Što je pfc tip u napajanju. Uređaj računalnih izvora napajanja i način njihovog ispitivanja

19.06.2019 Recenzije

PFC (Power Factor Correction) je preveden kao "Power Factor Correction", nalazi se i naziv "kompenzacija jalove snage". Što se tiče sklopnih izvora napajanja (trenutno se u jedinicama računalnog sustava koriste samo PSU-ovi ove vrste), ovaj izraz znači prisutnost u napajanju odgovarajućeg skupa elemenata sklopa, koji se također obično naziva "PFC". Ovi uređaji dizajnirani su za smanjenje jalove snage koju troši napajanje.

Zapravo, faktor ili faktor snage je omjer aktivne snage (snage koju izvor napajanja neopozivo troši) prema ukupnoj, t.j. na vektorski zbroj aktivne i jalove snage. Zapravo, faktor snage (ne smije se brkati s učinkovitošću!) je omjer korisne i primljene snage, a što je bliži jedinici, to bolje.
PFC dolazi u dvije varijante - pasivni i aktivni.
Prilikom rada sklopno napajanje bez dodatnog PFC-a troši struju iz mreže u kratkim impulsima, približno koji se podudaraju s vrhovima sinusoida mrežnog napona.

Najjednostavniji i stoga najčešći je takozvani pasivni PFC, koji je konvencionalna prigušnica relativno velikog induktiviteta, spojena na mrežu serijski s napajanjem.

Pasivni PFC donekle izglađuje trenutne impulse, rastežući ih u vremenu - međutim, da bi se ozbiljno utjecao na faktor snage, potrebna je prigušnica visoke induktivnosti, čije dimenzije ne dopuštaju da se instalira unutar napajanja računala. Tipični faktor snage PSU-a s pasivnim PFC-om je samo oko 0,75.

Aktivni PFC je još jedan prekidač napajanja, štoviše, povećanje napona.
Oblik struje koju troši napajanje s aktivnim PFC-om vrlo se malo razlikuje od potrošnje konvencionalnog otpornog opterećenja - rezultirajući faktor snage takvog napajanja bez PFC bloka može doseći 0,95 ... 0,98 pri punom radu opterećenje. Istina, kako se opterećenje smanjuje, faktor snage se smanjuje, minimalno pada na oko 0,7 ... 0,75 - to jest, na razinu blokova s pasivnim PFC-om. Međutim, treba napomenuti da je vršna potrošnja struje jedinica s aktivnim PFC-om još uvijek osjetno niža čak i pri maloj snazi nego kod svih ostalih jedinica.

Osim što aktivni PFC osigurava faktor snage blizu idealnog, za razliku od pasivnog, poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora bloka - blok postaje osjetno manje osjetljiv na smanjeni mrežni napon, također kada se koristi aktivni PFC blokovi s univerzalnim napajanjem 110 ... 230V prilično se lako razvijaju, koji ne zahtijevaju ručno prebacivanje mrežnog napona. (Takvi PSU-ovi imaju specifičnu značajku - njihov rad u kombinaciji s jeftinim UPS-ovima koji daju stepenasti signal kada rade na baterije može dovesti do kvarova računala, pa proizvođači preporučuju korištenje UPS-ova Smart klase u takvim slučajevima, koji uvijek daju sinusni signal.)

Također, korištenje aktivnog PFC-a poboljšava odziv napajanja tijekom kratkotrajnih (djelićima sekunde) padova napona mreže - u takvim trenucima jedinica radi zahvaljujući energiji visokonaponskih ispravljačkih kondenzatora, učinkovitosti što je više nego udvostručeno. Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je niža razina visokofrekventnog šuma na izlaznim vodovima.

Na primjer, napon na 1 kraku FAN7530 ovisi o razdjelniku montiranom na R10 i R11, i, sukladno tome, o kondenzatoru C9.

Što je PFC i zašto je potreban

Elektronički uređaji

PFC( skraćenica za Korekcija faktora snage)- u prijevodu "Korekcija faktora snage", nalazi se i naziv "kompenzacija jalove snage".

PFC dolazi u dvije varijante - pasivno i aktivno.
Prilikom rada sklopno napajanje bez dodatnog PFC-a troši struju iz mreže u kratkim impulsima, približno koji se podudaraju s vrhovima sinusoida mrežnog napona.

Najjednostavniji i stoga najčešći je tzv pasivni PFC, što je konvencionalna prigušnica relativno velikog induktiviteta, spojena na mrežu serijski s napajanjem.

Pasivni PFC donekle izglađuje trenutne impulse, rastežući ih tijekom vremena - međutim, za ozbiljan utjecaj na faktor snage potrebna je prigušnica visoke induktivnosti, čije dimenzije ne dopuštaju da se instalira unutar napajanja (računalo ili TV). set, nema razlike). Tipični faktor snage PSU-a s pasivnim PFC-om je samo oko 0,75.

Aktivni PFC je još jedan prekidač napajanja, štoviše, povećanje napona.
Vrlo često se naziva i "swapping" ili "prekondey"
Kao što možete vidjeti, oblik struje koju troši napajanje s aktivnim PFC-om, vrlo se malo razlikuje od potrošnje konvencionalnog otpornog opterećenja - rezultirajući faktor snage takve jedinice može doseći 0,95 ... 0,98 kada radi pri punom opterećenju.

