
PFC就是“功率因數”的意思,主要用來表征電子產品對電能的利用效率。功率因數越高,說明電能的利用效率越高。
PC電源采用傳統的橋式整流、電容濾波電路會使AC輸入電生嚴重的波形畸變,向電網注入大量的高次諧波,因此網側的功率因數不高,僅有0.6左右,并對電網和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。早在80年代初,人們已對這類裝置產生的高次諧波電流所造成的危害引起了關注。1982年,國際電工委員會制訂了IEC55-2限制高次諧波的規范(后來的修訂規范是IEC1000-3-2),促使眾多的電力電子技術工作者開始了對諧波濾波和功率因數校正(PFC)技術的研究。電子電源產品中引入PFC電路,就可以大大提高對電能的利用效率。
PFC有兩種,一種是無源PFC(也稱被動式PFC),一種是有源PFC(也稱主動式PFC)。無源PFC一般采用電感補償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數,但無源PFC的功率因數不是很高,只能達到0.7~0.8;有源PFC由電感電容及電子元器件組成,體積小,可以達到很高的功率因數,但成本要高出無源PFC一些。功率駐波表是廣大HAM必備的儀表之一,除購買正規廠家的產品外還可以自制。按下面介紹的方法DIY的駐波表,使用起來效果也很好。至于自制功率和駐波比的計量值,對業余愛好者來說,它只是一個相對值,不必斤斤計較。功率值在允許誤差內,駐波比SWR能讀出1.5、2、3即可。在試制過程中,筆者感到駐波比表的制作是“看花容易繡花難”。雖然只有幾個元件,想把REF檔的指針調到零點并非易事。只有了解它的原理,才能使調試順利進行下去。經過你親手DIY后,相信你對駐波表會有一個新的認識。一:磁環互感法的功率駐波比表原理
(如圖)首先分析它的高頻電路。把它畫成等效電路來分析。設正向電壓為U入、反向電壓為U反。在a、b兩點上,為什么能得到獨立的U入和U反電壓呢?如果U入和U反的電壓不能單獨的分離出來,是不能進行正向波、反向波的測試的。首先要從傳輸線L1上取出U入和U反電壓。當L1上有高頻電流通過時,必然在高頻變壓器T的次級線圈L2上產生一感應電動勢。
e=jωMI
這個電動勢e在高頻變壓器T及R1、R2中形成高頻電流i。回路中電流的大小,完全取決T的感抗L。
R=R1+R2
而傳輸線L1上每個點上都有下列關系:
U=U入+U反 I=I入-I反————(1)
傳輸線上各點的阻抗都是一樣的。
所以,網絡中的電流在阻值R1=R2上的電壓為;電容器C1與C2組成分壓器,K為分壓比。C2得的電壓為U3。
U3=KU=K(U入+U反)—————(4)
因C3、C4的分壓比相等于C1與C2的分壓比:
U4=K(U入+U反)
現設: U3=U3/2 ,U4=U4/2。
現設分壓比K使之等于MR/LZc,并把U1和U3、U2和U4分別相加,因U1經檢波后在a點上得1/2U1,同理U2在b點上得1/2U2。
則a點電壓為:1/2U1+1/2U3=1/2U入-1/2U反+1/2U入+1/2U反=U入
b點電壓為:-1/2U2+1/2U4=-1/2U入+1/2U反+1/2U入+1/2U反=U反
圖3是用電阻分壓的磁環互感法制作的功率駐波表電路原理圖。首先還是對電原理圖進行分析,它的高頻回路等效為圖4。由圖4中看出,R1=R2 所以U1=U2 根據公式(3)可知;
電阻R3、R4構成分壓比K
U3=KU=K(U入+U反)
現令分壓比K等于MR/LZc ,并把U3和U1,U2相加就得出:
U4=U1+U3=KU入-KU反+KU入+KU反=2KU入
U5=U2+U3=-KU入+KU反+KU入+KU反=2KU反
經過上述證明a,b兩點已把U入,U反分離出來a點得U入、b點得U反。U入、U反分別經過檢波兩極管后,成為直流成分。兩極管只有一端有高頻成分,濾波回路改成PC的低通濾波法是可以的。二:制作調試與安裝工藝
圖1,圖3兩種電路的印刷板的尺寸都是70mm×40mm。使用單面板手工刻制。請參照圖5:
圖中高頻變壓器中的L1,是用Φ2.2mm的一根漆包線,直接貫穿磁環,兩端分別在M型的插座上。印刷板的中心線部位挖出的方洞,其作用是磁環的磁力線不被銅箔的“地”屏蔽掉。磁環在中心線的部位滑動,有微調電感的作用。對調零點(REF擋)有作用。
磁環用黑白電視機的天線匹配的雙孔磁環,這雙孔環事先要改成單孔環,去掉棱打磨光滑后再用。電阻分壓的(圖3中)磁環可以用導磁率=20、Φ10的磁環。L2是用Φ0.15的漆包線先均勻繞50T。電容本應使用管狀的涂有深藍色的高壓電容,但現在難找到。本文中用的是60伏的獨石電容器。高扼圈用色碼電感即可,兩極管用1N60,用萬用表R*1K檔配對。手刻印刷板時,要注意線條的對稱性。功率表上用的微調電阻,要事先焊在條形的印刷板上,再把它固定在波段開關的兩根長螺絲上。電位器用2瓦的。表頭為100微安。
印刷板的接地是用Φ1.5mm的銅線做成支架,焊在M型插座的螺絲上,電路的接地導線要統一匯總后,焊在印刷板中心線的位置上。調試前,應對電路的構成有一定的認識。例如圖1最后整合成一電橋電路,它是利用平衡原理進行測量的,圖6是電原理圖。
有源PFC電路中往往采用高集成度的IC,采用有源PFC電路的PC電源,至少具有以下特點:
1) 輸入電壓可以從90V到270V;
2) 高于0.99的線路功率因數,并具有低損耗和高可靠等優點;
3) IC的PFC還可用作輔助電源,因此在使用有源PFC電路中,往往不需要待機變壓器;
4) 輸出不隨輸入電壓波動變化,因此可獲得高度穩定的輸出電壓;
5) 有源PFC輸出DC電壓紋波很小,且呈100Hz/120Hz(工頻2倍)的正弦波,因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。