【導(dǎo)讀】作為一種比較基礎(chǔ)的PFC方式，剛剛開始接觸電路設(shè)計工作的新人工程師們還是有必要了解一下無源PFC電路工作原理知識的。在今天的文章中，我們將會就這種電路設(shè)計和工作運(yùn)行原理知識，進(jìn)行簡要介紹。
無源PFC電路在實(shí)際應(yīng)用的過程中，由于其成本相對較低，因此曾經(jīng)一度得到了廣泛的應(yīng)用。不過，這種PFC電路設(shè)計方式目前已經(jīng)逐漸開始被有源PFC電路所代替。盡管如此，作為一種比較基礎(chǔ)的PFC方式，剛剛開始接觸電路設(shè)計工作的新人工程師們還是有必要了解一下無源PFC電路工作原理知識的。在今天的文章中，我們將會就這種電路設(shè)計和工作運(yùn)行原理知識，進(jìn)行簡要介紹。
所謂的無源PFC電路，顧名思義，就是在其電路設(shè)計的過程中并不使用晶體管等有源電子元器件，換句話說，這種PFC電路是由二極管、電阻、電容和電感等無源元件組成。無源PFC電路有很多類型，其中比較簡單的無源PFC電路由三只二極管和兩只電容組成，這種比較基礎(chǔ)的電路設(shè)計圖如下圖圖1所示。
接下來我們就以圖1中所展示的無源PFC電路設(shè)計圖為例，來為大家介紹一下這種PFC電路工作運(yùn)行原理情況。從圖1中可以看到，當(dāng)50Hz的AC線路電壓按正弦規(guī)律，由0向峰值Vm變化的1/4周期內(nèi)，該系統(tǒng)的橋式整流器中，二極管VD2和VD3導(dǎo)通，與之相對應(yīng)的是二極管VD1和VD4截止，此時電流對電容C1并經(jīng)二極管VD6對C2充電。當(dāng)VAC，瞬時值達(dá)到Vm，因C1=C2，故電容C1、C2上的電壓相同，均為二分之一Vm，當(dāng)AC線路電壓從峰值開始下降時，電容C1通過負(fù)載和二極管VD5迅速放電，并且下降速率比AC電壓按正弦規(guī)律下降快得多，因此直到AC電壓瞬時值達(dá)到1/2Vm之前，二極管VD2和VD3一直導(dǎo)通。當(dāng)瞬時AC電壓幅值小于1/2Vm時，電容C2通過VD7和負(fù)載放電。當(dāng)AC輸入電壓瞬時值低于電路的DC總線電壓時，二極管VD2和VD3截止，此時AC電流不能通過整流二極管，于是IAC出現(xiàn)死區(qū)。在AC電壓的負(fù)半周開始后的一段時間內(nèi)，VD1和VD4不會馬上導(dǎo)通。只有在AC瞬時電壓高于橋式整流輸出端的DC電壓時，VD1和VD4才能因正向偏置而導(dǎo)通。一旦二極管VD1和VD4導(dǎo)通，電容C1和C2再次被充電，于是出現(xiàn)與正半周類似的情況，此時我們可以得到圖2所示的AC線路輸入電壓VAC和電流IAC波形。
從下圖圖2所提供的輸入電壓和電流波形圖中我們可以看出，采用無源PFC電路取代單只電容濾波，整流二極管導(dǎo)通角明顯增大，且這一二極管導(dǎo)通角度明顯大于120°，而AC輸入電流波形則會變得平滑一些。在選擇C1=C2=10μF/400V的情況下，線路功率因數(shù)可達(dá)0.92~0.94，三次電流諧波僅約12%，五次諧波約18%，總諧波失真THD約28~30%。
在對無源PFC電路工作原理進(jìn)行簡要的分析后我們可以看到，盡管這種低成本的PFC電路具有一定的優(yōu)勢，但是其顯著缺點(diǎn)就是DC輸出電壓紋波較大，數(shù)值偏低，而且這種PFC的電流諧波成份不能完全達(dá)到低畸變要求，同時還會相應(yīng)的增大電路設(shè)計的難度。這也就是為什么近年來有源PFC設(shè)計越發(fā)占據(jù)優(yōu)勢的重要原因所在。
