中級通信設備環(huán)境知識點精講之功率因數(shù)校正電路

       下面是由希賽小編整理的中級通信設備環(huán)境知識點精講之功率因數(shù)校正電路，希望能幫助學友們。具體內(nèi)容如下：

       功率因數(shù)校正電路

       1.無功率因數(shù)校正電路的開關電源存在的主要問題

       開關整流器內(nèi)部一般采用兩級變換形式：首先通過整流、濾波電路將交流輸入變?yōu)橹绷?，再通過DC/DC環(huán)節(jié)變?yōu)橄鄳闹绷麟?。由于前級的整流、濾波電路是一種線性元件和儲能元件的組合，因此，從電網(wǎng)側看來，開關整流器相當于一個容性負載，它使得電網(wǎng)供電發(fā)生嚴重畸變，不再是單一基波頻率的正弦波，從而，造成諧波污染，導致噪聲、誤動作、振動、過熱甚至燒毀等事故的發(fā)生，同時增加了配電系統(tǒng)和變壓器的損耗、增大了中線電流(諧波)，還能夠嚴重干擾各種無線電通信的正常工作。

       在無功率因數(shù)校正的開關電源中，交流輸入電壓經(jīng)整流后，直接加到濾波電容器兩端。只有交流輸入電壓高于濾波電容兩端電壓時，濾波電容才開始充電，因此輸入電流波形為寬度很窄的脈沖，如圖3-1所示，這種電流的諧波分量很大。因為只有基波電流與輸入電壓同相位，基波電流有效值/與電網(wǎng)電流有效值&之比較小，所以功率因數(shù)才會較低。

       (1)諧波電流污染電網(wǎng)，干擾其他用電設備，造成測量儀表產(chǎn)生較大的誤差，還會使電動機產(chǎn)生較大的噪聲。

       (2)在輸出功率一定的條件下，輸入電流有效值較大，因此必須增大輸入熔斷器、斷路器和電源線的規(guī)格。

       (3)特別應當指出，通信用開關型電源通常都采用三相五線制供電，三相基波電流分別由下列各式表示：

       由此可知，三相電流的三次諧波分量是同相位的，同理，三相電流的六次、九次等諧波分量也是同相位的。由于三相電流都流過中線，當功率因數(shù)為1時，流過中線的電流為零;當功率因數(shù)很低時，中線內(nèi)的電流很大。由于中線無過流保護裝置，所以，中線有可能因過熱而著火。

       因此沒有功率因數(shù)和諧波校正電路的開關型電源將逐漸被限制應用，設計制造功率因數(shù)接近1的開關電源己成為開關型電源發(fā)展的必然趨勢。

       2.有源功率因數(shù)校正電路基本原理

       在開關型電源中，功率因數(shù)校正的基本方法有兩種：無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正(Active Power Factor Corrector,APFC)。采用無源功率因數(shù)校正法時，應在開關電源輸入端加入電感量很大的低頻電感，以便減小濾波電容充電電流的尖峰。這種校正方法比較簡單，但是校正效果不很理想。此外，采用無源功率因素校正法時，功率因數(shù)校正電感的體積很大，增加了開關電源的體積。

       有源功率因數(shù)校正器是近一二十年來發(fā)展的一項新技術，它在整流電路和負載之間接入了一個DC/DC閉環(huán)開關變換器，其主要優(yōu)點是可得到較高的功率因數(shù)。有源功率因數(shù)校正電路主要由橋式整流器、高頻電感i、功率開關管VT、二極管VD、濾波電容C和控制器等部分組成，它的原理框圖如圖3-12所示。控制器主要由基準電源、低通濾波器、誤差電壓放大器、乘法器、電流檢測與變換電路、電流放大器、鋸齒波發(fā)生器、比較器和功率開關管驅(qū)動電路等部分組成。功率因數(shù)校正電路的輸出電壓經(jīng)低通濾波器濾波后，加入誤差放大器，與直流基準電壓比較，二者之差經(jīng)放大后，送入乘法器。為了使功率因數(shù)校正電路的輸入電流為正弦波并且與電網(wǎng)電壓同相位，市電電壓經(jīng)全波整流后，也加到乘法器。乘法器將輸入電壓信號與輸出電壓誤差信號相乘后形成基準電流信號，送入電流放大器。

       電流取樣電阻盡兩端電壓正比于功率因數(shù)校正電路的輸入電流。札兩端電壓(輸入電流)反饋信號加到電流放大器，與乘法器輸出的基準電流信號相減，形成的誤差信號經(jīng)電流放大器放大后，與鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波電壓都加入比較器C,經(jīng)比較后，形成PWM信號。該信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后，控制功率開關管VT導通或關斷，使輸入電流跟蹤基準電

圖3-12有源功率因數(shù)校正電路的原理推圖

       流信號變化。VT導通后，高頻電感L中的電流化(也即功率因數(shù)校正電路輸入電流)線性上升。當?shù)牟ㄐ闻c整流后的市電電壓波形相交時，通過控制器使VT關斷。此時，電感兩端的自感電勢使二極管VD導通，電感L通過VD對電容放電，電感中的電流化線性下降。當圪下降到零后，控制電路使VT再次導通，上述過程重復。在該電路中，由于基準電流信號同時受輸入交流電壓和輸出直流電壓控制，因此當實際電流與基準電流一致時，該電路既可實現(xiàn)輸出電壓恒定，又能保證輸入電流為正弦波并且與輸入電網(wǎng)電壓同相位，從而使功率因數(shù)接近于1。

       有源功率因數(shù)校正電路輸入電壓和電流波形如圖3-13所示。可以看出，輸入電流平均值/ave的波形始終跟隨輸入電壓的波形，因此功率因數(shù)接近于1。

       對于三相有源功率因數(shù)校正電路有單相綜合式和三相一體化等形式。單相綜合式有源功率因數(shù)校正就是整流器輸入為三個單相輸入組成的三相，其有源校正可用三個單相有源校正電路組合。單相綜合校正的缺點是兀件較多，可靠性較差，現(xiàn)在己逐漸不予采用。三相一體化有源功率因數(shù)校正就是整流器輸入為三相帶零線或不帶零線，其有源校正可用三相一體化的校正電路。

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