PFP防火涂料(PFP防火涂料种类)

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了解交流电源的特殊性

了解电厂和电气设备的型号。

供电厂提供的是交流电，也就是说供电厂提供的能量是以正弦形式波动的，而不是恒定的功率。

发电厂与电气设备之间的输电线路有电阻，会消耗能量。

电气设备有电阻性、电容性和电感性。

不同负载类型设备的等效电路

各种负载的条件

下图显示了四种类型负载的能耗。

详细分析各种负载(电阻与电感)

从上图可以看出，消耗的功率=UI，电阻总是消耗正功率，电容和电感不消耗。一会儿正功，一会儿负功，也就是说电感电容一会儿从供电厂吸收能量，一会儿给供电厂提供能量。

出现这种现象的原因是电感和电容属于储能器件，本身并不消耗能量。

在这个能量储存和释放的过程中，所有的能量都消耗在供电线上。由于用电设备不消耗能源，供电厂无法收取电费，但供电厂仍需设置相应的供电设备，持续提供能源。

详细分析各种负载(二极管)。

由二极管和电容组成的整流电路用于产生DC输出。这是一个很常见的结构。只有当交流电压高于电容电压时，二极管才能导通，才有电流。为了提供全周功率，在这个范围内必须有大电流，即交流电源必须在短时间内给设备提供足够长时间的能量。

由于发电厂只能产生正弦功率输出，为了达到这个目的，发电厂必须建造远远超过正常消耗的供电设备来维持用电设备的用电量。

了解PF和THD

功率因数

为了描述电容和电感引起的电流和电压不同步的情况，引入了功率因数的定义。

使用电流和电压相角差的余弦作为功率因数。

PF大还是小好？

总谐波失真(THD)

非正弦周期波形可以分解成傅立叶级数，这样就可以得到周期波形的基波和谐波。

总谐波失真用于表示每个谐波的幅度。在电源领域，谐波的大小是指电流的大小。

THD大还是小比较好？

谐波失真的危害

供电厂产生的电流波形是基波的正弦，而其他高次谐波的波形是供电厂无法产生的。，供电厂必须付出额外的努力来产生所有的高次谐波。所以THD实际上描述的是供电厂必须具备的额外供电能力，或者说做的无效功。

谐波失真的其他危害是产生一些高频信号，会对其他器件产生干扰。这种干扰可以通过线路传导，也可以通过辐射传播。线路传导称为RFI，辐射传播称为EMI。

总谐波失真的具体计算

谐波失真描述的是一束正弦信号，或称交流信号。交流信号讲究有效值，所以必须用平方根计算。其公式如下

第一步是计算每个高次谐波与基波的比值；

第二步，比值求和。理论上H可以取无穷大，但实际应用中H不会取很大。一般几十个就够准了；

第三步，开方。

谐波失真的图形表示

总谐波失真代表电源容量的浪费，高次谐波的幅值代表电磁干扰的强度。所以通常用图标来表示谐波失真，以便形象地看到谐波失真造成的电磁干扰的危害程度。

偶次谐波和奇次谐波

仔细观察发现，在电流谐波失真图上，偶次谐波的分量几乎为零。

这绝非偶然。在电力领域，当涉及谐波失真时，不必考虑偶次谐波，只需考虑奇次谐波，因为偶次谐波分量可以忽略不计

在实际应用中，设备往往既包含电容/电感，又包含有源器件，电流波形既表现出与电压的正弦相位差，又表现出非正弦特性，如下图所示。此时，功率因数定义为

现在我们可以看到，电气设备的友好度可以用PF来衡量。很多时候PF和THD是有关系的。THD越大，PF越低，但THD越小并不意味着PF越高。还应考虑电流相位的影响。

THD要小，高频时的谐波分量尽量小，以减少干扰。

PPFC的原理与实现

功率因数校正的基本思想

PF低的原因有两个，电容或电感引起的电流相移，有源器件引起的波形失真。

提高PF的电路称为PFC电路，PFC的思路也分为两种

添加补偿电路(例如作为负载的电容器)会给电源线添加电感。这种方法称为无源PFC，通常用于只有相位偏移的情况。

对于开关电源来说，主要问题是波形失真，所以不能用无源PFC，只能用其他方法，统称为有源PFC。

-还有两种类型的有源PFC，一种是PPFC(无源PFC)，另一种是APFC(有源PFC)。

-有时，无源PFC也被归为无源，所以PFC分为P和A两类，P包括无源和有源。

PPFC电路

采用一种叫做逐流电路的结构，可以提高开关电源的PF值。

注意逐流电路的连接。当VDC高于两个电容电压之和时，逐电流电路充电。当VDC低于并联的两个电容器电压的电压时，逐电流电路放电。当VDC在它们之间时，逐流电路既不放电也不充电。

