Jak działa aktywna korekcja współczynnika mocy w zasilaczach komputerowych?

Nie szukam bardzo szczegółowych wyjaśnień (choć byłoby to mile widziane). Bardziej chcę intuicyjnie zrozumieć, jak to działa.

Zasadniczo w zasilaczu komputera mam wejście, następnie filtry, następnie obwód PFC, następnie przełącznik, a następnie transformator, a następnie wyprostowany, a na końcu mam filtrowanie wyjściowe i odbiornik. Z tego, co przeczytałem, ten sam obwód PWM, który steruje przełącznikiem i reguluje napięcie na wyjściu, kontroluje również aktywną korekcję współczynnika mocy.

Nie rozumiem, w jaki sposób współczynnik mocy jest rzeczywiście korygowany.

Oto zdjęcie:

Jak działają tutaj dwa tranzystory i w jaki sposób kontroler PFC stwierdziłby, że współczynnik mocy jest zły?

Wiem, że współczynnik mocy jest zwykle korygowany za pomocą cewek i kondensatorów i widzę oba tutaj, ale nie rozumiem, co faktycznie dzieje się, gdy jeden z tranzystorów zaczyna przewodzić, dlaczego potrzebne są dwa tranzystory i jak to wpływa na współczynnik mocy.

Współczynnik mocy jest zarządzany („skorygowany” jest naprawdę niewłaściwym pojęciem, chociaż jest powszechny), dzięki czemu prąd podąża za napięciem. Na twoim schemacie napięcie magistrali będzie nieco wyższe niż wartości szczytowe dla przebiegu prądu przemiennego. Cewka indukcyjna, tranzystory polowe, dioda i kondensator tworzą przetwornik podwyższający napięcie. Konwerter pobiera rektyfikowane napięcie wejściowe AC i wytwarza napięcie magistrali.

Gdyby układ sterujący regulował tylko napięcie wyjściowe, nie wystąpiłoby PFC. Zamiast tego reguluje średni prąd na diodzie, aby był proporcjonalny do chwilowego prostowanego napięcia wejściowego prądu przemiennego. Pamiętaj, że idealne obciążenie z punktu widzenia współczynnika mocy ma prąd w fazie z napięciem. Innym sposobem patrzenia na to jest to, że obciążenie linii prądu przemiennego musi wyglądać opornie. Podobnie jak prawdziwy rezystor, chcesz utrzymać prąd proporcjonalny do napięcia.

Oczywiście koliduje to z regulacją napięcia magistrali. Jest to obsługiwane przez szybką reakcję na napięcie wejściowe prądu przemiennego, ale znacznie wolniejszą odpowiedź na regulację napięcia magistrali. Innymi słowy, linia prądu przemiennego nadal widzi rezystancję, ale wartość rezystancji jest powoli zmieniana w razie potrzeby, aby utrzymać napięcie magistrali na poziomie zbliżonym do wartości docelowej.

Możesz sprawdzić mój zapis Digital PFC Control, aby uzyskać więcej informacji na temat PFC i sposób, w jaki wymyśliłem, aby utrzymać prąd proporcjonalny do napięcia bez konieczności mierzenia prądu. Mam na to patent, który obejmuje także wykorzystanie obliczeń cyfrowych do dokładniejszej kontroli napięcia magistrali. Mając niewielką moc obliczeniową, możesz wiedzieć, co powoduje tętnienie szyny z powodu podążania za napięciem prądu przemiennego, a następnie użyj tego, aby określić, co zmieniło się ze względu na zmienne zapotrzebowanie na obciążenie. Umożliwia to dostosowanie zmian obciążenia szybciej niż konwencjonalne podejście, ale bez pokonania funkcji PFC.

Uproszczony:

• kontroler PFC nie „wie”, jeśli współczynnik mocy jest „zły”, gwarantuje to, że współczynnik mocy jest dobry
• posiadanie dwóch tranzystorów, jak pokazano, jest nieistotne z punktu widzenia działania przetwornika podwyższającego (oba będą jednocześnie włączone i wyłączone)
• pasywna korekcja współczynnika mocy z cewkami i kondensatorami zasadniczo różni się od aktywnej korekcji współczynnika mocy

Artykuł kanoniczny na temat aktywnej PFC autorstwa Philipa C. Todda zawiera bardzo szczegółowe wyjaśnienie działania PFC, i chociaż napisano go dla archaicznego kontrolera (UC3854), pomysły są nadal aktualne i stanowią podstawę wielu współczesnych aktywnych implementacji PFC.