Istina, kako se opterećenje smanjuje, faktor snage se smanjuje, minimalno pada na oko 0,7 ... 0,75 - to jest na razinu blokova s pasivni PFC. Međutim, treba napomenuti da je vršna potrošnja struje jedinica s aktivni PFC ipak, čak i pri maloj snazi, ispada da jesu osjetno manje nego svi ostali blokovi.

osim toga aktivni PFC osigurava faktor snage blizak idealnom pa, za razliku od pasivnog, poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora jedinice - jedinica postaje osjetno manje osjetljiva na nizak mrežni napon, a pri korištenju aktivni PFC, blokovi s univerzalnim napajanjem 110...230V, ne zahtijevaju ručno prebacivanje mrežnog napona.

Takvi PSU-ovi imaju specifičnu značajku – njihov rad u sprezi s jeftinim UPS-ovima koji ispuštaju stepenasti signal pri radu na baterije može dovesti do kvarova računala, pa proizvođači u takvim slučajevima preporučuju korištenje UPS-ova Smart klase koji uvijek izlaze sinusni signal.

Također korištenje aktivnog PFC-a poboljšava odziv napajanja tijekom kratkotrajnih (djelića sekunde) padova mrežnog napona - u takvim trenucima jedinica radi zahvaljujući energiji kondenzatora visokonaponskog ispravljača čija je učinkovitost više nego udvostručena . Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je niža razina visokofrekventnih smetnji na izlaznim linijama, t.j. takvi se izvori napajanja preporučuju za korištenje u osobnom računalu s perifernim uređajima dizajniranim za rad s analognim audio/video materijalom.

A sada malo teorije

Uobičajeni, klasični krug ispravljanja izmjeničnog napona od 220 V sastoji se od diodnog mosta i kondenzatora za izravnavanje. Problem je u tome što je struja punjenja kondenzatora impulsne prirode (trajanje reda 3mS) i kao rezultat toga vrlo velika struja.

Na primjer, za PSU s opterećenjem od 200W, prosječna struja iz mreže od 220V bit će 1A, a impulsna struja će biti 4 puta veća. Ako postoji mnogo takvih izvora napajanja i (ili) jesu li moćniji? ... tada će struje biti jednostavno lude - ožičenje, utičnice neće izdržati, a struju ćete morati platiti više, jer se kvaliteta trenutne potrošnje itekako uzima u obzir.

Na primjer, u velikim postrojenjima postoje posebne kondenzatorske jedinice za "kosinusnu" kompenzaciju. U modernoj računalnoj tehnologiji susreli su se s istim problemima, ali nitko neće instalirati višekatne strukture, a otišli su drugim putem - stavili su poseban element u napajanje kako bi smanjili "puls" potrošene struje - PFC.

Različite vrste su odvojene bojama:

crveno - obični PSU bez PFC-a,
žuta - nažalost, "običan PSU s pasivnim PFC",
zelena - PSU s pasivnim PFC-om dovoljnog induktiviteta.

Model prikazuje procese kada je napajanje uključeno i kratkotrajni pad od 250 mS. Veliki skok napona s pasivnim PFC-om posljedica je prevelike količine energije koja se pohranjuje u induktoru kada se kondenzator za izravnavanje puni. Kako bi se suzbio ovaj učinak, PSU se postupno uključuje - prvo je otpornik spojen u seriju s induktorom kako bi se ograničila početna struja, a zatim je kratko spojen.

Za PSU bez PFC-a ili s dekorativnim pasivnim PFC-om, tu ulogu ima poseban termistor s pozitivnim otporom, t.j. otpornost mu se jako povećava kada se zagrijava. S velikom strujom, takav se element vrlo brzo zagrijava i struja se smanjuje, a zatim se hladi zbog smanjenja struje i nema utjecaja na krug. Dakle, termistor obavlja svoje ograničavajuće funkcije samo pri vrlo visokim startnim strujama.

Za pasivne PFC, impuls struje uključivanja nije tako velik i termistor često ne ispunjava svoju ograničavajuću funkciju. U normalnim, velikim pasivnim PFC-ima, osim termistora, ugrađuje se i poseban sklop, ali u "tradicionalnim", dekorativnim, to nije slučaj.

I prema grafikonima. Dekorativni pasivni PFC daje skok napona, koji može dovesti do kvara strujnog kruga PSU, prosječni napon je nešto manji nego u slučaju bez_PFC-a, a tijekom kratkotrajnog nestanka struje napon pada za veći iznos nego bez_PFC-a. Na licu jasnog pogoršanja dinamičkih svojstava. Normalni pasivni PFC također ima svoje karakteristike. Ako ne uzmemo u obzir početni udar, koji se nužno mora nadoknaditi slijedom uključivanja, možemo reći sljedeće:

Izlazni napon se smanjio. To je točno, jer nije jednako vršnom ulazu, kao kod prve dvije vrste napajanja, već "djelujućem". Razlika između vrha i struje jednaka je korijenu dva.
Mreškanje izlaznog napona je mnogo manje, jer dio funkcija zaglađivanja ide na gas.
- Pad napona u slučaju trenutnog nestanka struje također je manji iz istog razloga.
- Nakon kvara slijedi nalet. Ovo je vrlo značajan nedostatak i glavni je razlog zašto pasivni PFC nisu uobičajeni. Ovaj prenapon nastaje iz istog razloga iz kojeg se javlja kada je uključen, ali za slučaj početnog uključivanja, poseban sklop može nešto ispraviti, ali je to puno teže učiniti u radu.
- S kratkotrajnim gubitkom ulaznog napona, izlaz se ne mijenja tako oštro kao u drugim opcijama PSU. Ovo je vrlo vrijedno, jer. upravljački krug PSU vrlo uspješno radi sporu promjenu napona i neće biti smetnji na izlazu PSU-a.

