Korekcja współczynnika mocy PFC
Współczynnik mocy i współczynnik harmonicznych częstotliwości sieci są ważnymi wskaźnikami jakości energii, zwłaszcza w przypadku urządzeń elektronicznych zasilanych tą mocą.
Jest to pożądane dla dostawcy prądu przemiennego Współczynnik mocy konsumentów była bliska jedności, a dla urządzeń elektronicznych ważne jest, aby zniekształcenia harmoniczne były jak najniższe. W takich warunkach elementy elektroniczne urządzeń będą żyły dłużej, a obciążenie będzie pracować bardziej komfortowo.
W rzeczywistości istnieje problem polegający na tym, że konwencjonalne liniowe źródło zasilania nie jest w stanie dostarczyć sprzętowi elektronicznemu energii elektrycznej o odpowiedniej jakości, a nawet wysokiej wydajności. W rezultacie musimy zaakceptować fakt, że sprawność zasilacza na poziomie 80% przy współczynniku mocy zmierzającym do 0,7 jest uważana za normę.
A powodem tego problemu jest to, że przy wejściu konwencjonalny zasilacz impulsowy jest mostek diodowy z kondensatorem filtrującym i niezależnie od tego, czy rektyfikowany odbiornik prądu jest nawet obciążeniem liniowym, prąd dostarczany z sieci do mostka diodowego nadal będzie miał impulsy, wyraźne izolowane piki, między którymi występują przerwy z zerem pobór prądu z sieci.
Dzieje się tak, ponieważ kondensator filtrujący ładuje się i rozładowuje nierównomiernie, co powoduje zmniejszenie współczynnika mocy — w rzeczywistości energia z sieci jest zużywana w krótkich impulsach — jeden impuls prądu na każdą połowę okresu sinusoidy sieci.
W obwodzie zasilanym przez taki kondensator filtrujący zjawisko to generuje duże zniekształcenia harmoniczne. A współczynnik mocy obciążenia zasilanego przez taki prosty prostownik z kondensatorem z reguły nie przekroczy 0,3.
Istnieje prosty „pasywny” sposób na lekkie wygładzenie ostrych szczytów prądu, nieznaczne zwiększenie współczynnika mocy i nieznaczne zmniejszenie w ten sposób akordeony… Metoda polega na dodaniu cewki indukcyjnej między mostkiem diodowym a kondensatorem filtrującym. Spowoduje to lekkie zaokrąglenie szczytów do kształtu sinusoidalnego.
Jednak w tym przypadku współczynnik mocy nadal będzie daleki od jedności (około 0,7), ponieważ kształt pobieranego prądu znowu wcale nie jest sinusoidalny. A gdy do sieci przyłączanych jest wiele takich planów użytkowników o różnych mocach, staje się to poważnym problemem dla wytwórcy energii.
Najlepszym sposobem na poprawę współczynnika mocy i redukcję harmonicznych częstotliwości linii jest zastosowanie stosunkowo prostych schematów aktywnej korekcji współczynnika mocy (PFC) opartych na przetwornicach podwyższających impulsy w zasilaczach impulsowych.Tutaj do wejściowego obwodu prostownika dodano nie tylko cewkę indukcyjną, ale także tranzystor polowy ze sterownikiem i kontrolerem, a także diodę.
Podczas aktywnej korekcji współczynnika mocy (aktywne PFC) FET szybko przełącza się między dwoma stanami.
Pierwszy stan — gdy przełącznik jest zamknięty, dławik pobiera energię z prostownika, magazynuje energię w polu magnetycznym, podczas gdy dioda jest spolaryzowana zaporowo, a obciążenie jest zasilane tylko przez kondensator filtrujący.
Drugi stan to rozwarcie tranzystora, w tej części cyklu dioda przechodzi w stan przewodzenia, a dławik przekazuje energię do obciążenia i ładuje kondensator.Takie przełączanie następuje z częstotliwością kilkudziesięciu kiloherców przez każdej półfali sinusoidy sieci.
Kluczowy obwód sterujący reguluje czas trwania przedziałów czasowych — jak długo dławik jest podłączony do sieci i jak długo zasila kondensator, aby napięcie na kondensatorze utrzymywało się na stałym poziomie, takim jak średni prąd dławika. Ten obwód zwiększa współczynnik mocy zasilania do 0,98.
Konieczne jest właściwe zarządzanie przełączaniem, aby pobór prądu był zgodny w fazie z napięciem przemiennym sieci. W tym celu sterownik generuje sygnał PWM do sterowania bramką tranzystora FET, dzięki czemu w szczycie sinusoidy dławik otrzymuje energię krócej niż przy napięciu bliskim zeru (dłużej).
Kontroler PFC ma pętlę sprzężenia zwrotnego napięcia wyjściowego (która jest porównywana z wartością odniesienia i utrzymywana na stałym poziomie przez PWM), a także czujnik napięcia wejściowego i prądu cewki indukcyjnej do dokładnego monitorowania średniego prądu cewki indukcyjnej w czasie rzeczywistym, aby upewnić się, że obciążenie ma maksymalny współczynnik mocy.