Rifasamento PFC
Il fattore di potenza e il fattore armonico della frequenza di rete sono indicatori importanti della qualità dell'energia, soprattutto per le apparecchiature elettroniche alimentate da questa potenza.
È auspicabile per il fornitore AC che Fattore di potenza dei consumatori era vicino all'unità e per i dispositivi elettronici è importante che le distorsioni armoniche siano le più basse possibili. In tali condizioni, i componenti elettronici dei dispositivi vivranno più a lungo e il carico funzionerà in modo più confortevole.
In effetti, c'è un problema, ovvero che la fonte di energia lineare convenzionale non è in grado di fornire alle apparecchiature elettroniche elettricità di qualità adeguata e anche di alta efficienza. Di conseguenza, dobbiamo accettare il fatto che l'efficienza dell'alimentatore dell'80% con un fattore di potenza tendente a 0,7 sia considerata la norma.
E la ragione di questo problema sta nel fatto che all'ingresso alimentatore switching convenzionale c'è un ponte a diodi con un condensatore di filtro e, indipendentemente dal fatto che il consumatore di corrente rettificato sia anche un carico lineare, la corrente fornita dalla rete al ponte a diodi avrà ancora burst, picchi isolati pronunciati, tra i quali ci sono lacune con zero consumo di corrente dalla rete.
Ciò accade perché il condensatore del filtro si carica e si scarica in modo non uniforme, determinando una riduzione del fattore di potenza - in realtà, l'energia dalla rete viene consumata in brevi impulsi - un impulso di corrente per ogni metà del periodo dell'onda sinusoidale della rete.
In un circuito alimentato da un tale condensatore di filtro, questo fenomeno genera un'elevata distorsione armonica. E il fattore di potenza di un carico alimentato da un raddrizzatore così semplice con un condensatore, di regola, non supererà 0,3.
Esiste un semplice modo "passivo" per attenuare leggermente i forti picchi di corrente, aumentare leggermente il fattore di potenza e diminuire leggermente in questo modo fisarmoniche… Il metodo consiste nell'aggiungere un induttore tra il ponte a diodi e il condensatore del filtro. Questo arrotonderà leggermente i picchi a una forma sinusoidale.
In questo caso, tuttavia, il fattore di potenza sarà ancora lontano dall'unità (circa 0,7), poiché la forma della corrente consumata non è affatto sinusoidale. E quando molti di questi piani di utenti con capacità diverse sono collegati alla rete, diventa un problema serio per la parte produttrice di energia.
Il modo migliore per migliorare il fattore di potenza e ridurre le armoniche della frequenza di linea consiste nell'utilizzare schemi di correzione attiva del fattore di potenza (PFC) relativamente semplici basati su convertitori a impulsi negli alimentatori a commutazione.Qui, non solo un induttore viene aggiunto al circuito del raddrizzatore di ingresso, ma anche un transistor ad effetto di campo con driver e controller, nonché un diodo.
Durante la correzione attiva del fattore di potenza (PFC attivo), il FET commuta rapidamente tra i due stati.
Il primo stato: quando l'interruttore è chiuso, l'induttanza riceve energia dal raddrizzatore, immagazzina energia nel campo magnetico, mentre il diodo è polarizzato inversamente e il carico è alimentato solo dal condensatore del filtro.
Il secondo stato è quando il transistor è aperto, durante questa parte del ciclo il diodo entra nello stato di conduzione e l'induttanza ora trasferisce energia al carico e carica il condensatore.Tale commutazione avviene con una frequenza di diverse decine di kilohertz per ogni semionda della sinusoide di rete.
Il circuito di controllo chiave regola la durata degli intervalli di tempo: per quanto tempo l'induttanza è collegata alla rete e per quanto tempo eccita il condensatore in modo che la tensione attraverso il condensatore sia mantenuta a un livello costante, come la corrente media dell'induttanza. Questo circuito aumenta il fattore di potenza dell'alimentatore a 0,98.
È necessaria una gestione competente della commutazione affinché il consumo di corrente sia in fase con la tensione alternata della rete. A tale scopo, il controller genera un segnale PWM per controllare il gate del FET, in modo che al picco dell'onda sinusoidale l'induttanza riceva energia per un tempo più breve rispetto a una tensione prossima allo zero (più lunga).
Il controller PFC ha un circuito di feedback della tensione di uscita (che viene confrontato con un riferimento e mantenuto costante tramite PWM), nonché un sensore della tensione di ingresso e della corrente dell'induttore per monitorare accuratamente la corrente media dell'induttore in tempo reale per garantire che il carico abbia il massimo fattore di potenza.