PFC
În ultimele decenii, numărul de electronice utilizate la domiciliu, în birouri și în industria prelucrătoare a crescut dramatic, iar cele mai multe dispozitive sunt utilizate surse de alimentare de comutare. Aceste surse generează distorsiuni armonice și neliniare, care afectează în mod negativ cablurile electrice și aparatele conectate la acesta. Acest efect nu este doar exprimat în tot felul de zgomot. care afectează funcționarea dispozitivelor sensibile, dar, de asemenea, în supraîncălzirea liniei neutre. Atunci când curge în curenții de sarcină cu componente armonice semnificative, nu coincid în fază cu tensiunea, curentul în conductorul neutru (care, în încărcare simetrică, practic egală cu zero), poate crește până la o valoare critică.
O modalitate eficientă de a aborda această problemă - utilizarea unui factor de putere de corectoare PFC (factor de corecție a puterii). În practică, acest lucru înseamnă că, în circuitul de intrare de aproape orice dispozitiv electronic cu convertori în impulsuri trebuie să includă specifice PFC circuit, oferind o reducere sau suprimarea completă a curenților armonici.
Corecția factorului de putere
O sursă de alimentare de comutare tipic cuprinde un redresor de rețea, condensator de netezire, și un convertor de tensiune. O astfel de sursă de energie consumă numai în acele momente în care tensiunea furnizată de pe redresor netezirea un condensator de peste de tensiune peste ea (un condensator), care are loc în decurs de aproximativ o perioadă de trimestru. Restul sursei nu consumă energie de la rețea, deoarece sarcina este alimentat de un condensator. Acest lucru conduce la ceea ce este prezentat în sarcina de alimentare numai la vârf de tensiune, consum de curent este scurt în formă de impuls și cuprinde un set de componente armonice (vezi. Fig. 1).
Sursa de alimentare secundară cu corectarea factorului de putere, consumă distorsiune armonică scăzută, selectează uniform de putere din rețea, are raportul de amplitudine (raportul dintre valoarea amplitudinii curentului la valoarea RMS) este mai mică decât sursa necorectat. corectarea factorului de putere reduce consumul de curent rms care permite conectarea la un terminal de la rețea pe diferite dispozitive, fără a crea în acesta supracurent (vezi. fig. 2).
Factor de putere (PF Factor de putere) - parametrul care caracterizează distorsiunile cauzate de sarcina (în cazul nostru - o sursă de alimentare) la rețeaua de curent alternativ. Există două tipuri de distorsiuni armonice - și neliniare. distorsiune armonică cauzată de natura reactivă a sarcinii și reprezintă defazajul dintre curent și tensiune. distorsiuni neliniare sunt introduse în rețea, sarcinile „non-lineare“. Aceste distorsiuni sunt exprimate în deformarea undă a curentului sau a tensiunii de o undă sinusoidală. În cazul factorului de putere distorsiune armonică este considerată cosinusul diferenței de fază dintre curent și tensiune sau raportul de putere activă la puterea totală consumată din rețea. Pentru factorul de putere distorsiune neliniare este proporția de putere a primei componente armonice a consumului de curent putere totală a dispozitivului. Acesta poate fi considerat o măsură a modului în care dispozitivul consumă în mod uniform de alimentare de la rețeaua de alimentare.
În general, factorul de putere - un produs al cosinusul unghiului diferenței de fază între tensiune și curent și cosinusul unghiului dintre vector și vectorul armonicii fundamentale a curentului total de. Astfel de argumente un rezultat de determinare prezentate mai jos. Curent activ care curge în sarcină rezistivă este dată de:
Am 2 în cazul în care Neff - componenta constantă (în cazul unei tensiuni sinusoidale este zero), I 2 1eff - armonica fundamentală, iar sub semnul însumării - inferior armonici. Atunci când parcurge o sarcină reactivă în această expresie apare componentă reactivă, și ia forma:
I rms 2 = I 0 + 2 (I 2 1eff (P) + I 2 1eff (Q)) + SI 2 Neff. putere activă - este valoarea medie pentru perioada de putere alocată sarcina activă.
Acesta poate fi reprezentat ca produs al tensiunii curentului pe componenta activă curent Vrms P = CH I1eff (P). Fizic, este energia eliberată sub formă de căldură pe unitatea de timp pe rezistență activă. Sub puterea produsului curent reactivă înțeleg tensiune la curent reactiv component: Q = Vrms I1eff CH (Q). Sensul fizic - este energia care este transferată de două ori în timpul perioadei de la generator la sarcină și de două ori - sarcina generatorului. Puterea totală este produsul de stres eficace care acționează asupra curentul total: S = U eff H Ieff (total). Pe plan complex poate fi reprezentat ca suma vectorilor P și Q, care arată dependența I = 2 I1eff (total) cos j, unde j - unghiul dintre vectorii P și Q, care caracterizează, de asemenea, diferența de fază dintre curent și tensiune în circuit.
Pe baza celor de mai sus, pentru a scoate un factor de putere:
Trebuie remarcat faptul că raportul (I1eff) / (Ieff (total)) este cosinusul unghiului dintre vectorii corespunzători valorii efective a curentului total și valoarea curentă a primului său armonic. Dacă notăm unghiul q, expresia factorului de putere devine: PF = cos j x cos q. putere sarcina de corecție factor este de a aduce la zero diferența de unghi de fază j între tensiune și curent, precum și unghiul q consumat distorsiuni armonice de curent (sau cu alte cuvinte, pentru a aproxima undă a curentului la o curbă sinusoidală și o deplasare maximă de offset fază).
