大屏幕彩电开关电源的高频有源功率因数校正
摘要： 讨论了功率因数问题及其校正的基本原理; 分析了大屏幕彩电开关电源的功率因数; 给出了校正电路的设计方案及试验结果。
1 前言
提高功率因数( PF) 是用电设备节能的一个重要因数。随着电力电子技术的发展， 高频有源功率因数校正( PFC) 技术已越来越广泛地应用于各种电源。大屏幕彩电开关电源的功率在200~ 300W 之间， 原有彩电的开关电源均采用普通整流加滤波电路， 其谐波电流成分大， 功率因数值λ低， 一般为0. 65~ 0. 85。为了提高大屏幕彩电的节电性能， 在设计中我们采用了高频有源PFC 技术， 提高了PF 特性。
2 PF 问题及其校正的基本原理
2. 1 PF 的概念
用电设备的λ指交流输入有功功率P 和输入视在功率S的比值， 即：
可见， λ还可定义为失真因数与移相因数的乘积。对开关电源来说， cos φ一般接近于1,即相移不大， 而谐波电流严重， 失真因数小。
2. 2 PF 低的危害性
用电设备的PF 低， 易造成以下危害：①谐波电流严重污染电网， 而干扰其它用电设备;②输入电流有效值大， 需增加电路和保护器件的规格;③供电容量增加， 加大了前级设备( 如变压器等) 的定额;④大大增加了中线负荷， 降低了安全性能。
高频有源PFC 是根据电网的电压、电流及负载的变化产生PWM 信号， 控制高频电子开关导通的， 可起调节电感L 的作用。改善电流波形， 利用乘法器控制PWM 信号， 可使电网的输入电流基本为正弦波， 使λ接近于1( 即大于0. 99) 。图1 示出PFC 的原理框图。
图1 高频有源PFC 电路框图
3 大屏幕彩电开关电源的PF分析
现有的大屏幕彩电内用开关电源一般采用全桥不可控整流电路直接加电解电容滤波电路。图2 示出该电路形式。
R2 用以限制合闸电流， 当输入滤波电解电容充满电后， K 闭合， R2 断接， 电路的交流输入电压、电流波形见图3。由图3 可见， 只有当网侧电压幅值高于电解电容电压时， 电流才从电网中抽出， 因而电流谐波成分很大。计算出这种波形的λ很低， 一般在0. 65~ 0. 85 之间。
大屏幕彩电开关电源的输入功率在300W 左右， 其中1/ 3 ~ 1/ 5 是无功功率， 若采用有源PFC 技术可使其λ≥0. 99, 即λ≈1, 这样可节电60~ 100W, 是相当可观的。
图2大屏幕彩电开关电源原理框图
图中 V1 ——单相整流桥
C1 —— 吸收电容
R1 ——保护压敏电阻
R2 —— 热敏电阻
K ——固态继电器触点
图3 现有大屏幕彩电开关电源交流输入电压电流波形
图中 uiac——电网电压波形
uidc ——经V1 整流出的波形
uci ——输入滤波电解电容的电压波形
i i ——输入电流波形
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