前言: 隨著資訊與科技的快速成長，人們對於電力的需求也愈來愈高，相對地使得人們開始重視電力供需的品質。電力系統供電時隨著負載側阻抗特性之不同，可能導致輸入側之電流產生相位移或畸變，因此必須加入功率因數修正器(Power Factor Corrector，PFC)，使得電源輸入電流維持正弦波形並與電源電壓同相位，進而提高有效功率的利用、降低輸入突波電流與抑制輸入電流諧波成份。 在交流/直流轉換器中功率因數(Power Factor，PF)是一項最主要的考量，因為功率因數與電源性能有著密不可分的關係，良好的功率因數具有可充份利用電源的設備容量、降低峰值電流、抑制諧波成份及延長直流側濾波電容壽命等優點。 被動式功率因數修正器 早期功率因數修正電路是以加入電感、電容或兩者混合，稱為被動式功率因數修正電路。然而為了抑制低頻諧波量，電感、電容等被動元件的體積和重量讓產品難以小型化，而且造成系統整體效率嚴重下降，無法符合現今對於輕、薄、短、小、高效率及高功率因數等要求。因此，利用高頻電力轉換器實現主動式功率因數修正電路已是必然之趨勢。 被動式功率因數修正器是在輸入端加入電感、電容等被動元件來改善電流波形，如圖1所示，以提高功率因數。利用被動元件改善功因的方法有以下的缺點： (1)被動元件體積與重量龐大。 (2)低階諧波較大，因此PF值較低。 (3)電流峰值較高，易造成交流電流失真。 (4)濾波器對不同之負載所產生的效果不同。 (5)輸入之峰值電流較大，因而使效率降低。  圖一 被動式功率因數修正器 主動式功率因數修正器 主動式功率因數修正是利用控制電路上的主動式開關，使輸入電流能跟隨輸入弦波電壓波形，而不是一種高突波電流形式。主動式功率因數修正器大部分使用升壓型架構如圖2如示，主要原因為升壓型轉換器具有眾多優點，但是也是有其缺點， 其優缺點比較如下： (1)電感在輸入端，可抑制輸入電流突波。 (2)功率開關非浮接，因此驅動電路容易設計。 (3)電感電流即輸入電流，易於實現電流模式控制。 (4)電感與電源直接串聯，輸入電流連續，電磁干擾較小。 其缺點為: 輸出電壓為高壓，因此二極體及功率開關耐壓需較大。  圖二 主動式功率因數修正器 而針對輸出低於300W的應用，建議使用DCM(dis-continue Current mode) PFC，可有效減輕控制器線路並降低功率元件的應力，而DCM PFC 最重要的儲能電感，往往是R&D 最頭痛的問題，筆者經多年設計經驗，提供一個設計的參考守則。 範例: Vac=90Vac~264Vac Vo=400V Po=150W Io=0.375A Q晶體一般工作頻率fsw設定為:70KHz 可先前期計算出重要指標參數 (1):輸入電流峰值,Iin_pk Iin_pk=2.828*(Po/Vac_min)=4.71A (3):Q晶體工作責任周期Duty,D D=(Vo-1.414*Vacmin)/Vo=0.68 主電感L可由下列公式計算得知: L=1.414*Vacmin*D/(fsw*Iin_pk)=263uH |
