基于成本和效率考虑的PFC设计(一)—什么是PFC

我来自 TI

接下来今天我再来给大家一起讲的 topic 就是

基于成本及效率优化考虑的 PFC 设计

这个是我们今天大概的一个目录

因为我也不确定大家之前有多少了解

关于 PFC 这一块的一些内容

所以在讲的过程中有可能会比较简单，也有可能会比较难

反正大家如果有什么需求给我反馈好吧

第一方面我们会简单介绍 PFC 到底是个什么东西

接下来我们会介绍一下 PFC 的分类和主要的一些控制拓扑

然后第三，我们可能会介绍一些目前在 PFC 应用场合的

一些主流拓扑的对比和一些各自的优缺点

最后我们可能会给出一个实例介绍

如何去设计一个高效的并且具备成本竞争优势的一个 PFC

所以其实我想借这一页 PPT 问

看看大家到底对 PFC 到底有多大了解

以便往后面考虑前面的部分是不是可以讲的快一点

所以我想知道大家是不是知道什么是 PFC

应该大部分我相信，因为 PFC 在格力的话

我相信应该也是应用非常广泛

那么因为时间有限，我就接着往下

其实 PFC 的全称就是 Power Factor Correction

翻译成中文就是功率因数校正，那么你可以看到

其实这页纸上我罗列了很多公式

对不起，这个包括我自己看的也比较有点烦

但是我希望大家只要记住一条功率因数

因为我们平时说的 PF 值是什么呢

就是我们常说的有功功率就比上视在功率的比值我们叫 PF 值

所谓什么叫视在功率呢

视在功率就是有功加上无功就是视在功率

那么如果我们在一个常用的

那么怎么会产生无功呢

因为我们的设备中通常会有电感和电容的元件

这些会使我们的电流的相位发生变化

因为我们也知道当只有当电流和电压完全同相位的时候

它的 PF 值才会接近于1，那么换言之

我们整个系统中如果不加 PFC 这级的话

其实会产生相当大的无功

那么通常来说一般我们 PF 值也就集中在0.5到0.6之间

换句话说，我们这一个家电设备通常会有一半是在做无用功

这当然是大家也不希望看到的

那么知道了什么叫 PF 值这一个定义的话

我们还有一个在 PF 设计中经常会遇到的就叫 THD

THD 的英文简称就是 Total Harmonic Distortion

其实就是总谐波电流的一个畸变

你可以简单的说它就是除了基波电流以外的

高次谐波的有效值和基波电流之比

那么由此可见这个值越小越好

因为越小就代表你的高次谐波的分量就越小

那么当然我们目标是零当然也不可能

但是一般来说我们能做到5%以下

也就能满足大部分的设计需求

那么看了这两页以后

其实我们就知道功率因数其实是两部分的

有两部分影响，第一部分就是我们的相位

就是我们的电压和电流的相位差

如果它是同相位的

这是一部分对 PF 值会有影响

第二部分就是我们的波形的系数

我们的波形如果一个是电压应该是正弦的

如果电流畸变了它不是正弦，这个功率因数也很低

所以提高功率因数有两部分的要求

第一是电流和电压同相位

第二，就是让我们的波形让电流跟电压一模一样

那么简单的说就是让我们的负载看起来更像一个电阻

因为大家知道如果是纯阻性负载的话

电流电压同相位而且是同样的东西

那么我们为什么需要 PFC 呢

其实现在从国家的因为 THD 会有不加 PFC 的话

它们提到第一会产生很多的无功

那么无功的话会带来哪些问题呢

首先无功怎么产生

我们刚才自己也看到

因为我们的输入通常的单相的交流输入是一个正弦波

那么由于我们后级有个大电容的存在

那么大电容它的最大主要的功能就是储能

我们这个当输入电压高于我们电容上的电压的时候

才会在前端产生电流，就是这里可以看到的

那么当输入电压低于我们电容上的电压的时候

这里是不会有产生电流的

这也是我们谈电流产生畸变的一个主要原因

那么既然说到了这里，我们就要知道一下

刚才说的这些谐波电流会对电网带来哪些损害

这里面列下来了很多，那么我主要想跟大家说一点

就是说第一，如果不加 PFC 谐波电流会

它始终在我们三相四线制的电路过程中的话

会让我们的中线的电流是非常大

从而到导致我们的中线过流损坏

这是一个非常大的问题

第二，那么我们的输入的相当于你们供电设备就会需要更大的容量

刚才说了如果只有0.5的功率因数的话

我实际产生 1kW 的输出，我就得需要 2kW 的输入

这样对整个的能源系统是非常浪费

这个我觉得这两点可能是会比较关键的一些危害吧

然后您这里其实看到除了刚才说了除了基波以外，高次谐波

现在各个国家包括中国在内提出了各个标准，包括中国 3C 3C 认证

然后你可以看到 IEC 的包括 EN60555 啊这个欧盟的一些标准

就是说你一旦要出口这些电气设备到那些国家

或者在中国去售卖这些设备的话

就必须满足它一定的谐波的要求

这也就是导致了我们直接影响到

就说我们也可以看到在现在格力的像空调里面

前级 PFC 是一个必须要加的一个功能

