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单片机 pfc 开关电源维修,PFC电路原理分析

小编 2025-09-08 设计与开发 23 0

开关电源维修,PFC电路原理分析

开关电源的PFC电路,PFC电路是校正功率因数的电路,开关电源属于容性负载,功率因数低,使电网供电效率低,当加上PFC电路后,功率因数可以达到98%,那么PFC是如何改变功率因数的呢。

我们先要知道在交流电设备中,有阻性负载,有容性负载,有感性负载。

阻性负载的功率因数为1,因为它的电流和电压波形是同相位的

有容性负载

如图电流是超前电压90度

感性负载

感性负载电流滞后电压90度

感性负载如变压器,电动机,容性负载是整流后端有滤波电容的设备。

容性负载和感性负载的功率因数低,电源供电效率低,容性负载和感性负载,大电流负载对电流畸变,产生干扰,对电网和自身都会产生干扰。

所以对于容性负载,功率大于100W以上开关电源的容性负载,比如电脑电源,液晶电视电源等,需要增加功率因素矫正电路,只要改变负载特性接近于阻性,就可以使电流相位与电压相位相同。

PFC功率因素矫正分为两种

被动PFC

在整流桥堆和滤波电容之间串联电感,利用电感上电流不能突变的特性来缓冲电容充电电流,改变电网线路电流波形的畸变,提高功率因数,缓解电磁干扰,但只能提高一点功率因数,效率低,适合小功率电源。

主动PFC

主动PFC则是利用电子元件进行斩波,改变容性负载电流波形的畸变,使电压和电流的相位相同,使其特性接近阻性负载,电压和电流同相位。

电源是容性负载就是因为整流桥后端有一颗电容,对电容反复充电,造成的无功功率,改变电路结构,在电路中串联一个电路把电容隔开,实际上就是增加一个BOOST电路。

在整流后串联一个BOOST电路,改变直接整流对电容的重放电,利用BOOST的开关把直流电变成高频脉冲直流电,在通过二极管整流电容滤波,得到一个稳定的直流电压,在供给后级开关电源。

PFC电路一般都是把直流300V的脉动电压升压到380V,这里有几个原因,一是减少损耗,减小电感体积,为了芯片的占空比稳定性,太低了,电压稳不住。

PFC也是非常容易损坏的电路,其电压较高,容易击穿开关管和整流管,后级开关电源击穿损坏,也会因为PFC保护不及时,损坏开关管和整流管及电源芯片外围元件。

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从零开始,带你巧识电源内部元器件

电源不像处理器,可以看规格知性能,电源也不像显卡,由一颗关键的GPU来决定档次。

一款好的电源除了满足功率需求以外,还必须考量稳定、节能、静音、安全等多方面的因素。

在没有专业设备进行检测的情况下,我们只有了解一些电源的基本原理和元器件知识,才能做到对电源“一目了然”。

抓住关键,不再眼晕!

从外面看起来,电源的个头也就比一块“板砖”大一点,但它“肚子”里装的东西可着实不少。

拆开外壳,我们能看到数以百计的、各式各样的电子元器件和复杂交错的线缆,不免让人眼晕。

俗话说“擒贼先擒王”,在观察电源时,我们也应该着重留意以下几个部分。

上图为某电源的内部结构图,序号1~6分别标识出了大家应该着重观察的部分。

一、二级EMI滤波电路, 这部分的作用是将外部电网进入的市电进行过滤,得到比较纯净的交流电供后续使用。PFC电路, 它的作用是在交流电转换成直流电的过程中减少谐波,降低对室内电网和市电电网的干扰,减少市电损耗。高压滤波电容, 它的作用是净化高压直流电,为后续的高低压转换提供相对“纯净”的电流。电源拓扑, 拓扑就是指电源的整体结构,它直接影响到电源的转换效率。低压滤波电路的电感线圈, 其作用是稳定输出端的电压和电流,与电脑硬件系统的稳定使用有直接的关系。散热片, 在变压器和开关电路进行电压转换时,会产生大量的热量,因此需要散热片迅速转移热量。

二级EMI滤波电路

国家3C认证强制要求上市的电源必须通过EMI防电磁辐射认证,因此合格的电源都应该具有EMI滤波电路。

一级EMI滤波电路位于电源接口处,做工更好的电路还具有独立PCB板和电感线圈。

二级

二级EMI滤波电路通常在电源的主PCB板上,由电感线圈和电容等元器件组成。

上图是某劣质电源上的二级EMI滤波电路唱了“空城计”!

不过低端电源往往只有一级EMI滤波电路,稍好一点的电源都应该具有完整的一、二级EMI滤波电路。

PFC电路

PFC电路分为被动式和主动式两种,现在大部分电源都是采用的主动式PFC。

被动式PFC均采用这种“大个头”的电感。

主动式PFC的电感线圈往往位于高压滤波电容的前方。

被动式PFC的功率因数普遍在0.7左右,主动式PFC的功率因数则高达0.9以上,明显优于被动式PFC,两者的分辨也相当容易。

高压滤波电容

哪些是高压滤波电容?很简单,电源里面最高、最大的电容即是(1~2颗)。

比较电容时,原则上只能与同类型的电源相比,因为在相同功率下,被动式PFC电源所需的电容容量比主动式要大。

在同级比较时,我们可以看到高压滤波电容的容量、耐压值和耐温值,理论上这三项数值越大越好。

电源采用主动式PFC,因此使用容量为330μF的高压滤波电容就能满足需求,该电容的耐压值为400V,耐温值为85℃。

电源拓扑

简单说来,在前几年电源的拓扑可分为半桥式和正激式两种,现在基本以正激式为主。

半桥式是传统的电源结构,通常转换效率不高;而正激式结构转换效率容易做到80%以上。

传统的半桥式拓扑

正激式拓扑有助于提高转换效率

在进行分辨时,我们不妨采用排除法:在半桥式电源的中央,必定有三个变压器,并且一大两小,排成一条直线;如果你的电源不是这种结构,那么恭喜你,这多半是正激式电源。

低压 虑波 电路的电感线圈

在低压滤波电路部分,我们主要看电感线圈的大小、匝数和颜色。

自然是线圈越大、匝数越多越好,至于颜色,理论上从优到劣分别为灰色、黑色、浅绿色和黄色,电感越好损耗越小。

低压滤波电路部分主要看电感线圈

散热片

散热片的作用不需多说,发热量较大的开关管和肖特基管都常常安装在散热片上。

目前市售电源普遍采用铝质散热片,通常越厚越好,同时为了在有限的空间内扩大散热面积,大部分散热片都开有鳍片,理论上鳍片越多越好。

本文来源电子世家 巧学模电数电单片机​

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