Podstawowym celem aktywnego kontrolera PFC jest sprawienie, aby obciążenie pobierane z sieci wydawało się rezystancyjne. Oczywiście obciążenie odbiorcze w większości przypadków nie jest oporne (zwykle obciążenie o stałej mocy, takie jak przetwornica DC / DC). Sposób, w jaki kontroler PFC może osiągnąć korekcję współczynnika mocy, polega na wykrywaniu kształtu fali prądu przemiennego i modulowaniu cyklu pracy konwertera (zwykle wzmocnienia), aby działał jak rezystor - nie pobiera prądu na przejściach zerowych i pobiera prąd maksymalny na prąd przemienny szczyty

Pasywne PFC (cewki i kondensatory, które opisałeś) polega na umieszczeniu dużego filtra dolnoprzepustowego na sieci, aby przeciwdziałać nieoptymalnemu obciążeniu. Nie ma w tym żadnych „mądrych”.

Na podanej ilustracji brakuje sieci wykrywających, których używa typowy kontroler PFC:

• wykrywanie kształtu fali prądu przemiennego
• wykrywanie wyjściowego prądu stałego
• prąd MOSFET

Wykrywanie kształtu fali dostarcza sygnał do kontrolera PFC, zwykle w postaci prądu, który reprezentuje kształt fali prądu przemiennego za mostkiem prostowniczym. Kontroler PFC używa tego sygnału kształtu fali do sterowania cyklem pracy konwertera.

Wykrywanie wyjściowego prądu stałego jest wolną pętlą napięcia (zwykle mniejszą niż 20 Hz), która utrzymuje regulację wyjściową przetwornicy podwyższającej. Musi mieć mniejszą szerokość pasma niż wejście fali prądu przemiennego, inaczej PFC nie będzie działać.

Czujnik prądu MOSFET jest szybką pętlą prądową, wykorzystywaną do sterowania w trybie prądowym.

„Współczynnik mocy” odnosi się do dwóch oddzielnych problemów:

• kąt fazowy między prądem a napięciem (większa różnica faz = mniejsza dostarczona moc w porównaniu do I * V)

• zniekształcenie prądu spowodowane przez obciążenia nieliniowe: współczynnik szczytu = prąd szczytowy / prąd skuteczny może być znacznie większy niż sqrt (2) dla fal sinusoidalnych, prowadząc do harmonicznych, które powodują większe rozproszenie w systemie przesyłowym narzędzia.

Obwód PFC w zasilaczu dotyczy przede wszystkim drugiego z nich. Gdybyście pozbyli się cewki indukcyjnej i tranzystorów MOSFET na tym schemacie, otrzymalibyście bardzo wysokie obciążenie współczynnikiem szczytu: dioda wciąga duże kondensatory do kondensatora.

Obwód PFC próbuje przed tym chronić ekran, przekształcając prąd przez cewkę w rektyfikowaną falę sinusoidalną (w fazie z napięciem), dzięki czemu prąd w sieci elektrycznej wygląda jak fala sinusoidalna.

Dlaczego potrzebne są dwa tranzystory? Nie są, to szczegół implementacji (być może bardziej opłacalne jest użycie dwóch mniejszych MOSFETów we wspólnym pakiecie niż użycie jednego większego MOSFETA w rzadkim pakiecie).

Obwód sterowania włącza MOSFET, który zwiększa prąd przez cewkę. Wyłączenie MOSFETA pozwoli prądowi wpłynąć do obciążenia, co ogólnie zmniejsza prąd. Obwód sterowania decyduje o włączeniu / wyłączeniu, aby kontrolować prąd przepływający przez cewkę - jako rektyfikowaną falę sinusoidalną, jak powiedziałem wcześniej.

To również reguluje napięcie na wyjściu.

Aby to zrobić, wymaga nieco większej złożoności niż, powiedzmy, zwykłego przetwornika DC / DC, a także większej pojemności magazynowania energii zarówno w cewce, jak i kondensatorze.