这也是我们今天为什么来讨论这一个的原因

我来自 TI

接下来今天我再来给大家一起讲的 topic 就是

基于成本及效率优化考虑的 PFC 设计

这个是我们今天大概的一个目录

因为我也不确定大家之前有多少了解

关于 PFC 这一块的一些内容

所以在讲的过程中有可能会比较简单，也有可能会比较难

反正大家如果有什么需求给我反馈好吧

第一方面我们会简单介绍 PFC 到底是个什么东西

接下来我们会介绍一下 PFC 的分类和主要的一些控制拓扑

然后第三，我们可能会介绍一些目前在 PFC 应用场合的

一些主流拓扑的对比和一些各自的优缺点

最后我们可能会给出一个实例介绍

如何去设计一个高效的并且具备成本竞争优势的一个 PFC

所以其实我想借这一页 PPT 问

看看大家到底对 PFC 到底有多大了解

以便往后面考虑前面的部分是不是可以讲的快一点

所以我想知道大家是不是知道什么是 PFC

应该大部分我相信，因为 PFC 在格力的话

我相信应该也是应用非常广泛

那么因为时间有限，我就接着往下

其实 PFC 的全称就是 Power Factor Correction

翻译成中文就是功率因数校正，那么你可以看到

其实这页纸上我罗列了很多公式

对不起，这个包括我自己看的也比较有点烦

但是我希望大家只要记住一条功率因数

因为我们平时说的 PF 值是什么呢

就是我们常说的有功功率就比上视在功率的比值我们叫 PF 值

所谓什么叫视在功率呢

视在功率就是有功加上无功就是视在功率

那么如果我们在一个常用的

那么怎么会产生无功呢

因为我们的设备中通常会有电感和电容的元件

这些会使我们的电流的相位发生变化

因为我们也知道当只有当电流和电压完全同相位的时候

它的 PF 值才会接近于1，那么换言之

我们整个系统中如果不加 PFC 这级的话

其实会产生相当大的无功

那么通常来说一般我们 PF 值也就集中在0.5到0.6之间

换句话说，我们这一个家电设备通常会有一半是在做无用功

这当然是大家也不希望看到的

那么知道了什么叫 PF 值这一个定义的话

我们还有一个在 PF 设计中经常会遇到的就叫 THD

THD 的英文简称就是 Total Harmonic Distortion

其实就是总谐波电流的一个畸变

你可以简单的说它就是除了基波电流以外的

高次谐波的有效值和基波电流之比

那么由此可见这个值越小越好

因为越小就代表你的高次谐波的分量就越小

那么当然我们目标是零当然也不可能

但是一般来说我们能做到5%以下

也就能满足大部分的设计需求

那么看了这两页以后

其实我们就知道功率因数其实是两部分的

有两部分影响，第一部分就是我们的相位

就是我们的电压和电流的相位差

如果它是同相位的

这是一部分对 PF 值会有影响

第二部分就是我们的波形的系数

我们的波形如果一个是电压应该是正弦的

如果电流畸变了它不是正弦，这个功率因数也很低

所以提高功率因数有两部分的要求

第一是电流和电压同相位

第二，就是让我们的波形让电流跟电压一模一样

那么简单的说就是让我们的负载看起来更像一个电阻

因为大家知道如果是纯阻性负载的话

电流电压同相位而且是同样的东西

那么我们为什么需要 PFC 呢

其实现在从国家的因为 THD 会有不加 PFC 的话

它们提到第一会产生很多的无功

那么无功的话会带来哪些问题呢

首先无功怎么产生

我们刚才自己也看到

因为我们的输入通常的单相的交流输入是一个正弦波

那么由于我们后级有个大电容的存在

那么大电容它的最大主要的功能就是储能

我们这个当输入电压高于我们电容上的电压的时候

才会在前端产生电流，就是这里可以看到的

那么当输入电压低于我们电容上的电压的时候

这里是不会有产生电流的

这也是我们谈电流产生畸变的一个主要原因

那么既然说到了这里，我们就要知道一下

刚才说的这些谐波电流会对电网带来哪些损害

这里面列下来了很多，那么我主要想跟大家说一点

就是说第一，如果不加 PFC 谐波电流会

它始终在我们三相四线制的电路过程中的话

会让我们的中线的电流是非常大

从而到导致我们的中线过流损坏

这是一个非常大的问题

第二，那么我们的输入的相当于你们供电设备就会需要更大的容量

刚才说了如果只有0.5的功率因数的话

我实际产生 1kW 的输出，我就得需要 2kW 的输入

这样对整个的能源系统是非常浪费

这个我觉得这两点可能是会比较关键的一些危害吧

然后您这里其实看到除了刚才说了除了基波以外，高次谐波

现在各个国家包括中国在内提出了各个标准，包括中国 3C 3C 认证

然后你可以看到 IEC 的包括 EN60555 啊这个欧盟的一些标准

就是说你一旦要出口这些电气设备到那些国家

或者在中国去售卖这些设备的话

就必须满足它一定的谐波的要求

这也就是导致了我们直接影响到

就说我们也可以看到在现在格力的像空调里面

前级 PFC 是一个必须要加的一个功能

这也是我们今天为什么来讨论这一个的原因