PFC korekce účiníku

Účiník a harmonický činitel síťové frekvence jsou důležitými ukazateli kvality elektrické energie, zejména u elektronických zařízení, která jsou touto energií napájena.

Pro dodavatele AC je žádoucí, aby Faktor síly spotřebitelů se blížila k jednotě a pro elektronická zařízení je důležité, aby harmonické zkreslení bylo co nejnižší. Za takových podmínek budou elektronické součásti zařízení žít déle a zátěž bude fungovat pohodlněji.

Ve skutečnosti existuje problém, který spočívá v tom, že konvenční lineární zdroj energie není schopen poskytnout elektronickému zařízení elektřinu vhodné kvality a dokonce vysoké účinnosti. V důsledku toho musíme přijmout fakt, že účinnost napájecího zdroje 80 % s účiníkem blížícím se 0,7 je považována za normu.

A důvod tohoto problému spočívá ve skutečnosti, že u vchodu konvenční spínaný zdroj existuje diodový můstek s filtračním kondenzátorem a bez ohledu na to, zda je spotřebič usměrněného proudu dokonce lineární zátěž, proud dodávaný ze sítě do diodového můstku bude mít stále výboje, výrazné izolované špičky, mezi nimiž jsou mezery s nulou aktuální odběr ze sítě.

To se děje proto, že filtrační kondenzátor se nabíjí a vybíjí nerovnoměrně, což má za následek snížení účiníku – ve skutečnosti je energie ze sítě spotřebována v krátkých pulzech – jeden proudový pulz na každou polovinu periody sinusové vlny sítě.

V obvodu napájeném takovým filtračním kondenzátorem tento jev generuje vysoké harmonické zkreslení. A účiník zátěže napájené takovým jednoduchým usměrňovačem s kondenzátorem zpravidla nepřesáhne 0,3.

Existuje jednoduchý "pasivní" způsob, jak mírně vyhladit ostré proudové špičky, mírně zvýšit účiník a mírně snížit tímto způsobem akordeony… Metoda spočívá v přidání induktoru mezi diodový můstek a filtrační kondenzátor. Tím se vrcholy mírně zaoblí do sinusového tvaru.

V tomto případě však bude účiník ještě zdaleka jednotný (asi 0,7), protože tvar odebíraného proudu opět není vůbec sinusový. A když je k síti připojeno mnoho takovýchto plánů uživatelů s různými kapacitami, stává se to pro výrobce elektřiny vážným problémem.

Nejlepším způsobem, jak zlepšit účiník a snížit harmonické frekvence linky, je použití relativně jednoduchých schémat aktivní korekce účiníku (PFC) založených na měničích se zesílením impulsů ve spínaných zdrojích.Zde je do obvodu vstupního usměrňovače přidán nejen induktor, ale také tranzistor s efektem pole s budičem a regulátorem a také dioda.

Během aktivní korekce účiníku (aktivní PFC) FET rychle přepíná mezi těmito dvěma stavy.

První stav — když je spínač sepnutý, tlumivka přijímá energii z usměrňovače, ukládá energii do magnetického pole, zatímco dioda je zpětně předpětí a zátěž je napájena pouze filtračním kondenzátorem.

Druhý stav je, když je tranzistor otevřený, v této části cyklu přechází dioda do vodivého stavu a tlumivka nyní předává energii zátěži a nabíjí kondenzátor.K takovému spínání dochází s frekvencí několika desítek kilohertzů každá půlvlna sinusovky sítě.

Ovládací obvod klíče upravuje dobu trvání časových intervalů – jak dlouho je tlumivka připojena k síti a jak dlouho napájí kondenzátor, aby se napětí na kondenzátoru udrželo na konstantní úrovni, jako je průměrný proud tlumivky. Tento obvod zvyšuje účiník zdroje na 0,98.

Aby byl odběr proudu ve fázi se střídavým napětím sítě, je nutný kompetentní management spínání. Za tímto účelem regulátor generuje PWM signál pro ovládání hradla FET, takže ve špičce sinusovky dostává tlumivka energii po kratší dobu než při napětí blízkém nule (delšímu).

Regulátor PFC má zpětnovazební smyčku výstupního napětí (která se porovnává s referenční a udržuje konstantní přes PWM), stejně jako snímač vstupního napětí a induktorového proudu pro přesné monitorování průměrného induktorového proudu v reálném čase, aby bylo zajištěno, že zátěž má maximální účiník.