Za ostale varijante jedinice za napajanje, s takvim padovima, sigurno će doći do smetnji na izlazima jedinice za napajanje, što može utjecati na pouzdanost rada. Koliko su česti kratki nestanci struje? Prema statistikama, 90% svih nestandardnih situacija s mrežom od 220 V događa se upravo u takvom slučaju. Glavni izvor nastanka je preklapanje u elektroenergetskom sustavu i povezivanje snažnih potrošača.

Slika prikazuje učinkovitost PFC-a u smanjenju strujnih impulsa:

Za PSU bez PFC-a, struja doseže 7,5 A, pasivni PFC ga smanjuje za 1,5 puta, a normalni PFC smanjuje struju mnogo više.

Tehnologija pretvarača

Uvod

Posljednjih desetljeća, količina elektronike koja se koristi u domovima, uredima i tvornicama dramatično se povećala, a većina uređaja koristi sklopna napajanja. Takvi izvori stvaraju harmonijska i nelinearna strujna izobličenja koja negativno utječu na ožičenje električne mreže i električnih uređaja koji su na nju priključeni. Taj se utjecaj ne izražava samo u raznim smetnje utječu na rad osjetljivih uređaja, ali i u pregrijavanje neutralne linije. Kada struje teku u opterećenjima sa značajnim harmonijskim komponentama koje nisu u fazi s naponom, struja u neutralnoj žici (koja je kod simetričnog opterećenja praktički nula) može porasti do kritične vrijednosti.

Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) i Europska organizacija za elektrotehničke standarde (CENELEC) usvojile su standarde IEC555 i EN60555, koje postavljaju ograničenja na sadržaj harmonika u ulaznoj struji sekundarnih izvora napajanja, elektroničkih opterećenja fluorescentnih svjetiljki, pokretača istosmjernih motora i sličnih uređaja.

Jedan od učinkovitih načina rješavanja ovog problema je korištenje PFC (Power Factor Correction) korektora faktora snage. U praksi to znači da u ulazni krug gotovo svakog elektroničkog uređaja s impulsnim pretvaračima mora biti uključen poseban PFC krug, koji osigurava smanjenje ili potpuno potiskivanje strujnih harmonika.

Korekcija faktora snage

Tipično prekidačko napajanje sastoji se od mrežnog ispravljača, kondenzatora za izravnavanje i pretvarača napona. Takav izvor troši energiju samo u onim trenucima kada je napon koji se dovodi iz ispravljača na kondenzator za izravnavanje veći od napona na njemu (kondenzatoru), što se događa oko četvrtine perioda. Ostatak vremena izvor ne troši struju iz mreže, budući da se opterećenje napaja kondenzatorom. To dovodi do činjenice da snagu preuzima opterećenje samo na vrhuncu napona, potrošena struja ima oblik kratkog impulsa i sadrži skup harmonijskih komponenti (vidi sliku 1).

Sekundarni izvor napajanja s korekcijom faktora snage troši struju s niskim harmonijskim izobličenjem, ravnomjernije crpi snagu iz mreže i ima faktor vrha (omjer vršne vrijednosti struje i njezine RMS vrijednosti) niži od onog kod nekorigiranog izvora . Korekcija faktora snage smanjuje povučenu RMS struju, omogućujući spajanje više uređaja na istu utičnicu bez prekomjerne struje (vidi sliku 2).

Faktor snage

Faktor snage (PF) - parametar koji karakterizira izobličenje koje stvara opterećenje (u našem slučaju, sekundarno napajanje) u AC mreži. Postoje dvije vrste izobličenja - harmonijska i nelinearna. Harmoničko izobličenje je uzrokovano reaktivnim opterećenjem i predstavlja fazni pomak između struje i napona. Nelinearna izobličenja unose se u mrežu "nelinearnim" opterećenjima. Ta se izobličenja izražavaju u odstupanju valnog oblika struje ili napona od sinusoida. Kada harmonijsko izobličenje Faktor snage smatra se kosinusom fazne razlike između struje i napona ili omjerom aktivne snage i prividne snage koja se troši iz mreže. Za nelinearno izobličenje faktor snage jednak je udjelu snage prve harmonijske komponente struje u ukupnoj snazi koju troši uređaj. Može se smatrati pokazateljem koliko ravnomjerno uređaj troši struju iz mreže.

