PFC-effektfaktorkorrigering

Effektfaktorn och övertonsfaktorn för nätfrekvensen är viktiga indikatorer på strömkvaliteten, särskilt för den elektroniska utrustningen som drivs av denna ström.

Det är önskvärt för AC-leverantören att Effektfaktor av konsumenter var nära enhet, och för elektroniska enheter är det viktigt att harmoniska förvrängningar är så låga som möjligt. Under sådana förhållanden kommer de elektroniska komponenterna i enheterna att leva längre, och belastningen kommer att fungera mer bekvämt.

I själva verket finns det ett problem, vilket är att den konventionella linjära kraftkällan inte kan förse den elektroniska utrustningen med elektricitet av lämplig kvalitet och till och med hög effektivitet. Som ett resultat måste vi acceptera det faktum att strömförsörjningsenhetens effektivitet på 80% med en effektfaktor som tenderar till 0,7 anses vara normen.

Och anledningen till detta problem ligger i det faktum att vid ingången konventionell strömförsörjning det finns en diodbrygga med en filterkondensator, och oavsett om den likriktade strömförbrukaren ens är en linjär belastning, kommer strömmen som tillförs från nätverket till diodbryggan fortfarande att ha skurar, uttalade isolerade toppar, mellan vilka det finns luckor med noll strömförbrukning från nätet.

Detta beror på att filterkondensatorn laddas och laddas ur ojämnt, vilket resulterar i en minskning av effektfaktorn – i själva verket förbrukas ström från nätet i korta pulser – en strömpuls för varje halva av nätets sinusvågsperiod.

I en krets som matas av en sådan filterkondensator genererar detta fenomen hög harmonisk distorsion. Och effektfaktorn för en last som matas av en så enkel likriktare med en kondensator kommer som regel inte att överstiga 0,3.

Det finns ett enkelt "passivt" sätt att släta ut de skarpa strömtopparna något, öka effektfaktorn något och minska något på detta sätt dragspel… Metoden består av att lägga till en induktor mellan diodbryggan och filterkondensatorn. Detta kommer att runda topparna något till en sinusform.

I detta fall kommer dock effektfaktorn fortfarande att vara långt ifrån enhet (cirka 0,7), eftersom formen på den förbrukade strömmen återigen inte är sinusformad alls. Och när många sådana planer för användare med olika kapacitet är anslutna till nätet, blir det ett allvarligt problem för den kraftgenererande parten.

Det bästa sättet att förbättra effektfaktorn och minska linjefrekvensövertonerna är att använda relativt enkla system för aktiv effektfaktorkorrigering (PFC) baserade på pulsförstärkningsomvandlare vid omkoppling av strömförsörjning.Här läggs inte bara en induktor till ingångslikriktarkretsen, utan också en fälteffekttransistor med drivenhet och styrenhet samt en diod.

Under aktiv effektfaktorkorrigering (aktiv PFC) växlar FET snabbt mellan de två tillstånden.

Det första tillståndet - när omkopplaren är stängd, får choken ström från likriktaren, lagrar energi i magnetfältet, medan dioden är omvänd förspänd och belastningen drivs endast av filterkondensatorn.

Det andra tillståndet är när transistorn är öppen, under denna del av cykeln går dioden in i ledande tillstånd, och choken överför nu energi till belastningen och laddar kondensatorn.Sådan omkoppling sker med en frekvens på flera tiotals kilohertz för varje halvvåg av nätsinusvågen.

Nyckelstyrkretsen justerar varaktigheten av tidsintervallen - hur länge choken är ansluten till nätet och hur länge den aktiverar kondensatorn så att spänningen över kondensatorn hålls på en konstant nivå, såsom den genomsnittliga chokeströmmen. Denna krets ökar effektfaktorn för försörjningen till 0,98.

Kompetent kopplingsstyrning är nödvändig så att strömförbrukningen är i fas med nätets växelspänning. För detta ändamål genererar styrenheten en PWM-signal för att styra grinden på FET, så att vid sinusvågens topp får choken energi under en kortare tid än vid en spänning nära noll (längre).

PFC-regulatorn har en återkopplingsslinga för utspänning (som jämförs med en referens och hålls konstant via PWM), samt en ingångsspänning och induktorströmsensor för att noggrant övervaka den genomsnittliga induktorströmmen i realtid för att säkerställa att belastningen har maximal effektfaktor.