Корекция на коефициента на мощност на PFC
Коефициентът на мощност и хармоничният коефициент на мрежовата честота са важни показатели за качеството на електроенергията, особено за електронното оборудване, което се захранва с тази мощност.
Желателно е за доставчика на променлив ток това Коефициент на мощност на потребителите беше близо до единство, а за електронните устройства е важно хармоничните изкривявания да са възможно най -ниски. При такива условия електронните компоненти на устройствата ще живеят по -дълго, а натоварването ще работи по -удобно.
В действителност съществува проблем, който е, че конвенционалният линеен източник на енергия не е в състояние да осигури на електронното оборудване електричество с подходящо качество и дори с висока ефективност. В резултат на това трябва да се примирим с факта, че ефективността на захранващия блок от 80% с коефициент на мощност, стремящ се към 0,7, се счита за норма.
И причината за този проблем се крие във факта, че на входа конвенционално импулсно захранване има диоден мост с филтриращ кондензатор и независимо дали потребителят на коригиран ток е дори линеен товар, токът, подаван от мрежата към диодния мост, все пак ще има изблици, изразени изолирани пикове, между които има пропуски с нулева консумация на ток от мрежата.
Това се случва, защото кондензаторът на филтъра се зарежда и разрежда неравномерно, което води до намаляване на коефициента на мощност — всъщност енергията от мрежата се консумира в кратки импулси — един токов импулс за всяка половина от периода на синусоида на мрежата.
Във верига, която се захранва от такъв филтър кондензатор, това явление генерира високо хармонично изкривяване. И коефициентът на мощност на товар, захранван от такъв прост токоизправител с кондензатор, като правило няма да надвишава 0,3.
Има прост «пасивен» начин за леко изглаждане на острите пикове на тока, леко увеличаване на коефициента на мощност и леко намаляване на този начин хармоници… Методът се състои в добавяне на индуктор между диодния мост и филтърния кондензатор. Това леко ще заобли върховете към синусоидална форма.
В този случай обаче коефициентът на мощност все още ще бъде далеч от единица (около 0,7), тъй като формата на консумирания ток отново изобщо не е синусоидална. И когато много такъв план от потребители с различен капацитет е свързан към мрежата, това се превръща в сериозен проблем за партията, произвеждаща електроенергия.
Най -добрият начин за подобряване на коефициента на мощност и намаляване на хармониците на линейната честота е да се използват сравнително прости схеми за корекция на активния коефициент на мощност (PFC), базирани на импулсен усилвател преобразувател при превключване на захранвания. Тук към входната токоизправителна верига се добавя не само индуктор, но и полеви транзистор с драйвер и контролер, както и диод.
По време на корекция на активния фактор на мощността (активна PFC), полевият транзистор бързо превключва между двете състояния.
Първото състояние — когато ключът е затворен, дроселът получава захранване от токоизправителя, съхранява енергия в магнитното поле, докато диодът е отклонен в обратна посока, а натоварването се захранва само от филтърния кондензатор.
Второто състояние е, когато транзисторът е отворен, през тази част от цикъла диодът преминава в проводимо състояние, а дроселът сега предава енергия на товара и зарежда кондензатора.Такова превключване се случва с честота от няколко десетки килохерца при всяка полувълна на мрежовата синусоида.
Ключовата верига за управление регулира продължителността на времевите интервали — колко дълго дроселът е свързан към мрежата и колко време дава енергия на кондензатора, така че напрежението в кондензатора да се поддържа на постоянно ниво, като средния ток на дросела . Тази схема увеличава коефициента на мощност на захранването до 0,98.
Компетентното управление на ключовете е необходимо, така че текущото потребление да е във фаза с променливото напрежение на мрежата. За тази цел контролерът генерира ШИМ сигнал за управление на портата на полевия транзистор, така че в пика на синусоидата дроселът да получава енергия за по-кратко време, отколкото при напрежение близо до нула (по-дълго).
PFC контролерът има контур за обратна връзка на изходното напрежение (който се сравнява с еталон и се поддържа постоянен чрез ШИМ), както и сензор за входното напрежение и ток на индуктора за точно наблюдение на средния ток на индуктора в реално време, за да се гарантира, че натоварването има максималния коефициент на мощност.