Općenito faktor snage je umnožak kosinusa kuta fazne razlike između napona i struje i kosinusa kuta između temeljnog vektora i vektora ukupne struje. Obrazloženje dato u nastavku dovodi do ove definicije. Efektivna struja koja teče u aktivnom opterećenju ima oblik:

I 2 eff \u003d I 2 0 + I 2 1 eff + SI 2 neff,

gdje je I 2 neff konstantna komponenta (u slučaju sinusoidnog napona jednaka je nuli), I 2 1eff je osnovni harmonik, a pod predznakom zbroja su niži harmonici. Kada se radi na reaktivnom opterećenju, u ovom izrazu pojavljuje se reaktivna komponenta, a ona ima oblik:

I 2 eff \u003d I 2 0 + (I 2 1 eff (P) + I 2 1 eff (Q)) + SI 2 n eff. Aktivna snaga je prosječna vrijednost snage dodijeljene aktivnom opterećenju tijekom razdoblja.

Može se predstaviti kao umnožak efektivnog napona i aktivne komponente struje P \u003d U eff H I 1eff (P) . Fizički, to je energija koja se oslobađa u obliku topline po jedinici vremena na aktivnom otporu. Jalova snaga se shvaća kao proizvod efektivnog napona i jalove komponente struje: Q \u003d U eff H I 1eff (Q) . Fizičko značenje je energija koja se pumpa dva puta po periodu od generatora do opterećenja i dva puta - od opterećenja do generatora. Ukupna snaga je proizvod radnog napona i ukupne radne struje: S \u003d U eff H I eff (ukupno). Na kompleksnoj ravnini može se predstaviti kao zbroj vektora P i Q, iz kojih je vidljiva ovisnost I 2 = I 1eff (ukupni) cos j, gdje je j kut između vektora P i Q, koji također karakterizira faznu razliku između struje i napona u krugu.

Na temelju gore navedenog, izvodimo definiciju za faktor snage:

PF=P/S=(I 1eff cos j)/(I eff(gen)).

Vrijedi napomenuti da je omjer (I 1eff) / (I eff (općenito)) kosinus kuta između vektora koji odgovara efektivnoj vrijednosti ukupne struje i efektivnoj vrijednosti njenog prvog harmonika. Ako se ovaj kut označi s q, tada izraz za faktor snage postaje: PF=cos j × cos q. Zadatak korekcije faktora snage je dovesti kut fazne razlike j između napona i struje na nulu, kao i kut q harmonijskog izobličenja potrošene struje (ili, drugim riječima, dovesti oblik struje krivulja što bliže sinusoidi i da se što više kompenzira fazni pomak).

Faktor snage izražava se kao decimalni razlomak, čija vrijednost leži između 0 i 1. Njegova idealna vrijednost je jedan (za usporedbu, tipično sklopno napajanje bez korekcije ima vrijednost faktora snage oko 0,65), 0,95 je dobra vrijednost ; 0,9 - zadovoljavajuće; 0,8 - nezadovoljavajuće. Primjena korekcije faktora snage može povećati faktor snage uređaja s 0,65 na 0,95. Vrijednosti u rasponu od 0,97 ... 0,99 također su sasvim stvarne. U idealnom slučaju, kada je faktor snage jednak jedinici, uređaj crpi sinusnu struju iz mreže s nultim faznim pomakom u odnosu na napon (što odgovara potpuno otpornom opterećenju s linearnom strujno-naponskom karakteristikom).

Pasivna korekcija faktora snage

Metoda pasivne korekcije najčešće se koristi u jeftinim uređajima male snage (gdje ne postoje strogi zahtjevi za intenzitetom nižih harmonika struje). Pasivna korekcija omogućuje postizanje faktora snage od oko 0,9. To je prikladno kada je napajanje već dizajnirano, ostaje samo stvoriti odgovarajući filtar i uključiti ga u ulazni krug.

Pasivna korekcija faktora snage sastoji se u filtriranju potrošene struje pomoću propusnog LC filtera. Ova metoda ima nekoliko ograničenja. LC filter može biti učinkovit samo kao korektor faktora snage ako napon, frekvencija i opterećenje variraju unutar uskog raspona.. Budući da filtar mora raditi u području niske frekvencije (50/60 Hz), njegove komponente su velike veličine, težine i faktor niske kvalitete(što nije uvijek prihvatljivo). Prvo, broj komponenti u pasivnom pristupu je znatno manji, pa je stoga i vrijeme između kvarova veće, i drugo, kod pasivne korekcije stvara se manje elektromagnetskih i kontaktnih smetnji nego kod aktivne korekcije.

Korekcija aktivnog faktora snage

Korektor aktivnog faktora snage mora zadovoljiti tri uvjeta:

1) Oblik potrošene struje trebao bi biti što bliži sinusoidalnom i - "u fazi" s naponom. Trenutačna vrijednost struje koja se troši iz izvora mora biti proporcionalna trenutnom naponu mreže.

2) Snaga koja se uzima iz izvora mora ostati konstantna čak i ako se napon mreže promijeni. To znači da kada se mrežni napon smanji, struja opterećenja se mora povećati, i obrnuto.

3) Napon na izlazu PFC-korektora ne bi trebao ovisiti o veličini opterećenja. Kada se napon na opterećenju smanji, struja kroz njega se mora povećati, i obrnuto.