Factorul de putere este exprimată ca fracție zecimală, valoarea care se situează în intervalul de la 0 la 1. Valoarea sa ideală - o unitate (pentru comparație, o sursă de energie tipic de comutare fără valoare de corecție are un factor de putere de aproximativ 0,65), 0,95 - valoare bună; 0.9 - satisfăcătoare; 0,8 - nesatisfăcătoare. Aplicarea aparatului de corecție a factorului de putere poate crește factorul de putere al 0.65-0.95. Este reală și valori în termen de 0,97 ... 0,99. În cazul ideal, atunci când factorul de putere este unitatea, dispozitivul de rețea consumă un curent sinusoidal cu o schimbare de fază zero, în raport cu tensiunea (care corespunde sarcinii active completă, cu o caracteristică liniară curent-tensiune).
Pasiv factorului de putere de corecție
Metoda de corecție pasivă adesea utilizate în dispozitive low-power low-cost (care nu au cerințe stricte pentru armonici de intensitate mai tineri). compensare pasiva poate realiza un factor de putere de aproximativ 0,9. Acest lucru este util atunci când sursa de alimentare a fost dezvoltat, putem crea doar filtrul adecvat și rotiți-l la intrarea în circuit.
Pasiv de corecție a factorului de putere este de a filtra consumul de curent prin utilizarea LC filtru trece-bandă. Această metodă are mai multe limitări. LC-filtru poate fi eficient ca corectorul factor de putere numai dacă tensiunea, frecvența și sarcina variază într-un interval îngust de valori. Deoarece filtrul trebuie să funcționeze la frecvență joasă (50/60 Hz), componentele sale au dimensiuni mari, in greutate si un factor de calitate scăzută (care nu este întotdeauna acceptabil). În primul rând. numărul de componente în abordarea pasivă este mult mai mică și, prin urmare, - MTBF mai mult, și în al doilea rând. generate în corecția pasivă și de contact mai puține interferențe electromagnetice decât atunci când activă.
Corecția factorului de putere activă
Activă a factorului de putere trebuie să îndeplinească trei corectorului condiții:
1) sub formă de curent trebuie să fie cât mai aproape posibil de sinusoidală și - „în faza“ cu tensiunea. Valoarea instantanee a curentului consumat de puterea ar trebui să fie proporțională cu tensiunea instantanee.
2) scos de la sursa de alimentare trebuie să fie menținută constantă chiar și în caz de schimbare a tensiunii. Acest lucru înseamnă că, la sistemul de tensiune mai mic curent de sarcină trebuie să fie crescută, și vice-versa.
3) Tensiunea la ieșirea PFC-corectorului nu ar trebui să depindă de sarcină. În cazul în care căderile de tensiune, sarcina trebuie să fie crescută de curent prin ea, și vice-versa.
Există mai multe scheme prin care să se pună în aplicare o corecție a factorului de putere activă. Cele mai populare în acest moment, „circuitul convertor pentru a crește» (convertor boost). Acest sistem îndeplinește toate cerințele de surse de alimentare moderne. În primul rând. permite să lucreze în rețele cu valori diferite ale tensiunii de alimentare (85-270), fără constrângeri și orice ajustări suplimentare. În al doilea rând. este mai puțin susceptibil la abateri parametrii rețelei electrice (vârfuri de tensiune sau de moment dezactivarea acestuia). Un alt avantaj al acestui sistem - mai mult decât o simplă punere în aplicare a protecției la supratensiune. sistem simplificat „transductor cu o creștere“ prezentată în fig. 3.
Standard Factorul de putere este AD corectorului / DC-convertor cu lățimea impulsului (PWM) modulare. Modulatorul opereaza cheie puternic (de obicei MOSFET), care transformă un curent continuu sau de rețea rectificată tensiune într-un tren de impulsuri, care după rectificare se obține la ieșirea tensiunii DC.
Temporare egalizor grafic operație prezentată în Fig. 4. Când MOSFET mod curent în crește inductor liniar - deci blocate dioda, și C2 condensator este evacuat la o sarcină. Apoi, atunci când tranzistorul este închis, tensiunea la bornele bobinei „deschide“ dioda și energia acumulată în inductor încarcă condensatorul C2 (și alimentarea simultană a sarcinii). În schema (față de sursă fără corecție) condensatorul C1 are o mică capacitate și este folosit pentru a filtra zgomotul de înaltă frecvență. 50. Frecvența de conversie este de 100 kHz. În cel mai simplu caz, circuitul funcționează cu un ciclu de funcționare constantă. Există modalități de creștere a eficienței de corecție modifică în mod dinamic ciclu de funcționare (potrivirea ciclu cu tensiunea de plic de pe redresor de putere).
Schema „traductor cu creșterea“ poate funcționa în trei moduri. în mod continuu. Discret și așa-numitele „modul de conducție critică.“ În modul discret în timpul fiecărei perioade de accelerație curent poate „cădea“ la zero, și de ceva timp mai târziu, din nou, începe să crească, și într-un continuu - curent, faptul că nu a ajunge la zero, începe să crească din nou. Conductivitatea Rezhimkriticheskoy este utilizat mai puțin frecvent decât primele două. Este mult mai complex pentru a pune în aplicare. Sensul său este faptul că MOSFET este deschis la un moment în care curentul prin inductor ajunge la zero. Atunci când funcționează în acest mod simplifică reglarea tensiunii de ieșire.
Modul de selecție depinde de puterea de ieșire necesară a sursei de alimentare. Modul continuu dispozitive de putere de 400 W este utilizat, și în low - logica. Corecția activă a factorului de putere poate atinge valori de 0,97. 0.99 când armonice distorsiune THD (Total distorsiune armonică) în termen de 0,04. 0.08.