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满足更严格电源效率要求的新电路结构

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:714

        

    

    

    功率因数校正(pfc)可减少电源待机功耗并改善总体电源效率,但是额外的电路会增加设备在轻负载或无负载状态下的功耗。本文讨论的电路结构可管理由pfc引入的功耗,从而提高总体电源性能。

    

    

    

    

    

    

    

    

    图1:测量输入电压和电流

    的rms值并相乘,可得到视在

    功率(单位:va)。

    

    

    最近几年,全球相关管理机构的工作重点放在了减少电源的能量消耗上。第一阶段旨在减少电源的待机功耗,这项工作已在进行当中。目前,各国政府相关部门正在展开下一阶段工作,目标是改善电源激活模式下的效率。此外,功率因数校正仍然是满足上述效率要求所面临的一个严峻挑战。

    

    

    适配器功率提高

    

    

    五年以前,笔记本电脑适配器提供的平均功率大约为40w,当时处理器的速度仍不到1ghz,包括外围设备在内的总功耗可通过传统的电压转换方法来管理。如今,由于高速处理器的问世,对离线电源的需求增长很快,现在能提供高达150w功率的电源适配器已经很普遍,既可用于大屏幕笔记本电脑,也可用于lcd tv等。

    

    

    输出功率提高自然会给市电插座带来更重的负载。当几个大功率适配器使用同一个电源插座或分布式电源线架构时(例如在办公室中),这个问题会变得更加严重。在这个时候使用pfc前端电路不仅能减少电源插座的负担,而且还能确保得到洁净的正弦电流,从而减少对其它连接设备的干扰。然而,额外的前端电路会增加设备在轻负载或无负载状态下的功耗,因此需要新的技术来管理由pfc前端电路引入的额外功耗。在讨论解决方案以前,先简要介绍一下“功率因数”的确切含义。

    

    

    功率因数校正

    

    

    “功率因数 (pf)”可用来描述一个连接电源的特定负载的表现与真实电阻的相似程度。定义pf为有效功率(单位:w)与视在功率(单位:伏安或者va)之比,即:pf=w/va。

    

    

    

    

    

    

    

    

    图2a:典型的smps输入级。

    图2b:典型的电流波形

    

    

    无论两个被测信号(电流和电压)为何种波形,该定义都是正确的。请注意,pf=cos j是被测信号为正弦波的特殊情况。如果此时将一个“理想”电容或电感跨接在电源两端,则pf=0(j=90°);相反,如果跨接一个纯电阻,则pf=1。

    

    

    图1以电视机为例,通过测量交流电源线上输入电压的均方根(rms)值以及设备从电源线上拽取的电流,描述了如何简单地计算一台设备的视在功率,当然这里使用了可测量非正弦(特别是高峰值电平)信号的真正rms安培/伏特表。

    

    

    完成这些测量后,只需简单地将它们相乘便得到视在功率。测量有效功率需要使用功率表或者示波器,若使用示波器则需将示波器上电压与电流迹线的读数相乘。计算由瞬时电流和电压的乘积(瞬时功率,单位:瓦特)与时间组成的面积(能量,单位:焦耳),再将这个结果除以电源周期,便得到以瓦特(w)为单位的平均功率。

    

    

    在欧洲,除了极限值可低至25w的照明设备外,功率大于75w的电源必须进行功率因数校正。

    

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    功率因数校正(pfc)可减少电源待机功耗并改善总体电源效率,但是额外的电路会增加设备在轻负载或无负载状态下的功耗。本文讨论的电路结构可管理由pfc引入的功耗,从而提高总体电源性能。

    

    

    

    

    

    

    

    

    图1:测量输入电压和电流

    的rms值并相乘,可得到视在

    功率(单位:va)。

    

    

    最近几年,全球相关管理机构的工作重点放在了减少电源的能量消耗上。第一阶段旨在减少电源的待机功耗,这项工作已在进行当中。目前,各国政府相关部门正在展开下一阶段工作,目标是改善电源激活模式下的效率。此外,功率因数校正仍然是满足上述效率要求所面临的一个严峻挑战。

    

    

    适配器功率提高

    

    

    五年以前,笔记本电脑适配器提供的平均功率大约为40w,当时处理器的速度仍不到1ghz,包括外围设备在内的总功耗可通过传统的电压转换方法来管理。如今,由于高速处理器的问世,对离线电源的需求增长很快,现在能提供高达150w功率的电源适配器已经很普遍,既可用于大屏幕笔记本电脑,也可用于lcd tv等。

    

    

    输出功率提高自然会给市电插座带来更重的负载。当几个大功率适配器使用同一个电源插座或分布式电源线架构时(例如在办公室中),这个问题会变得更加严重。在这个时候使用pfc前端电路不仅能减少电源插座的负担,而且还能确保得到洁净的正弦电流,从而减少对其它连接设备的干扰。然而,额外的前端电路会增加设备在轻负载或无负载状态下的功耗,因此需要新的技术来管理由pfc前端电路引入的额外功耗。在讨论解决方案以前,先简要介绍一下“功率因数”的确切含义。

    

    

    功率因数校正

    

    

    “功率因数 (pf)”可用来描述一个连接电源的特定负载的表现与真实电阻的相似程度。定义pf为有效功率(单位:w)与视在功率(单位:伏安或者va)之比,即:pf=w/va。

    

    

    

    

    

    

    

    

    图2a:典型的smps输入级。

    图2b:典型的电流波形

    

    

    无论两个被测信号(电流和电压)为何种波形,该定义都是正确的。请注意,pf=cos j是被测信号为正弦波的特殊情况。如果此时将一个“理想”电容或电感跨接在电源两端,则pf=0(j=90°);相反,如果跨接一个纯电阻,则pf=1。

    

    

    图1以电视机为例,通过测量交流电源线上输入电压的均方根(rms)值以及设备从电源线上拽取的电流,描述了如何简单地计算一台设备的视在功率,当然这里使用了可测量非正弦(特别是高峰值电平)信号的真正rms安培/伏特表。

    

    

    完成这些测量后,只需简单地将它们相乘便得到视在功率。测量有效功率需要使用功率表或者示波器,若使用示波器则需将示波器上电压与电流迹线的读数相乘。计算由瞬时电流和电压的乘积(瞬时功率,单位:瓦特)与时间组成的面积(能量,单位:焦耳),再将这个结果除以电源周期,便得到以瓦特(w)为单位的平均功率。

    

    

    在欧洲,除了极限值可低至25w的照明设备外,功率大于75w的电源必须进行功率因数校正。

    

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