Postoji nekoliko shema s kojima možete provesti korekciju aktivnog faktora snage. Najpopularniji trenutno je "krug pretvarača pojačanja". Ova shema zadovoljava sve zahtjeve za moderne izvore napajanja. Prvo, omogućuje rad u mrežama s različitim vrijednostima napona napajanja (od 85 do 270 V) bez ograničenja i ikakvih dodatnih podešavanja. Drugo, manje je podložan odstupanjima u električnim parametrima mreže (naponi ili kratkotrajni nestanci struje). Još jedna prednost ove sheme je jednostavnija implementacija zaštite od prenapona. Pojednostavljeni dijagram "pojačanog pretvarača" prikazan je na sl. 3.

Princip rada

Standardni korektor faktora snage je AD/DC pretvarač s pulsnom širinom (PWM). Modulator upravlja snažnom (obično MOSFET) sklopkom, koja pretvara konstantni ili ispravljeni mrežni napon u niz impulsa, nakon čijeg ispravljanja se na izlazu dobiva konstantni napon.

Vremenski dijagrami rada korektora prikazani su na sl. 4. Kada je MOSFET prekidač uključen, struja u induktoru raste linearno - dok je dioda zaključana, a kondenzator C2 se isprazni do opterećenja. Zatim, kada se tranzistor isključi, napon na induktoru "otvara" diodu i energija pohranjena u induktoru puni kondenzator C2 (i istovremeno napaja opterećenje). U gornjem krugu (za razliku od izvora bez korekcije) kondenzator C1 ima mali kapacitet i služi za filtriranje visokofrekventnog šuma. Frekvencija pretvorbe je 50...100 kHz. U najjednostavnijem slučaju, krug radi s konstantnim radnim ciklusom. Postoje načini za povećanje učinkovitosti korekcije dinamičkom promjenom radnog ciklusa (usklađivanje ciklusa s naponskom ovojnicom iz mrežnog ispravljača).

Krug "pojačanog pretvarača" može raditi u tri načina: stalan , diskretna i tzv kritični način provođenja". U diskretna modu tijekom svakog razdoblja, struja induktora ima vremena da "padne" na nulu i nakon nekog vremena ponovo počinje rasti, a u stalan- struja, koja nema vremena da dosegne nulu, ponovno počinje rasti. Način rada kritična vodljivost rjeđe korišteni od prethodna dva. Teže je za implementaciju. Njegovo značenje je da se MOSFET otvara u trenutku kada struja induktora dosegne nulu. Kada se radi u ovom načinu rada, lakše je podesiti izlazni napon.

Izbor načina rada ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi izvora napajanja. U uređajima snage veće od 400 W koristi se kontinuirani način rada, a kod onih male snage diskretni način rada. Korekcija aktivnog faktora snage omogućuje postizanje vrijednosti od 0,97...0,99 uz THD (ukupno harmonijsko izobličenje) unutar 0,04...0,08.

Nije tajna da je jedan od glavnih građevnih blokova računala jedinica za napajanje. Prilikom kupnje obraćamo pažnju na različite karakteristike: maksimalnu snagu jedinice, karakteristike rashladnog sustava i razinu buke. Ali ne pitaju se svi što je PFC?

Dakle, da vidimo što PFC daje

Što se tiče sklopnih izvora napajanja (trenutno se u jedinicama računalnog sustava koriste samo PSU-ovi ovog tipa), ovaj izraz znači prisutnost odgovarajućeg skupa elemenata sklopa u napajanju.

Korekcija faktora snage- u prijevodu "Korekcija faktora snage", nalazi se i naziv "kompenzacija jalove snage".

Najjednostavniji i stoga najčešći je tzv pasivni PFC, što je konvencionalna prigušnica relativno velikog induktiviteta, spojena na mrežu serijski s napajanjem.

Aktivni PFC je još jedan prekidač napajanja, štoviše, povećanje napona.
Kao što možete vidjeti, oblik struje koju troši napajanje s aktivnim PFC-om, vrlo se malo razlikuje od potrošnje konvencionalnog otpornog opterećenja - rezultirajući faktor snage takve jedinice može doseći 0,95 ... 0,98 kada radi pri punom opterećenju.

osim toga aktivni PFC osigurava faktor snage blizu idealnog, dakle, za razliku od pasivnog, poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora bloka - blok postaje osjetno manje osjetljiv na niski mrežni napon, također kada se koristi aktivni PFC, blokovi s univerzalno napajanje 110 prilično je lako razviti ... 230V, ne zahtijeva ručno prebacivanje mrežnog napona.

Takvi PSU-ovi imaju specifičnu značajku - njihov rad u kombinaciji s jeftinim UPS-ovima koji daju stepenasti signal kada rade na baterije može uzrokovati pad računala, pa proizvođači preporučuju korištenje u takvim slučajevima Pametni UPS, koji uvijek daje sinusni signal.

Također korištenje aktivnog PFC-a poboljšava odziv napajanja tijekom kratkotrajnih (djelića sekunde) padova mrežnog napona - u takvim trenucima jedinica radi zahvaljujući energiji kondenzatora visokonaponskog ispravljača čija je učinkovitost više nego udvostručena . Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je niža razina visokofrekventnih smetnji na izlaznim linijama, t.j. takvi se izvori napajanja preporučuju za korištenje u osobnom računalu s perifernim uređajima dizajniranim za rad s analognim audio/video materijalom.

