主动式pfc电源维修思路，电源pfc主动与被动的区别

1. 为什么需要设置PFC电路？ PFC（功率因数校正）即功率因数校正，定义为有功功率与视在功率的比值。开关电源（SMPS）的功率因数改善是一项非常重要的技术，近年来，随着日本大屏幕平板电视的快速发展以及环保节能的需求，功率因数的加装校正电路已增加。它的应用越来越广泛，并成为一种电气设备。强制性环境认证。大家知道，在纯电阻电路中，输入电压波形和电流波形匹配，功率因数为1。在非纯电阻电路中，电压波形和电流波形之间会出现相位差。如果电压和电流之间的波形没有畸变，即没有谐波畸变，则功率因数由两者之间的相位差决定，等于COS。自20世纪80年代以来，所谓的“离线式开关电源ofilineSMPS”（离线的意思是直接从线路整流）开始广泛使用，其中市电电源直接进行整流并连接一个大的滤波电容器。线路的输入电流是尖脉冲，这些尖脉冲中含有很多谐波成分。谐波有两个严重的后果。一是对电力线路造成高EMI（电磁干扰），二是谐波电阻损耗带来的二次效应，甚至会使电网峰值附近的电压波形畸变。价值。对电网造成很大的污染：另一方面，虽然电流的基波和电压相同，但谐波含量显着降低了电路的功率因数（约0.5-0.7）。功率因数PF=COS/平方根（1+THD平方），为输入电压与基波分量之间的相位差。 THD 是谐波失真。可以这样理解，利用傅里叶级数，可以将脉冲电流分解为基波和各谐波分量，输入电压与基波电流同相，但电流各谐波分量的频率为尽管它们同相，但同相，这会导致功率因数显着下降。

2、PFC电路的基本结构及工作原理：

上图是不加PFC电路的整流电路原理框图，下图是工作波形。从上面的分析可以看出。当不带PFC电路的整流电路稳定工作时，二极管仅在市电电压的正负峰值附近导通，产生脉冲电流。离线电源功率因数下降的原因是半周电流导通角远小于180，要提高功率因数，电流波形应跟随电流波形。整个周期的电压波形。

有源PFC电路的基本思想是在整流器和大滤波电容之间加一个初级调整，将两者隔离，因为整流器后面接的大滤波电容导致导通角太小。该PFC 是一种初级稳压转换器，本质上输出稳定的直流电压，其输入电流根据与市电电源相同的正弦规律变化。

下图所示电路展示了PFC电路的基本结构和工作原理。通过比较可以帮助您了解PFC电路在电源电路配置中的地位和作用。 PFC电路有不同的具体形式，但它们并不相同，并且具有不同的工作模式（CCM电流连续型、DCM断续型、CRM临界型）。然而，基本结构是相似的，并且这种电路形式对于大多数电路来说具有许多优点。这也是一个典型的升压开关电路，其基本思想就是将前面提到的整流电路和大滤波电容分开，并控制PFC开关的导通，使输入电流能够跟随输入电压的变化而变化。工作原理并不复杂，透彻理解这个基本电路的原理，可以让我们引以相似之处，为独立分析电路打下基础。在这个电路中。 PFC电感L在MOS开关管0导通和关断时储存能量。电感L中感应出左右正负电压，导通时储存的能量经升压二极管Dl充电到大滤波电容并输出，但输入电压是未经滤波的脉动电压。请注意，在大多数平板电视中，PFC 电感器L 与保护二极管D2 并联。

我们知道，大储能滤波电容C与PFC电路后的PFC电感L串联，电感L中的电流无法改变，这就限制了大滤波电容C中的浪涌电流。

并联保护并联二极管D2。没有电感的限流作用，滤波电容的作用较大，但它保护升压二极管，特别是PFC开关管。 Dl为快恢复二极管（开关在电感电流不为零时关断，因此要承受较大的应力，二极管的反向恢复电流必须很低或为零）；具有承受浪涌的能力当前的。虚弱的。降低反向恢复电流和提高浪涌耐压是相辅相成的，D2采用耐浪涌电流的普通整流二极管，例如1N5407，额定电流为3A。浪涌电流可达200A。

