PFC korekcia účinníka

Účinník a harmonický faktor sieťovej frekvencie sú dôležitými ukazovateľmi kvality elektrickej energie, najmä pre elektronické zariadenia, ktoré sú napájané touto energiou.

Pre dodávateľa AC je žiaduce, aby Účiník spotrebiteľov sa blížila k jednote a pre elektronické zariadenia je dôležité, aby harmonické skreslenie bolo čo najnižšie. Za takýchto podmienok budú elektronické komponenty zariadení žiť dlhšie a záťaž bude fungovať pohodlnejšie.

V skutočnosti existuje problém, ktorý spočíva v tom, že konvenčný lineárny zdroj energie nie je schopný poskytnúť elektronickému zariadeniu elektrinu vhodnej kvality a dokonca vysokej účinnosti. V dôsledku toho musíme akceptovať skutočnosť, že účinnosť napájacej jednotky 80% s účinníkom 0,7 sa považuje za normu.

A dôvod tohto problému spočíva v tom, že pri vchode konvenčný spínaný zdroj existuje diódový mostík s filtračným kondenzátorom a bez ohľadu na to, či je rektifikovaný prúdový spotrebič dokonca lineárnou záťažou, prúd dodávaný zo siete do diódového mostíka bude mať stále výboje, výrazné izolované vrcholy, medzi ktorými sú medzery s nulou odber prúdu zo siete.

Stáva sa to preto, že filtračný kondenzátor sa nabíja a vybíja nerovnomerne, čo vedie k zníženiu účinníka – v skutočnosti sa energia zo siete spotrebúva v krátkych impulzoch – jeden prúdový impulz na každú polovicu periódy sínusovej vlny siete.

V obvode napájanom takýmto filtračným kondenzátorom tento jav generuje vysoké harmonické skreslenie. A účinník záťaže napájanej takým jednoduchým usmerňovačom s kondenzátorom spravidla neprekročí 0,3.

Existuje jednoduchý "pasívny" spôsob, ako mierne vyhladiť ostré prúdové špičky, mierne zvýšiť účinník a mierne znížiť týmto spôsobom akordeóny… Metóda pozostáva z pridania induktora medzi diódový mostík a filtračný kondenzátor. Tým sa vrcholy mierne zaoblia do sínusového tvaru.

V tomto prípade však bude účinník stále ďaleko od jednoty (asi 0,7), pretože tvar spotrebovaného prúdu opäť nie je vôbec sínusový. A keď je do siete pripojených veľa takýchto plánov užívateľov s rôznymi kapacitami, stáva sa to vážnym problémom pre výrobcu elektriny.

Najlepší spôsob, ako zlepšiť účinník a znížiť harmonické frekvencie linky, je použiť relatívne jednoduché schémy aktívnej korekcie účinníka (PFC) založené na impulzných konvertoroch v spínaných zdrojoch napájania.Tu sa do obvodu vstupného usmerňovača pridáva nielen tlmivka, ale aj tranzistor s efektom poľa s budičom a regulátorom, ako aj dióda.

Počas aktívnej korekcie účinníka (aktívny PFC) FET rýchlo prepína medzi týmito dvoma stavmi.

Prvý stav - keď je spínač zatvorený, tlmivka prijíma energiu z usmerňovača, ukladá energiu v magnetickom poli, zatiaľ čo dióda je spätne predpätá a záťaž je napájaná iba filtračným kondenzátorom.

Druhý stav je, keď je tranzistor otvorený, v tejto časti cyklu dióda prejde do vodivého stavu a tlmivka teraz prenáša energiu do záťaže a nabíja kondenzátor.Takéto spínanie nastáva s frekvenciou niekoľkých desiatok kilohertzov napr. každá polvlna sieťovej sínusoidy.

Kľúčový riadiaci obvod upravuje trvanie časových intervalov – ako dlho je tlmivka pripojená k sieti a ako dlho napája kondenzátor, aby sa napätie na kondenzátore udržiavalo na konštantnej úrovni, ako je priemerný prúd tlmivky. Tento obvod zvyšuje účinník napájania na 0,98.

Aby bol odber prúdu vo fáze so striedavým napätím siete, je potrebný kompetentný manažment spínania. Na tento účel regulátor generuje PWM signál na ovládanie brány FET, takže na vrchole sínusovej vlny dostáva tlmivka energiu kratší čas ako pri napätí blízkom nule (dlhšie).

Regulátor PFC má spätnoväzbovú slučku výstupného napätia (ktorá sa porovnáva s referenčnou a udržiava sa konštantná cez PWM), ako aj snímač vstupného napätia a prúdu induktora na presné monitorovanie priemerného prúdu induktora v reálnom čase, aby sa zabezpečilo, že záťaž má maximálny účinník.