A sada malo teorije

Različite vrste su odvojene bojama:

crveno - obični PSU bez PFC-a,
žuta - nažalost, "običan PSU s pasivnim PFC",
zelena - PSU s pasivnim PFC-om dovoljnog induktiviteta.

Slika prikazuje učinkovitost PFC-a u smanjenju strujnih impulsa:

Za PSU bez PFC-a, struja doseže 7,5 A, pasivni PFC ga smanjuje za 1,5 puta, a normalni PFC smanjuje struju mnogo više.

Bok opet!..
Nažalost, moj članak je kasnio, jer. nastao hitan radni projekt, a bilo ih je i zanimljive poteškoće pri implementaciji korektora faktora snage ( dalje KKM). A uzrokovani su sljedećim - u našoj proizvodnji, za kontrolu KKM-a, koristimo "prilagođeno" mikrokolo koje Austrija, posebno 1941., prijateljski, posebno 1941., proizvodi za naše zadatke i, sukladno tome, ne može se naći na prodaja. Stoga se pojavio zadatak preurediti ovaj modul za pristupačnu elementarnu bazu, a moj je izbor pao na čip PWM kontrolera - L6561.
Zašto je ona? Banalna dostupnost, točnije pronađena u "Chip & Dip", pročitao sam tablicu - svidjelo mi se. Naručila sam 50 komada odjednom, jer. jeftinije i u svojim amaterskim projektima već imam nekoliko zadataka za nju.

Sada o glavnoj stvari: u ovom članku ću vam reći kako sam se gotovo ispočetka prisjetio dizajna jednocikličnih pretvarača ( činilo bi se što oni rade ovdje), zašto je ubio desetak ključeva i kako to možete izbjeći. Ovaj dio će reći teoriju i što će se dogoditi ako je zanemarite. Praktična provedba bit će objavljena u sljedećem dijelu, kao što sam i obećao punjač, jer oni su u biti jedan modul i potrebno ih je zajedno testirati.
Gledajući unaprijed, reći ću da sam za sljedeći dio već pripremio nekoliko desetaka fotografija i videa, na kojima mi nije dugo sjećanje "preobučeni" prvo na aparat za zavarivanje, a zatim na napajanje za "Jarac". Oni koji rade u proizvodnji shvatit će o kakvoj je životinji riječ i koliko troši da nas grije)))

A sada za naše ovce...

Zašto nam uopće treba ovaj KKM?

Glavna stvar nesreća "Klasični" ispravljač sa kondenzatorima za pohranu (ovo je ono što pretvara 220V AC u +308V DC), koji radi od sinusoidalne struje, je da se upravo ovaj kondenzator puni (preuzima energiju iz mreže) samo u trenucima kada se napon se primjenjuje više na njega nego na njega samog.

Ljudskim jezikom, slabog srca i znanstvenih diploma, ne čitajte

Kao što znamo, električna struja potpuno odbija ići ako nema razlike potencijala. O predznaku te razlike ovisit će i smjer toka struje! Ako ste se prepali i odlučili pokušati napuniti svoj mobitel naponom od 2V, gdje je Li-ion baterija dizajnirana za 3,7V, onda od toga neće biti ništa. Jer struju će dati izvor koji ima veći potencijal, a onaj s manjim potencijalom primat će energiju.
Sve je kao u životu! Vi imate 60 kg, a tip na ulici koji je došao da vas zamoli da nazovete ima 120 kg - jasno je da će on podijeliti pizdyuly, a vi ćete ih dobiti. Dakle ovdje - baterija sa svojih 60 kg 2V neće moći dati struju bateriji od 120 kg 3,7V. S kondenzatorom na isti način, ako ima +310V i na njega primijenite +200V, tada će odbiti primiti struju i neće se puniti.

Također je vrijedno napomenuti da će, na temelju gore opisanog "pravila", vrijeme dodijeljeno za punjenje kondenzatora biti vrlo malo. U našem slučaju, struja se mijenja prema sinusoidnom zakonu, što znači potrebni napon bit će samo na vrhovima sinusoida! Ali kondenzator mora proraditi, pa postaje nervozan i pokušava se napuniti. Poznaje zakone fizike, za razliku od nekih, i "shvaća" da je vrijeme kratko i stoga počinje trošiti samo ogromnu struju baš u tim trenucima kada je napon na vrhuncu. Uostalom, trebalo bi biti dovoljno za rad uređaja do sljedećeg vrhunca.

Malo o ovim "vrhovima":

Slika 1 – Vrhovi u kojima je kondenzator napunjen

Kao što vidimo, dio razdoblja u kojem EMF poprima dovoljnu vrijednost za naboj (figurativno 280-310V) iznosi oko 10% punog perioda u AC mreži. Ispada da umjesto da neprestano nesmetano uzimamo energiju iz mreže, izvlačimo je samo u malim epizodama, čime "preopterećujemo" mrežu. Sa snagom od 1 kW i induktivnim opterećenjem, struja u vrijeme takvih "vrhova" može mirno doseći vrijednosti od 60-80A.