这两个电容器是相同的，电容器的电压总是自动相等。

利用逐流电路提高PF值的方法

如果没有逐流电路，使用VACVDC时二极管会关断，使用VACVDC时二极管才会导通。增加逐流电路后，二极管仍然会导通，直到VAC小于电容电压，无形中延长了二极管的导通时间。

假设VAC为220V，VDC稳定在200V，二极管只有在没有逐流电路时才导通，有逐流电路时，二极管在有VAC200V V时导通。

逐电流电路的叠加

从前面的分析可以看出，逐流电路是通过二极管形成回路，使电容串联充电，并联放电。串联的电容数量为2，所以充放电之间的压降为2倍。

如果想提高逐流电路的PFC效果，可以将压降提高到3甚至4。

APFC的原理与实现

APFC原则

开关电源波形失真的罪魁祸首是整流桥后的电容。使用逐流电路可以缓解这个问题，但不能根除，而有源PFC可以根除这个问题。

有源PFC的方法是直接去掉整流桥后的电容，保持输入电流连续。

光维持光电流是不够的。还需要使整流桥后面的部分看起来像一个电阻，以便电流随输入电压而变化。

由于开关电源是整流桥后的感性负载，电感的电流-电压关系为

，开关电源需要控制t，使vdt和v成比例。

APFC的形式

开关电源通过开关间歇传递能量，所以不可能使瞬时电流呈现连续平滑的正弦波，只有平均电流波形呈现正弦波。

有三种电流波形，对应于三种模式CCM、BCM(CRM)和DCM。

电流平滑

开关电源只能产生锯齿形电流，而PFC要求电流更平滑，否则THD会很大。，有必要在输入端增加一个电流低通滤波电路。

电流滤波使用电感和电容。电感平滑电流，电容储存能量应对PFC过程中电流的突变。

三种模式的比较

这三种模式的本质区别在于c

理论上大功率也可以用于小功率，CCM的控制回路存在巨大的缺陷，无法实现高开关频率，所以小功率段通常不使用CCM。

BCM的实现方法

为了使BCM的平均电流正弦化，需要两个条件

流经电感器的电流的峰值包络是正弦的；

平均输入电流与峰值电感成比例。

对于第二个条件，除了boost，其他拓扑都做不到，如下图所示

Boost拓扑在整个周期内都有输入电流，平均电流仅为包络电流的1/2。对于其他拓扑结构，输入电流只在TON时间内可用，在Toff时间内输入电流为0，这导致平均电流和峰值电流之间存在固定的比例关系。

一种实现升压BCM的方法

电路需要得到两个时间点，当前周期TON结束的时间和当前周期TOFF结束的时间。

电流周期的TON端由电流峰值比较器检测，而TOFF端由过零比较器检测。

传导时间的问题

仔细观察BCM，你会发现传导时间似乎是恒定的。这不是故意画的一样，而是有原因的。

电感上的电流可由以下公式表示

从这个公式可以看出，电感上的电流线性上升，上升斜率取决于输入电压，上升终点也取决于输入电压，导致导通时间最终与输入电压无关。

PFC方法的改进——固定导通时间

从前面的分析可以看出，Boost实现PFC后，导通时间变得恒定。那么反过来，如果一上来就把导通时间设置为常数，PFC也能实现吗？答案是肯定的。

改进后成为有源固定导通时间，从而省略了峰值电流比较电路。

固定导通时间是目前非常主流的PFC技术，适用于数字控制。计数器产生一个固定宽度的正脉冲，每次过零比较器检测到退磁点产生一个正脉冲。

调节PFC电源输出电压的方法

很多电源都有稳压的要求。所谓稳压，其实就是调节电源输送的能量。对于固定的导通时间，调整峰值电流的包络可以调整平均电流，这也调整输入功率，然后调整输出电压。

因为输入电压是交流的，它总是恒定的，所以电感上的电流斜率是恒定的。对包络进行缩放后，相当于改变了峰值电流比较器的阈值，电感上的电流三角波就会发生变化。包络越短，平均电流越小，输出功率越低，TON时间越短，开关的开关频率越高。

