有功功率實(shí)現正常運行的。
因此可以說(shuō),計算機不但需要有功功率,也需要無(wú)功功率,兩者缺一不可。
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