Як працює активна корекція коефіцієнта потужності в блоках живлення комп’ютера?

Я не шукаю дуже детальних пояснень (хоча це було б вітатися). Я більше прагну інтуїтивно зрозуміти, як це працює.

В основному в комп'ютерному блоці живлення я маю вхід, а потім фільтри, за ланцюгом PFC, потім перемикач, трансформатор з виправленням, і в кінцевому підсумку у мене є фільтрація на виході та споживач. З того, що я читав ту саму схему ШІМ, яка керує вимикачем і регулює напругу на виході, також регулює корекцію активного коефіцієнта потужності.

Те, що я не отримую, - це те, як фактично коригується коефіцієнт потужності.

Ось малюнок:

Як працюють ці два транзистори тут і як би контролер ПФУ визначив, що коефіцієнт потужності поганий?

Я знаю, що коефіцієнт потужності зазвичай коригується котушками і конденсаторами, і я бачу і те, і інше, але я не розумію, що насправді відбувається, коли один з транзисторів починає проводити, чому потрібні два транзистори і як це впливає на коефіцієнт потужності.

Коефіцієнт потужності керується («виправлений» - це дійсно неправильний термін, хоча його загальний), змушуючи струм слідувати за напругою. У вашій схемі напруга в шині буде трохи вище, ніж піки для сигналу змінного струму. Індуктор, FET, діод і конденсатор утворюють перетворювач посилення. Цей перетворювач приймає випрямлену вхідну напругу змінного струму і робить напругу шини.

Якби система управління регулювала лише вихідну напругу, PFC не відбулося б. Натомість це регулює середній струм через діод, пропорційний миттєвому випрямленому змінній вхідній напрузі. Пам'ятайте, що ідеальне навантаження з точки зору коефіцієнта потужності має струм у фазі з напругою. Ще один спосіб дивитися на це - навантаження на лінію змінного струму має виглядати резистивно. Як і справжній резистор, ви хочете зберегти струм пропорційним напрузі.

Звичайно, це суперечить регулюванню напруги в шині. Це вирішується за рахунок швидкої реакції на вхідну напругу змінного струму, але набагато повільнішої реакції на регулювання напруги шини. Іншими словами, лінія змінного струму все ще бачить опір, але значення опору повільно змінюється у міру необхідності, щоб підтримувати напругу шини поблизу свого цільового значення.

Ви можете перевірити моє записування Digital PFC Control для отримання додаткової інформації про PFC, і спосіб, який я придумав, щоб тримати струм пропорційним напрузі без необхідності вимірювати струм. У мене є патент на це, який також включає використання цифрових обчислень для більш точного управління напругою в шині. Маючи невелику обчислювальну потужність, ви можете дізнатися, яка пульсація викликається на шині через слідкуючи за напругою ліній змінного струму, а потім скористайтеся нею, щоб визначити, що змінилося через різний попит навантаження. Це дозволяє налаштувати завантаження змін швидше, ніж звичайний підхід, але без перешкоджання функції PFC.

Спрощено:

• контролер PFC не "знає", якщо коефіцієнт потужності "поганий", він гарантує, що коефіцієнт потужності хороший
• наявність двох транзисторів, як показано на малюнку, не має значення щодо експлуатації підсилювального перетворювача (обидва будуть одночасно увімкнено і вимкнено)
• пасивна корекція коефіцієнта потужності за допомогою котушок та конденсаторів принципово відрізняється від корекції активного коефіцієнта потужності

Канонічний документ про активний PFC від Філіпа С. Тодда дає дуже детальне пояснення того, як PFC працює, і хоча він написаний для архаїчного контролера (UC3854), ідеї все ще є актуальними і є основою для багатьох сучасних активних реалізацій PFC.

Основне призначення активного контролера ПФУ - зробити навантаження, відведене від електромережі, резистивним. Очевидно, що навантаження нижче за течією в більшості випадків є нерезистентною (зазвичай це навантаження постійної потужності, як перетворювач постійного та постійного струму). Те, як регулятор ПФК може досягти корекції коефіцієнта потужності, полягає в зондуванні хвильової форми змінного струму та модуляції робочого циклу перетворювача (як правило, прискорення), щоб діяти як резистор - не проводити струм на нульових перетинах та виводити максимальний струм на змінного струму піки.

Пасивний PFC (описані вами котушки та конденсатори) передбачає встановлення великого низькочастотного фільтра на електромережу для протидії неідеальному навантаженню. Ніяких "розумних" не задіяно.

Наведена вами ілюстрація відсутня зондуючих мереж, якими користується типовий контролер PFC:

• вхідне змінне хвилеподібне зондування
• на виході постійного зондування
• струм MOSFET

Зондування хвилеподібної форми подає сигнал до контролера ПФУ, як правило, у формі струму, що представляє хвилеподібну форму змінного струму після мостового випрямляча. Контролер PFC використовує цей вхід хвильової форми для управління робочим циклом перетворювача.

Зондування вихідного постійного струму - це повільний цикл напруги (як правило, менше 20 ГГц), який підтримує регулювання виходу перетворювача посилення. Він повинен мати меншу пропускну здатність, ніж вхід змінного струму змінного струму, інакше PFC не працюватиме.

Зондування струму MOSFET - це цикл швидкого струму, який використовується для управління в режимі поточного режиму.

"Коефіцієнт потужності" відноситься до двох окремих проблем:

• фазовий кут між струмом і напругою (більше різниця фаз = менша подача потужності порівняно з I * V)

• спотворення струму, спричинене нелінійними навантаженнями: коефіцієнт гребеня = піковий струм / струм в / ч може бути набагато більшим, ніж sqrt (2) для синусоїд, що призводить до гармонік, що спричиняють більше розсіювання в системі передачі утиліти.

Схема PFC в блоці живлення в першу чергу стосується другого з них. Якщо ви позбудетесь від індуктора + MOSFET в цій діаграмі, у вас виникне дуже високе навантаження на коефіцієнт гребеня: діод втягує великі "задирки" струму в конденсатор.

Схема PFC намагається захистити від цього утиліту, перетворюючи струм через індуктор у випрямлену синусоїду (у фазі з напругою), роблячи струм в електромережі схожим на синусоїду.

Для чого потрібні два транзистори? Вони не такі, це детальна інформація про реалізацію (можливо, вигідніше використовувати два менші MOSFET в загальному пакеті, ніж використовувати один більший MOSFET у звичайному пакеті).

Схема керування включається MOSFET, що збільшує струм через індуктор. Вимкнення MOSFET дозволить струму текти в навантаження, що, як правило, зменшує струм. Схема управління вирішує включити / вимкнути для управління струмом через індуктор - як випрямлену синусоїду, як я вже говорив раніше.

Він також регулює напругу на виході.

Для цього потрібно трохи більше складності, ніж, скажімо, звичайний перетворювач постійного та постійного струму, а також більша ємність накопичення енергії як в індукторі, так і в конденсаторі.