功率因數校正用電感材料

摘 要 ： 介 紹 用 于 無 源 和 有 源 功 率 因 數 校 正 中 電 感 材 料 的 特 性 和 選 擇 。

Abstract:The characteristic and selection of inductance material for use in PPFC and APFC are introduced.

關 鍵 詞 ： 電 感 材 料 無 源 功 率 因 數 校 正 有 源 功 率 因 數 校 正

Keywords:Inductance material， PPFC， APFC

1引言

　　開關電源（硬開關方式）如今已經實用化、商品化，其突出的優點效率高，體積小，重量輕已被人們認可。但是負面效應決不可忽視，由于不可控整流方式網側輸入電流為非正弦周期電流，AC/DC變換器在投入運行時，將向電網注入大量的高次諧波，因此網側的功率因數不高，僅有0.6左右，并對電網和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。在三相四線制供電方式中，由于多次諧波分量疊加，使中線電流增大，這是一個很棘手的問題。而如今計算機電源、UPS、程控交換機電源、電焊機電源、電子鎮流器等早已高頻開關化，其對電網的污染已達到必須治理的程度，因此功率因數校正技術正在成為熱點，并將成為商家進入市場的關鍵。

　　從電工學原理講，功率因數PF是指交流輸入有功功率P與視在功率S的比值。

　　PF=P/S=UI1cosφ/UI2=DFcosφ（1）

式中:I1—基波電流有效值;

I2—電網電流有效值；

U—電網電壓有效值;

φ—基波電流、電壓的相位差；

　　DF（distortionfactor）為電流失真因子。

　　要使PF→1，必須對輸入電流嚴重非正弦情況采取相應的措施，使DF→1，同時還必須使基波電流與電壓相位差φ→0，才能使PF→1，所以功率因數校正實際上是對輸入電流整形使其盡可能正弦化，同時改善電源系統的輸入阻抗，使之盡量呈電阻性，使基波電流與電壓同相位。這就是功率因數校正的基本思路。

　　開關電源的功率因數校正器（PFC）可分為兩類，一類為有源PFC，由電感電容及電子元器件組成；另一類為無源PFC，一般采用電感補償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數。在校正電路中有源PFC較多采用高頻升壓電路功率因數開關調節器，通常采用Boost電路，基本電路拓樸見圖1。

圖1升壓型Boost電路

　　圖中Li為儲能電感，看起來并不復雜的電路，但是如何能夠合理選擇元件及相關元件的材料是關鍵所在，本文將就PFC技術中的電感元件及材料開展討論。

2無源PFC中的電感材料選擇

　　無源PFC是一個由電感、電容組成的低通濾波器，如圖2所示是一種低通濾波器的電路原理圖，其中L1是共模電感，L2,L3是差模電感。

　　共模電感是完全對稱、線圈匝數相同的兩個電感線圈，繞在同一個鐵心上，電流同方向流經兩組線圈后，根據右手螺旋法則，在電感鐵心內產生兩個方向相反的磁場，由于流經電流大小，線圈匝數完全相同，磁場強度強弱相當，因而完全抵消，不存在磁飽和問題，主要是要考慮電感鐵心材料的初始磁導率μo，對于這類材料的μo越高越好，通常有高μo系列的鐵氧體磁心，μo=4×103，6×103，8×103，1×104等類型，鐵基超微晶材料μo≥5×104，坡莫合金系

列如1J79，1J851系列，μo≥5×104。在選擇金屬磁性材料時必須注意頻響問題(見圖3)1J79或1J851系列的磁心μo隨頻率上升而下降的幅度比較大，越薄的材料，μo隨頻率下降的幅度比較小，設計時應注意這一點。

圖2低通濾波器電路原理圖

　　差模電感主要要解決磁飽和問題，在實際使用過程中，廣大電路工作者已經逐步認識到了磁粉心的優越性，使用鐵心加氣隙的作法（鐵氧體磁心加氣隙，非晶磁心加氣隙，硅鋼磁心加氣隙）已越來越少。現在用于濾波器中差模電感鐵心大多為有效磁導率為60～75的磁粉心，B500=1.34T，即在39788.5A/m(即500Oe)的磁場強度下，磁感應強度達1.34T。

圖3磁心μO隨頻率f的變化關系