Stoga je naš zadatak osigurati ujednačen odabir energije iz mreže kako ne bismo preopteretili mrežu! KKM će nam omogućiti da ovaj zadatak provedemo u praksi.

Tko je ovaj tvoj KKM?

Korektor snage- Ovo je konvencionalni pojačani pretvarač napona, najčešće je jednostruki. Jer koristimo PWM modulaciju, tada je u trenutku otvaranja ključa napon na kondenzatoru konstantan. Ako stabiliziramo izlazni napon, tada je struja koja se uzima iz mreže proporcionalna ulaznom naponu, odnosno nesmetano se mijenja po sinusoidnom zakonu bez prethodno opisanih pikova i skokova potrošnje.

Strujni krug našeg KKM-a

Tada sam odlučio ne mijenjati svoja načela i također sam se oslonio na podatkovnu tablicu kontrolera koji sam izabrao - L6561. Inženjeri tvrtke STMicroelectronics su već učinili sve za mene, točnije, već su razvili idealne sklopove za svoj proizvod.
Da, mogu sve izbrojati ispočetka i dan-dva potrošiti na ovaj posao, odnosno sve svoje i tako rijetke vikende, ali pitam zašto? Da sebi dokažem da mogu, ova faza je, na sreću, odavno prošla)) Ovdje se prisjećam jedne bradate anegdote o površini crvenih kuglica, kažu da matematičar primjenjuje formulu, a inženjer vadi tablicu s površinom crvenih kuglica.... Tako je i u ovom slučaju.

Savjetujem vam da odmah obratite pozornost na činjenicu da je krug u podatkovnoj tablici dizajniran za 120 W, što znači da ga trebamo slijediti prilagoditi našim 3 kW i ekstremna radna naprezanja.

Sada malo dokumentacije za gore navedeno:
List s podacima za L6561

Ako pogledamo stranicu 6, vidjet ćemo nekoliko dijagrama, zanima nas dijagram s potpisom Mreža širokog dometa, što znači od Basurmana "za rad u širokom rasponu napona napajanja" . Upravo sam taj “način” imao na umu kada sam govorio o ekstremnim stresovima. Uređaj se smatra univerzalnim, odnosno može raditi iz bilo koje standardne mreže (na primjer, u državama 110V) s rasponom napona od 85 - 265V.

Ovo rješenje nam omogućuje da našem UPS-u omogućimo funkciju stabilizatora napona! Mnogima će se ovaj raspon činiti suvišnim i tada mogu napraviti ovaj modul uzimajući u obzir napon napajanja od 220V + - 15%. To se smatra normom i 90% uređaja u cjenovnoj kategoriji do 40 tisuća rubalja potpuno je lišeno blagajne, a 10% ih koristi samo uz izračun odstupanja od najviše 15%. To vam nedvojbeno omogućuje da donekle smanjite cijenu i dimenzije, ali ako niste zaboravili, onda radimo uređaj koji mora konkurirati ARS!

Stoga sam za sebe odlučio odabrati najispravniju opciju i napraviti neuništivi spremnik koji se može izvući čak iu zemlji, gdje se u bunaru nalazi 100V aparat za zavarivanje ili pumpa:

Slika 2 - Standardno rješenje sklopa koje nudi ST

Prilagodba standardnih sklopova našim zadacima

a) Kad pogledam ovu shemu iz LH-a, prvo mi pada na pamet morate dodati zajednički filtar načina rada! I s pravom, jer pri velikoj snazi, počet će "luditi" elektronikom. Za struje od 15 A ili više, imat će kompliciraniji izgled nego što su mnogi navikli vidjeti u istim računalnim PSU-ima, gdje ima samo 500-600 vata. Stoga će ova revizija biti posebna stavka.

B) Vidimo kondenzator C1, možete uzeti lukavu formulu i izračunati potrebnu kapacitivnost, a savjetujem onima koji se žele udubiti u to da to učine, prisjećajući se elektrotehnike 2 kolegija s bilo kojeg veleučilišta u jednom. Ali ja to neću učiniti, jer. prema vlastitim zapažanjima iz starih proračuna, sjećam se da do 10 kW ovaj kapacitet raste gotovo linearno u odnosu na povećanje snage. Odnosno, uzimajući u obzir 1 uF na 100 W, dobivamo da za 3000 W trebamo 30 uF. Ovaj spremnik se lako skuplja iz 7 filmski kondenzatori od 4,7 uF i 400V svaki. Čak i malo s maržom, jer Kapacitet kondenzatora uvelike ovisi o primijenjenom naponu.

C) Treba nam ozbiljan tranzistor snage, jer. struja koja se troši iz mreže izračunat će se na sljedeći način:

Slika 3 - Proračun nazivne struje za PFC

Dobili smo 41,83A. Sada iskreno priznajemo da nećemo moći zadržati temperaturu kristala tranzistora u području od 20-25 ° C. Dapače, možemo ga nadjačati, ali to će biti skupo za takvu moć. Nakon 750 kW, trošak hlađenja freonom ili tekućim kisikom je erodiran, ali zasad je to daleko od toga))) Stoga moramo pronaći tranzistor koji može dati 45-50A na temperaturi od 55-60oC.

