開關(guān)電源和有源功率因數(shù)校正技術(shù)

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1、第1章開關(guān)電源技術(shù)及PFC概述1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.2開關(guān)電源的構(gòu)成及特點1.3改善開關(guān)電源諧波和功率因數(shù)的方法1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆直流電源分為：線性電源和開關(guān)電源。?線性電源是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。圖1-1利用可變電阻穩(wěn)壓◆實際電源電路中，通常利用負反饋原理，以輸出電壓的變化量去控制晶體管集電極與發(fā)射極之間的電阻值，原理電路見圖1-2。圖1-2利用反饋加晶體管穩(wěn)壓1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?常用的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源芯片有：78XX系列（正電壓型），79XX系列（負電壓型）（例如7805，輸出電壓為5V）；LM3

2、17（可調(diào)正電壓型），LM337（可調(diào)負電壓型）；?由于調(diào)整管相當(dāng)于一個電阻，電流流過電阻時會發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高（滿載才80%）。這是線性電源的一個主要缺點。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?線性電源特點優(yōu)點：技術(shù)成熟，已有大量集成化的穩(wěn)壓電源模塊，穩(wěn)定性好，輸出紋波電壓小等。缺點：需要的變壓器為工頻變壓器體積大，效率低。整流管流過和負責(zé)相同的電流，損耗增大；為減少紋波，輸入濾波電容容量要求大，否則脈動電壓增加；此外，由于調(diào)整管功耗大，所以需要裝體積很大的散熱片，很難滿足現(xiàn)代

3、電力電子設(shè)備發(fā)展的需求。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?我們所說的開關(guān)電源技術(shù)特指采用PWM技術(shù)的DC/DC直流開關(guān)電源。?我們所用的電源是指經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能符合使用的需要。例如，交流變直流，高壓變低壓等。也就是我們所謂的粗電變精電的過程。?廣義的說，各種采用開關(guān)器件的電力變換電路都可以叫做開關(guān)電源。■開關(guān)電源1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆開關(guān)電源的特點?直流電直接由市電整流獲得，不需要工頻變壓器，體積小重量輕。?工作頻率高，濾波電容數(shù)值小也使得整個電源體積小，重量輕。?調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗小，機內(nèi)溫升低，提升了整機的穩(wěn)定性

4、和可靠性。◆開關(guān)電源技術(shù)即現(xiàn)代電源技術(shù)。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆電子設(shè)備的小型化和低成本化，使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。◆開關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高性能穩(wěn)定等優(yōu)點逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的線性電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機和設(shè)備中?！衄F(xiàn)代電源技術(shù)指開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r◆20世紀(jì)50年代，美國宇航局最先為搭載火箭開發(fā)了體積小，重量輕的開關(guān)電源?！?0世紀(jì)80年代，計算機已經(jīng)全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化。隨后90年代，開關(guān)電源在其他領(lǐng)域（電子，電氣

5、設(shè)備、家電領(lǐng)域）得到了廣泛應(yīng)用?！糸_關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢?高頻化、小型化。開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲能元件決定。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效的減少儲能元件的體積、重量，而且還能抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。?高可靠性。從壽命的角度，提高電解電容，光耦，排風(fēng)扇的壽命。從設(shè)計的角度，提高電源集成度，減少元器件，簡化電路，提高可靠性。1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?低噪聲。開關(guān)電源的頻率越高，噪聲也就越大。這是開關(guān)電源的缺點之一。因此，盡可能降低噪聲是開關(guān)電源的發(fā)展方向（目前是諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)）?采

6、用計算機輔助設(shè)計和控制。采用CAD設(shè)計（拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù))，使開關(guān)電源具有最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機監(jiān)測，構(gòu)成多功能監(jiān)系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測、自動報警等。1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?電力電子器件和磁性元件的發(fā)展與開關(guān)電源發(fā)展是息息相關(guān)的。?研究低損耗，低噪聲技術(shù)以及開發(fā)新型（高速高頻）元器件，是開關(guān)電源實現(xiàn)小型化、高頻化以及高可靠性的重要推動。?總之，高效率、小型化、智能化以及高可靠性是大勢所趨，也是開關(guān)電源今后的發(fā)展方向。1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.3改善開關(guān)電源功率因數(shù)和諧波的方法◆開關(guān)電源諧波嚴(yán)重和功率因數(shù)低的原因：二極管整

7、流和電容濾波◆解決用電設(shè)備諧波污染的方法：（一）增設(shè)電網(wǎng)補償裝置（有源和無源濾波）（二）改進電力電子裝置使之不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的諧波（PWM整流和功率因數(shù)校正技術(shù)）（3-4）◆功率因數(shù)校正(PowerFactorCorrection,PFC)實現(xiàn)的方法（一）無源功率因數(shù)校正（PassivePowerFactorCorrection,PPFC）（二）有源功率因數(shù)校正（ActivePowerFactorCorrection,APFC）3-17無源功率因數(shù)校正(PPFC)技術(shù)是通過在整流電路中加入電感和電容等無源元件，使整流橋中的二極管導(dǎo)通時間變長

8、，從而降低電流諧波，提高功率因數(shù)。它是傳統(tǒng)補償無功和抑制諧波的主要手段。PPFC技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單及成本低的優(yōu)點，雖然校正效果不如APFC技術(shù)理想，但在中小功率場合仍具有良好的應(yīng)用