输出电压稳定方法

从前面的分析可以看出，要调节输出电压，只需要调节TON即可，所以反馈输出电压，调节TON。

BCM的问题与对策

BCM的特点是输出功率越低，开关频率越高。如果电源本身需要在较大的输出功率范围内开关，比如调光，需要在1%-100%范围内开关，开关管的开关频率也需要接近100次。

这么大的变化范围是无法实现的，MOS和电感都不可能在这么大的开关频率下保持最佳的工作状态。

解决方法是在每个周期插入一个死区等待时间，使BCM变为DCM模式。

加入在死区等待的DCM

如果需要降低输入电流，不需要调整TON，而是增加每个开关周期后的等待时间。输入电流下降越多，等待时间越长。在TON不变的情况下，输入电流越低，频率越低。

如果调整幅度不大，加死区等待就够了。如果调整范围较大，可以将死区等待和包络调整结合起来，或者以一个为主，一个为辅，比如以包络为主，死区等待为辅，或者使用两种技术实现更精细的调整。

-数字控制模式，TON的最小调节粒度为1 TCLK，而引入死区等待(补偿)后，最低调节粒度可高于1 TCLK。

结合死区等待的稳压算法

使用调节TON和TDEAD后，控制算法将变为comp

TON是调节输出功率的主要方式，通过TON来调节包络的高度。TDEAD的存在完全是为了调节频率，所以有两种方法

-先调整TON，在TON不能移动后再调整tdeaded，或者先调整tdeaded再调整TON；

-先调整TON，在TON不能移动后再调整tdeaded，或者先调整tdeaded再调整TON；

几种对比算法

从开发难度来说，一次调整一个参数肯定比一次调整多个参数容易。一次调整多个参数可以实现更丰富的算法。比如对参数进行加权，可以实现不同的曲线效果，甚至可以保持开关频率自始至终不变。

注意，两个参数的曲线总是具有不同的趋势。随着TON的增加，开关频率降低，而TDEAD降低，开关频率增加。所以理论上可以保持开关频率不变。

死区时间的多周期平衡关系

在BCM的情况下，平均电流自然是正弦的，引入死区时间后，就变成了DCM，平均电流就不能再自然正弦了。这时候就需要用数字算法来平衡每个周期的TDEAD，使平均电流仍能保持正弦形状。

均衡是指插入每个循环的TDEAD保持一定的关系。

均衡算法的开发思路如下

扩展到其他拓扑

如前所述，Boost相对于其他拓扑的优势在于TON和TON都有输入电流，但引入死区时间后，TDEAD仍然没有电流。此时，Boost相对于其他拓扑的优势实际上已经不复存在，任何拓扑都可以用来实现PFC。

假设仍然使用固定导通时间，其他拓扑中TDEAD均衡算法的开发思路如下

PFC和恒流之间的冲突

过去是通过调节输出电压来调节输出功率，但在很多应用中是通过调节输出电流来调节输出功率，这给PFC带来了很大的问题。

稳压和稳流最大的区别是稳压只需要长时间保持平均输出电压恒定，而稳流技术需要在每个开关周期保持电流恒定。

-为什么电压可以看一段时间内的平均电压？因为负载侧有一个很大的电容，而这个电容上的电压是一段时间内的平均电压。通过将该电压样本反馈到输入端，可以调整平均电压。

-但不是电流。目前没有办法让电流每个周期都变化，而平均电流在一段时间内保持不变，因为没有办法对一段时间内的平均电流进行采样。

PFC要求电流是正弦的，即每个周期都不一样，而恒流要求每个周期的电流都一样，这样就形成了不可调和的矛盾。

解决PFC和恒流之间的冲突

目前没有好的方法可以简单的提高PF和恒流的精度。几种已知的方法如下

两级采样方案，第一级是Boost，实现高PF，第二级实现恒流，避免了两者的冲突，但缺点是成本高；

通过使用分周期的方法，一个交流周期被分成几个时间段，其中一些是PFC，另一些是恒流，如下图所示。这个单阶段可以达到，效果比第二阶段差。

对于大功率、成本不敏感的场合，使用2级方案非常合适，但对于成本敏感的场合，需要下大力气优化。

文章整理自互联网。

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