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开关电源功率因数的计算

发布时间:2017-09-01 浏览次数:48

开关电源功率因数

  关于开关电源功率因数的计算问题,在计算方面,仍然是按照功率因数的定义,即:有功功率比视在功率。以其输入端为准。而在实际上,开关电源的生产厂家们都采用测量的方式,有专用测量开关电源的各种参数的仪器,包括它的功率因数值。由于历史原因,很多人心目中功率因数的计算公式就是:PF=cos φ。实际上,这个公式只是特定情况下成立,这个前提是:负载是一个非纯阻性线性负载。功率因数的真正定义是:PF=有功功率/视在功率。

    什么是有功功率呢?有功功率就是负载实际上消耗的功率,计算方法是:P有功=∫u·i。这实际上就是瞬间电压和瞬间电流相乘之积的平均值。而视在功率的定义是:P视在=URMS·IRMS。和计算有功功率不同,这儿的电流和电压是分别测量得到的。那么,PF=cos φ这个公式是怎么来的呢?对于交流电机等感性负载(实际上容性负载也一样,只不过很少见这类负载),电流波形和电压波形相同,但有一个相位差。

   对于有相位差φ的电流I:可以分解成一个和电压同相的分量,幅度为I·cos φ;一个和电压正交(相差90°)的分量,幅度为I·sin φ。这两个分量分别与电压相乘之后求平均值,正交分量和电压相乘的平均值为零,剩下的就是P有功=P视在·cos φ。在这里,无功电流就是:I无功=IRMS·sin φ。

    对于开关电源这类负载,电流波形和电压波形并没有明显的相位差,但电流波形并不是正弦波,这种负载实际上是一个典型的非线性负载。和前面一样,非正弦波的电流和正弦电压相乘之后的平均值,可以通过将电流分解成和电压同频、同相的分量,以及不同频率或相位的分量来计算。这里电流波形基本上没有相位差,但存在大量的谐波分量。把电流波形进行傅里叶变换,得到的一系列谐波分量。其中:只有基频成分和电压乘积的平均值不为零,这部分电流就是有功电流;而所有高次谐波分量和电压的乘积平均值都为零,所以电流的所有高次谐波电流都是无功电流,因为它们都与实际消耗的功率无关,无功电流的总值是所有高次谐波电流的平方和的平方根。

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