現(xiàn)代開關(guān)電源為什么要采用PFC技術(shù)--開關(guān)電源濾波電容的危害

小融一號(hào)

開關(guān)電源效率高、適應(yīng)電壓范圍寬、功率大已經(jīng)被電器設(shè)備廣泛的采用，但是它的負(fù)面作用隨著大量的應(yīng)用也逐步顯現(xiàn)，這就是在開關(guān)電源電路中一般是采用整流后直接濾波的方式向后級(jí)電路提供直流供電，這種整流后直接濾波的方式造成的供電線路中電流波形的嚴(yán)重畸變而產(chǎn)生的危害已經(jīng)到了不解決不行的地步了。為什么會(huì)有這么嚴(yán)重的危害？我們下面用二極管半波整流電路為例加以解釋； 圖1是半波二極管整流電路的四種不同的電路（由上至下）；圖1-1是二極管整流后只有一只負(fù)載電阻R；圖1-2是二極管整流后只有一只濾波電容C；圖1-3是二極管整流后只有一只負(fù)載電阻R和濾波電容C；圖1-4是二極管整流后只有兩只負(fù)載電阻R和濾波電容C。 圖1-1：當(dāng)交流市電加到整流二極管上時(shí)；交流電的正半周二極管導(dǎo)通經(jīng)過負(fù)載電阻R形成電流；交流市電的每一個(gè)周期中（0°～360°）只有正半周（0°～180°）到來時(shí)整流二極管正偏導(dǎo)通，也就是在正弦波整流電路中；二極管的負(fù)載是阻性時(shí)，每一個(gè)正弦波的正半周二極管均導(dǎo)通；二極管的導(dǎo)通角為：180°，（圖中陰影部分是電流波形）可以看出阻性負(fù)載的整流電路，二極管流過的電流其波形、相位和所加的市電電壓波形、相位是相同的。 圖1-2：當(dāng)交流市電加到整流二極管上時(shí)；在第一個(gè)周期的0°～360°中由0°開始二極管開始導(dǎo)通施加于二極管上的電壓瞬時(shí)值逐漸增大，隨著導(dǎo)通角的增加，二極管的導(dǎo)通電流也逐漸加大，由于二極管的負(fù)載是一只濾波電容C，那么二極管流過電流對(duì)電容C充電，隨著輸入正弦波交流電角度的不斷增加，輸入電壓的瞬時(shí)值不斷增加，到達(dá)90°時(shí)，達(dá)到最大值（峰值：311V），并且電容C上的電壓也達(dá)到最大值（311V），接著輸入電壓的瞬時(shí)值由正半周的90°～180°時(shí)，其瞬時(shí)值逐步下降，由于電容C在峰值時(shí)充電電壓達(dá)到311V，此電壓無法釋放，始終維持在311V，此電壓同時(shí)也加在整流二極管的輸出端，這樣在二極管輸入端的電壓不管在其它任何時(shí)候，（由0°～360°～720°......），二極管都不再導(dǎo)通。也就是在正弦波整流電路中；二極管的負(fù)載是純?nèi)菪詴r(shí)；二極管的導(dǎo)通為第一個(gè)周期的：0°～90° ：當(dāng)交流市電加到整流二極管上時(shí)；在第一個(gè)周期的0°～360°中由0°開始二極管開始導(dǎo)通施加于二極管上的電壓瞬時(shí)值逐漸增大，隨著導(dǎo)通角的增加，二極管的導(dǎo)通電流也逐漸加大，由于二極管的負(fù)載是一只濾波電容C及一只并聯(lián)在電容上的電阻R，那么二極管流過電流對(duì)電容C充電及通過電阻R產(chǎn)生負(fù)載電流，隨著輸入正弦波交流電角度的不斷增加，輸入電壓的瞬時(shí)值不斷增加，到達(dá)900時(shí)，達(dá)到最大值（峰值：311V），并且電容C上的電壓也達(dá)到最大值（311V），此時(shí)整流二極管輸入端的交流電瞬時(shí)值由900～1800逐漸下降，二極管反偏，不再對(duì)電容C充電，而電容C上的電壓311V通過R放電，電壓逐步下降，（由于一般的整流電路C的容量極大約為數(shù)百微法，電阻R則是負(fù)載內(nèi)阻，是一個(gè)高時(shí)間常數(shù)電路，電壓下降幅度極小），當(dāng)下一個(gè)周期的正半周峰點(diǎn)到來電壓雖略有下降（下降的幅度和負(fù)載電阻的大小有關(guān)）但仍能維持在300V以上。這樣當(dāng)下一個(gè)正弦波周期來到時(shí)；只有到了瞬時(shí)值達(dá)到峰值附近，并且超過電容兩端電壓時(shí)，整流二極管才會(huì)再次導(dǎo)通，并且又對(duì)電容C進(jìn)行充電，當(dāng)?shù)诙�個(gè)周期正弦波達(dá)到正半周900時(shí)（圖中4500）電容兩端電壓又被充到311V峰值，二極管又截止。從圖中可以看出；整流二極管導(dǎo)通的時(shí)間極端，導(dǎo)通角極小（視放電的時(shí)間常數(shù)決定，一般濾波電容越大二極管導(dǎo)通角越小），電流的波形（陰影部分）呈脈沖狀態(tài)，不再是正弦波形狀。 