保护二极管D2表面上是减少浪涌对PFC电感和升压二极管的影响，但实际上它还起到保护PFC开关管的重要作用。

上电时，滤波电容器上的电压尚未建立，因为需要对大电容器充电。流经PFC电感的电流比较大。如果电源开关打开时正弦波处于最大值，则在电容充电过程中，PFC 电感L 可能会磁饱和，导致PFC 电路发生故障。当发生磁饱和时，流过PFC开关管的电流失去极限，开关管烧坏。防止悲剧发生的一种方法是控制PFC电路的工作顺序。这意味着只有在大电容完成充电后才启动PFC 电路。另一种相对简单的方法是用与升压二极管并联的二极管旁路PFC 线圈。设置支路，启动时对大容量电容充电，防止PFC线圈流过大电流而饱和，防止开关管过流损坏，保护开关管。二极管D2还分流升压二极管D1的电流并保护升压二极管。此外，添加D2 还可加快大电容器的充电过程。由于电压按时建立，PFC电路的电压反馈环路也按时工作，减少了启动时PFC开关的导通时间。请尽快使PFC电路正常工作。综上所述，上述电路中二极管D2的作用是在上电时或负载短路、PFC输出电压下降等异常情况下为电容提供充电通路。它施加高于输入电压的电压，防止因PFC电感磁饱和而损坏PFCMOS管，同时也减轻了PFC电感和升压二极管的负担，起到了保护作用。上电正常工作时，D2右侧为B+PFC输出电压，高于左侧，因此D2处于反偏截止状态，不影响D2工作。 D2可选用整流二极管，常规大电流器件，能承受较大的浪涌电流。根据电源的不同，PFC后面的电容容量不大，不接保护二极管D2，但如果PFC后面使用大容量的滤波电容，这个二极管就不能做小，保护二极管D2未连接。D2 可能未连接。对于电路安全非常重要。

1、PFC电路的分类

PFC电路根据输入电流的工作条件分为三种模式：CCM电流连续模式、DCM电流断续模式以及介于两者之间的TCM临界模式。

连续模式的一种：平均电流型，如下图所示。平均导通PFC转换器的开关频率是固定的，周期T不变，占空比随着输入电压的变化而变化。流经PFC电感和开关MOSEFT的电流任何时候都不在半个周期之内。它与交流线电压不同，它始终遵循电压变化的轨迹，并且其平均电流IAC 是正弦曲线，并与交流输入电压保持同相。

CCM模式根据控制方式的不同分为平均电流控制、峰值电流控制、滞环电流控制，共同特点是电流连续且无断点。一般来说，CCM PFC转换器可用于250瓦以上的开关电源，并且工作在CCM模式下的PFC转换器具有非常低的谐波失真。 THD可达到5%以下。由于电感电流不为零，电感电压变化不大，谐波IIR热损耗低，电磁干扰低，电流变化幅度小，因此铁损也低。与DCM方法的比较。 CCM模式下的电路相对复杂，电感电流为零时MOSEFT不导通，因此二极管的反向恢复电流造成较大的开关应力，损耗不再可以忽略不计。使用相对昂贵的快速反向恢复二极管来减少损耗。

2. DCM（Discontinuous Current Mode）断续电流

下图显示了电流中断PFC电路的模式。 DCM的一个特点是两个开关周期之间的电感电流存在死区。与导通模式相比，电路设计更容易，不需要考虑升压二极管的反向恢复电流，因为通态电流为零，对二极管的要求相对较低。显然，在相同的平均输入电流下，DCM需要更高的峰值电感电流，因此应选择大功率器件。电感器的磁芯较大，因为电流波动范围较宽，峰值较高。 I2R热损耗大。谐波失真THD也比连续模式高，因此电流断续模式一般只用于功率相对较小的开关电源。与下面描述的CRM Pro 模式相比，其主要优点是开关频率可以固定，并且可以限制最大开关频率。简化前端EMI 滤波器设计。

