实用新型开关电源技术原理及设计实例实训教材(连载215)

实用新型开关电源技术原理及设计实例

实训教材（连载215）

良师 精编

二零二二年六月 于上海

第四篇 新能源技术知识篇

第四节  PFC功率因数校正原理介绍

4.1 功率因数的定义：

功率因数PF的基本定义是指交流输入有功功率P与视在功率S的比值。可写成 ：PF=P/S，该式可以等效为：P=PF*S，从该式可以看出，在视在功率S不变的条件下，增加功率因数PF，即增大了有功功率的值。

因此提高功率因数PF的意义如下：提高功率因数是节能的要求；是提高电能质量，保正电力系统安全稳定运行的要求；是各国限制电网谐波标准的要求。

如何确定功率因数与谐波大小

  输入谐波电流适应国际标准：IEC1000-3-2，IEC552-2，欧盟标准：EN61000-3-2，及国家标准：GB17625.1-1998。

接下来主要讨论基于EN61000-3-2标 准的工业产品。EN60555是IEC555的更新版本，它覆盖了家用产品的谐波辐射标准。设计功率因数接口时，了解产品的等级是非常重要的

如今功率低 于75W，在不久的将来可能是低于50W的产品，将不必遵从相对的限制标准，只需遵从规范中列出的绝对限制标准。列于表1的限制标准范围可能会有所变化， 所以请参照最新发布的资料版本。这是一个仍在发展中的领域，所以在产品发布时最好能够清楚了解最新的规范。

提供给负载的有功功率由下式给出：

   


（1）

式中：


（2）

对于无源感性负载，功率因数就是电流波形之间的相位差。在电源设备中，它是输入整流器工作所引起的波形失真。功率因数的数值范围是0～1，这里1代表所有的功率都被负载吸收(纯阻性)。电源设备中，典型电容滤波整流器的功率因数约为0.5～0.7。

为了进行测试，必须使用功率分析仪，如Volteeh公司的PMl000、PMl200百PM3000。同时需要一个频谱分析仪，用于测量交流电流谐波分量的幅值。

总的输入电压和电流由下式给出：

  


（3）

和

   


（4）

式中，下标l、2…是50或60Hz的谐波。在电源设备中三次谐波的幅值最大，也是问题的关键所在。由于只有基波电流才能产生有功功率。所以，减少谐波能得到一个较好的功率因数。

一个用于功率因数校正电路的术语是总谐波畸变率，其定义为

               


（5）

它是功率因数校正电路的一个指标。

功率分析仪或频谱分析仪上可以测得幅值，从而来验证是否符合功率因数校正的规范。EN61000-3-2的范围见表1。将A和D类列出来是因为它们适用于常用的产品系列。

表1 IEC555-2 谐波电流极限



这些范围必须由通过管理机构制定的LISN(电网阻抗稳定网络)来测量，LISN保证被测设备的输入交流侧阻抗为50Ω，这是所有测试的基准输入阻抗。否则测试结果将受输入交流侧线路阻抗很大的影响。

良师简介：

良师，电源高级工程师。开关电源专家。中国电源学会高级会员。从事电源研发三十三年。

1991年设计变频调速器及直流屏。2000年专业开关电源研发。2016年从事电源生产管理。

曾就职于万人的国营大企业研究所、国际知名外资集团、民营企业、万人国营企业研发部。

先后五次公司派往美国总部进行电源项目合作、营销技能培训、开关电源新技术研讨交流。

主要技能：开关电源产品研发：AC-DC（含PFC）：2W---100000W；DC-DC模块：1W---1000W；

开关电源方案、性能、价格优化；原理图设计计算；高频变压器及电感等关键电子器件计算；

产品研发流程、测试、维修、安规认证、EMC整改、FAE、生产管理、文案编写、技能培训；

在电子行业杂志上发表三十六篇科技论文，有3篇获奖、2项发明专利、2项实用新型专利。

擅长领域：电力工控行业、LED照明、打印机、适配器、车载充电器、光伏发电、充电桩、高压电源、特种行业电源；

新技术高效软开关LLC、数字化、功率因数校正APFC、电路拓扑方案选型、变压器电感计算。

网址：LSPSD.COM；LSPSD.CN 邮箱：2831526558@qq.com

良师，电源高级工程师。大学本科。开关电源专家。中国电源学会高级会员。从事电源研发三十多年。曾先后就职于万人国营大企业研究所、国际知名外资集团、民营企业。

邮箱：LSPSD@qq.com

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