圖1-4是二極管整流后只有兩只負(fù)載電阻R及一只濾波電容；兩只電阻R的含義是負(fù)載電阻變小，放電電流變大，和上面圖1-3相同的過程，不同的是在電容C充電到311V后是經(jīng)過兩只電阻放電，放電速度加快，電容C上的電壓下降較快，這樣當(dāng)下一個(gè)周期到來時(shí)由于電壓下降較多，整流二極管較圖1-3狀態(tài)提前進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)；開始導(dǎo)通，當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)（圖中450°）二極管截止，這樣導(dǎo)通角（圖1-4中陰影部分）較圖1-3大，，電流的波形呈寬脈沖狀態(tài)，也不再是正弦波形狀。 從以上的分析可以看出，整流二極管后面如果不用濾波電容，流過整流二極管的電流和輸入電壓的波形相同，在正弦波整流電路中；如果是橋式整流或全波整流那么電路的電流波形也是正弦波形狀，并且相位也和輸入電壓的相位相同。但是只要整流管后面采用了濾波電容情況就不同了，電流波形就不再是正弦波形；而變成脈沖狀態(tài)，而且視負(fù)載的大小及電容容量的大小，脈沖的寬度不同。 整流電路脈沖狀電流波形帶來的危害； 1電磁干擾 EMI（Electrom1gnetic Interference）：由于電流波形是非正弦波形，并且接近于矩形波，對(duì)非正弦波和矩形波進(jìn)行頻譜分析得知任何一個(gè)非正弦波都是由基波和基波的高次諧波疊加形成，對(duì)于接近于矩形波的電流波形則具有更加豐富的高次諧波，而這些頻率成分很高的能量很強(qiáng)高次諧波可以通過無線方式輻射干擾其它電路及其它電器設(shè)備的正常工作，這就是為什么高檔次的電視機(jī)開關(guān)電源都加一個(gè)隔離罩或者單獨(dú)放置。 2電磁兼容EMC（Electro M1gnetic Interference）：由于供電線路的內(nèi)阻存在，而電流是脈沖狀態(tài)，在脈沖電流產(chǎn)生瞬間電流較大，在線路的內(nèi)在會(huì)產(chǎn)生壓降（在正弦波接近±90°的部位）壓降的產(chǎn)生使線路的正弦波形態(tài)產(chǎn)生峰點(diǎn)切幅的失真如圖2所示；圖2-1是正常正弦波波形；圖2-2是產(chǎn)生失真的正弦波波形，這樣的波形在供電線路中，使其它的需要正弦波工作的設(shè)備（電動(dòng)機(jī)、電風(fēng)扇等）不能正常工作。 由于現(xiàn)代的開關(guān)電源均是整流后采用大濾波電容來濾波，而產(chǎn)生的EMC及EMI問題，已經(jīng)到了不解決不行的地步了，為了解決這一問題現(xiàn)在新一代的液晶、等離子電視機(jī)及功率較大的電器設(shè)備的整流元件后面都不采用濾波電容器，而是把整流的脈動(dòng)直流再經(jīng)過一個(gè)新增的斬波電路（開關(guān)電源）變換成100KHz的高頻脈沖然后再整流、濾波供后級(jí)PWM開關(guān)電源應(yīng)用。這種整流后不直接濾波從而使供電線路中電流波形仍是正弦波形狀并且和輸入市電電壓波形相同，這就是平時(shí)提到的PFC開關(guān)電源技術(shù)。 ——文章來源:電源研發(fā)精英圈 【】 【】 【融創(chuàng)芯城】PCB/PCBA在線定制，價(jià)格優(yōu)廉，快速交貨！ 【】 微信號(hào)：融創(chuàng)芯城 （一站式電子元器件、PCB、 PCBA購買平臺(tái)，電子項(xiàng)目眾包、方案共享服務(wù)平臺(tái)） 融創(chuàng)芯城（www.digiic.com) ,專業(yè)服務(wù)小批量的采購和配單要求, 提供一站式電子元器件，PCB，PCBA購買服務(wù);  并提供項(xiàng)目眾包、方案共享平臺(tái)，把低頻使用的技術(shù)資源和人才資源，與社會(huì)有產(chǎn)品或方案開發(fā)需求的公司和個(gè)人對(duì)接起來，為廣大工程師和在校學(xué)生提供例程、案例培訓(xùn)和新產(chǎn)品知識(shí)推廣；  融創(chuàng)芯城微信端將定期推送高品質(zhì)的技術(shù)文章，行業(yè)資訊等諸多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容！關(guān)注我們妥妥沒錯(cuò)！！ 希望與技術(shù)文章原創(chuàng)作者，以及更多原廠工程師、資深電子工程師互動(dòng)交流？------歡迎加入融創(chuàng)芯城電子技術(shù)群，長按以下QQ群二維碼，識(shí)別加入，或長按識(shí)別客服微信號(hào)，加入融創(chuàng)電子技術(shù)微信群！ QQ群：499391543