电脑电源中的有源功率因数校正如何工作?


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我不是在寻找非常详细的解释(尽管会受到欢迎)。我更希望直观地了解其工作原理。

基本上在计算机PSU中,我有输入,滤波器,PFC电路,开关,变压器,整流器,最后是输出滤波和用电设备。从我读过的内容来看,控制开关并调节输出电压的相同PWM电路还控制有功功率因数校正。

我没有得到功率因数的实际校正方法。

这是一张照片:

来自hardwaresecrets.com的活动PC

这两个晶体管在这里如何工作,PFC控制器将如何确定功率因数不好?

我知道通常使用线圈和电容器来校正功率因数,在这里我会看到两者,但是我不明白当其中一个晶体管开始导通时实际会发生什么,为什么需要两个晶体管,以及它们如何影响功率因数。


我想,这两个场效应管是相同的,并且总是一起作用。只能用一个绘制。
endlith 2011年

Answers:


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通过使电流跟随电压来管理功率因数(尽管“校正”实际上是错误的术语,但实际上是“错误的”)。在您的原理图中,总线电压将比交流波形的峰值高一点。电感,FET,二极管和电容器构成一个升压转换器。该转换器获取整流后的交流输入电压并产生母线电压。

如果控制系统仅调节输出电压,则不会发生PFC。相反,它所做的是将通过二极管的平均电流调节为与瞬时整流AC输入电压成比例。请记住,从功率因数的角度来看,理想负载的电流与电压同相。另一种看待它的方式是,交流线路上的负载需要具有阻性。就像真实的电阻一样,您希望电流与电压成比例。

当然,这与调节总线电压是矛盾的。这是通过对交流输入电压的快速响应但对调节总线电压的响应慢得多来解决的。换句话说,AC线仍会遇到电阻,但是电阻值会根据需要缓慢变化,以将总线电压保持在其目标值附近。

您可以查看我的Digital PFC Control文章,以获取有关PFC的更多背景知识,以及我想出的一种使电流与电压成比例的方式,而不必测量电流。我已经获得了一项专利,其中还包括使用数字计算来更精确地控制总线电压。只需很少的计算能力,您就可以知道由于跟随AC线路电压而导致的总线纹波,然后使用该纹波来确定由于负载需求变化而导致的纹波变化。与传统方法相比,这可以更快地调整负载变化,但又不会破坏PFC功能。


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戴夫·特威德

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Olin Lathrop

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戴夫·特威德

@DaveTweed-听起来您有Olin的解决方案...
MicroservicesOnDDD

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简化:

  • PFC控制器不会“知道”功率因数是否为“不良”,而是保证功率因数为良好
  • 就升压转换器的操作而言,具有两个所示晶体管是无关紧要的(两者将同时导通和关断)
  • 线圈和电容器的无源功率因数校正与有源功率因数校正有根本不同

Philip C. Todd撰写的有关有源PFC的规范性论文对 PFC的工作原理进行了非常详细的解释,即使它是为过时的控制器(UC3854)编写的,这些思想仍然很重要,并且是许多现代有源PFC实现的基础。

有源PFC控制器的基本目的是使从干线汲取的负载呈现电阻性。显然,下游负载在大多数情况下是非电阻性的(通常是恒定功率负载,例如DC / DC转换器)。PFC控制器可以实现功率因数校正的方法是感测AC波形并调制转换器的占空比(通常是升压),使其像电阻一样工作-在零交叉处不吸收电流,而在AC处吸收最大电流高峰。

无源PFC(您所描述的线圈和电容器)涉及在电源上放置一个大的低通滤波器,以抵消不理想的负载。没有任何“智能”。

您提供的插图缺少典型PFC控制器使用的传感网络:

  • 输入交流波形感应
  • 输出直流感应
  • MOSFET电流

波形感测通常以电流形式向PFC控制器提供信号,该信号代表桥式整流器之后的AC波形。PFC控制器使用此波形输入来控制转换器的占空比。

输出直流感测是一个缓慢的电压(通常小于20Hz)环路,可维持升压转换器的输出调节。它的带宽必须低于交流波形输入的带宽,否则PFC将无法工作。

MOSFET电流检测是一个快速电流环路,用于电流模式控制。


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“功率因数”指两个独立的问题:

  • 电流和电压之间的相位角(更大的相位差=与I * V相比,输出的功率更低)

  • 非线性负载引起的电流失真:波峰因数=峰值电流/均方根电流可能比正弦波的sqrt(2)大得多,从而导致谐波,导致公用事业公司的传输系统产生更多的损耗。

电源中的PFC电路主要解决其中的第二个问题。如果不使用该图中的电感器和MOSFET,最终将承受很高的波峰因数负载:二极管将大“电流”吸收到电容器中。

PFC电路试图通过将流经电感器的电流转换为整流正弦波(与电压同相),从而使市电免受此干扰,从而使市电电源上的电流看起来像正弦波。

为什么需要两个晶体管?它们不是,而是实现细节(也许在同一封装中使用两个较小的MOSFET比在不常见的封装中使用一个较大的MOSFET更具成本效益)。

控制电路使MOSFET导通,从而增加了流经电感的电流。关断MOSFET将允许电流流入负载,这通常会减小电流。控制电路决定将其打开/关闭,以控制流经电感器的电流-作为整流正弦波,如我之前所述。

它还可以调节输出电压。

为此,与常规的DC / DC转换器相比,它需要更多的复杂性,并且在电感器和电容器中都需要更大的能量存储容量。

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