3. CRM 关键模式（critICalmode）

下图显示了临界模式CRM，它是间断模式的极端情况。在这种情况下，输入电流处于连续性和不连续性之间的临界点，也称为BCM（边界电流模式）边界型。它兼有CCM和DCM的特点，在实际中得到广泛应用。与DCM 相同。在CRM模式下，需要将电流过零点的检测信息反馈给控制电路，但CRM模式下的频率是可变的，电流几乎不会中断。

在边界模式CRM 中，电流降至零，并且当电流达到设定参考值时MOSFET 开始导通。 MOSFET 关闭。输入电流跟随输入电压。 CRM的特点是开关频率发生变化，正弦电压过零时频率最高，正弦电压峰值时开关频率最低。当升压电感器中的电流降至零时，新的开关周期开始，但不存在。当前死区。

CRM的缺点是正弦波过零附近的开关频率非常高，频率的变化使EMI更加严重，需要更复杂的输入滤波器设计。与DCM 模式类似，CRM 在接通期间消耗零电流，从而减少开关传导损耗并允许使用廉价的升压二极管。与DCM模式相比，CRM中的峰值电感电流被限制为平均电流的两倍，低于DCM中的峰值电感电流，允许选择电流容量更低的功率MOSFET，并允许使用更小的升压电感。使用的设备。

CRM模式应用广泛，工作在CRM模式的芯片很多，包括仙童半导体公司的KA7525、KA7526、KA7527，意法半导体（ST）公司的L6560、L6561、L6562、L6563，以及德州仪器（TI）公司的UC3852等。UCC28050、UCC38050、德国西门子的sTR4862、STR4863、三肯的STR-E1555、STR-E1565等值得注意的是，有一些芯片可以与CRM和DCM配合使用，并具有两种模式的优点，例如ON Semiconductor的NCP7601。在交流线路输入电压过零附近采用DCM控制方法，限制了开关频率，更容易解决EMI问题。

在正弦波峰值附近，电路采用CRM控制方案以避免较大的峰值电感电流。这允许使用更小参数的电感器、MOSFET 和升压二极管，这不仅降低了成本，而且提高了系统可靠性。如您所知，低功率开关电源（小于150W）通常采用CRM或DCM解决方案。 CRM 可以优化满载效率，DCM 具有降低EMI 的优点，NCP1601 结合了两种解决方案的优点。 NCP1601 是一种创新的控制方案，它在DCM 和CRM 下运行，而不会降低功率因数。电流波形如下所示。

3、PFC电路维护的特点

PFC电源管理芯片有很多种不同类型，每种都有不同的电路特性，但这些复杂的控制流程已经集成在芯片内部，外围电路变得更简单、更容易维护。

本来，PFc开关电源和PWM开关电源是两个独立的电源，但如果借鉴我们维修熟悉的开关电源的经验，从维修的角度来看，它们是可以作为两个独立的开关电源来维修的。主要考虑的是开关管、升压二极管、芯片电源电路、整流滤波电容、以及一些采样电路元件。显然，PFc开关电源的输入是市电整流后的脉动电压，负载是PWM开关电源的输入（具有负阻特性，电流随着电压的升高而减小）增加；（电流增加） PWM开关电源由于输出是+B负载，所以需要单独考虑。修复PFC电源时，也可以将PWM电源拆下，接上假负载来缩小范围，用常规方法修复。由于PFc的输出电压较高（约380V），因此可以使用两个串联的普通灯泡作为假负载，并使用一个12V（30W至60W）的直流灯泡作为后续PWM供电的负载。根据功率和电压要求串联或并联使用。