功率因數校正(Power Factor Correction,PFC)技術分為無源功率因校正數和有源功率因數校正兩種,其中有源功率因數校正方式應用最為廣泛。
PFC電路目的是使得交流輸入電流波形跟隨交流電壓,其輸入特性近可能接近電阻特性, 因此通常讓電感位于交流輸入端口或整流橋后 ,減小輸入電流的峰值,降低輸入諧波,減少輸入EMI濾波元件。
PFC電路將交流電壓轉化為直流電壓,必然有一段時間交流電壓幅值小于直流電壓,因此 PFC電路通常選擇升壓電路拓撲 ,即一般直流側電壓高于交流電壓幅值。
(1)傳統有橋PFC電路
優點:
1)電路簡單:只需要一個功率管,且驅動共地;
2)控制簡單,單Boost電路,不存在換相,應用成熟度高;
3)電感電流連續時,整流橋工頻切換、共模干擾小;
缺點:
整流橋+Boost電路,回路串聯器件多,導致損耗大,效率低;
** (2)傳統無橋PFC**
優點:
1)電路簡單,使用器件少,驅動共地;
2)回路只串聯兩個器件,有利于高效率;
缺點:
由于電感的原因,在電壓負半周期時,L線存在對地高頻跳動,即存在共模EMC問題;
(3)二極管鉗位無橋PFC
在地和L線、N線之間增加二極管以后,在電壓正負半周期中,二極管各續流半個周期,實現鉗位的作用。
優點:
1)通過二極管的鉗位作用,避免電感造成L線和N線電壓對地高頻跳動,解決共模EMC問題;
2)浪涌和雷擊時,增加的二極管可以實現分流,提高防浪涌能力;
缺點:
1)由于鉗位二極管的作用,需要兩個PFC電感,在電壓正負半周期中,各只有一個電感參與工作,電感利用率低;
2)增加了2個工頻二極管,且在CCM模式下,鉗位二極管各導通半個周期,對效率略有影響。
(4) 二極管鉗位無橋PFC
在地和L線、N線之間增加電容以后,在電壓正負半周期中,高頻噪聲可以通過電容短路,實現輸入電壓對地穩定的作用。
優點:
1)通過電容的鉗位作用,避免電感造成L線和N線電壓對地高頻跳動,解決共模EMC問題;
2)浪涌和雷擊時,電容可以吸收部分能量,提高防浪涌能力;
缺點:
1)需要兩個PFC電感,在電壓正負半周期中,各只有一個電感參與工作,電感利用率低;
2)電容鉗位效果與其容值有關,其電容容值影響到輸入的無功電流和EMI抑制效果,影響到效率。
(5) 圖騰柱無橋PFC
優點:
1)器件使用少,有利于高功率密度,高效率;
2)二極管各交替導通半個周期,無EMC問題;
缺點:
MOSFET的體二極管反向恢復,適合工作在DCM模式下,一般進行多相交錯并聯;
隨著SiC、GaN器件的普及,將二極管替換為低導通阻抗MOSFET,實現高效率高功率密度。
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