S obzirom da u krugu postoji induktivnost, onda mi je draže IGBT tranzistor, za najizdržljivije. Za traženje se mora odabrati granična struja, najprije oko 100A, jer ovo je struja na 25 ° C, s povećanjem temperature, granična uključena struja tranzistora se smanjuje.

Malo o Cree FET-u

Doslovno sam 9. siječnja dobio paket iz Sjedinjenih Država od svog prijatelja s hrpom različitih tranzistora na test, ovo se čudo zove - CREE FET. Neću reći da je ovo nova mega tehnologija, dapače, tranzistori na bazi silicij karbida napravljeni su još 80-ih godina, samo su se sjetili zašto tek sada. Ja, kao znanstvenik izvornih materijala i inženjer kompozitnih materijala, općenito sam skrupulozan u vezi s ovom industrijom, pa me je ovaj proizvod jako zanimao, pogotovo jer je 1200V deklariran na desetke i stotine ampera. Nisam ih mogao kupiti u Rusiji, pa sam se obratio bivšem kolegi iz razreda i on mi je ljubazno poslao hrpu uzoraka i testnu ploču s naprijed.
Mogu reći jedno – bio je to moj najskuplji vatromet!
8 tipki je treperilo tako da sam se dugo uznemirio ... Zapravo, 1200V je teoretska brojka za tehnologiju, deklariranih 65A pokazalo se samo impulsnom strujom, iako je nominalna bila jasno napisana u dokumentaciji. Očito je postojala "nazivna impulsna struja" ili bilo što drugo što su Kinezi smislili. Općenito, to je još uvijek sranje, ali postoji jedno ALI!
Kad sam sve to učinio CMF10120D korektor za 300 W, pokazalo se da na istom radijatoru i krugu ima temperaturu od 32 ° C naspram 43 za IGBT, i to je vrlo značajno!
Zaključak o CREE-u: tehnologija je sirova, ali obećava i definitivno TREBA biti.

Kao rezultat toga, nakon pregleda kataloga s izložbi koje sam posjetio (usput, zgodna stvar, ala parametarska pretraga), odabrao sam dva ključa, postali su - IRG7PH50 I IRGPS60B120. Oba su na 1200V, oba su na 100+A, ali nakon otvaranja datasheet-a, prvi ključ je odmah eliminiran - može prebaciti struju od 100A samo na frekvenciji od 1 kHz, što je pogubno za naš zadatak. Drugi ključ je 120A i frekvencija od 40 kHz, što je sasvim prikladno. Pogledajte podatkovnu tablicu na poveznici ispod i potražite graf s ovisnošću struje o temperaturi:

Slika 4.1 - Grafikon ovisnosti maksimalne struje o uklopnoj frekvenciji za IRG7PH50, ostavimo na frekventnom pretvaraču

Slika 4.2 - Grafikon s radnom strujom na zadanoj temperaturi za IRGPS60B120

Ovdje promatramo cijenjene brojke koje nam pokazuju da na 125°C i tranzistor i dioda mogu lako podnijeti struje nešto veće od 60A, dok pretvorbu možemo provesti na frekvenciji od 25 kHz bez ikakvih problema i ograničenja.

D) Dioda D1, trebamo odabrati diodu s radnim naponom od najmanje 600V i strujom predviđenom za naše opterećenje, tj. 45A. Odlučio sam koristiti one diode koje sam imao pri ruci (nedavno sam ih kupio za razvoj zavarivača ispod "kosog mosta") ovo je - VS-60EPF12. Kao što se vidi iz oznake, to je 60A i 1200V. Sve sam stavio s marginom, jer. ovaj prototip je napravljen za mene i osjećam se puno smirenije.
Zapravo možete staviti diodu od 50-60A i 600V, ali nema cijene između verzije od 600 i 1200V.

E) Kondenzator C5, sve je isto kao i u slučaju C1 - dovoljno je povećati vrijednost iz tablice proporcionalno snazi. Samo je vrijedno uzeti u obzir da ako planirate snažno induktivno opterećenje ili dinamičko s brzim povećanjem snage (poput koncertnog pojačala od 2 kW), onda je bolje ne štedjeti na ovoj stavci.
Stavit ću svoju verziju 10 elektrolita na 330 uF i 450V, ako planirate napajati par računala, usmjerivača i ostalih sitnica, onda se možete ograničiti na 4 elektrolita od 330 mikrofarada i 450V.

E) R6 - to je također strujni šant, spasit će nas od krivih ruku i slučajnih pogrešaka, također štiti krug od kratkih spojeva i preopterećenja. Stvar je svakako korisna, ali ako se ponašamo kao inženjeri iz ST-a, onda ćemo na strujama od 40A dobiti običan bojler. Ovdje postoje 2 opcije: strujni transformator ili tvornički šant s padom od 75mV + op amp ala LM358.
Prva opcija je jednostavnija i osigurava galvansku izolaciju ovog čvora kruga. Kako izračunati strujni transformator dao sam u prethodnom članku, važno je to zapamtiti zaštita će raditi kada napon na nozi 4 poraste na 2,5V (u stvarnosti do 2,34V).
Poznavajući ovaj napon i struju kruga, koristeći formule iz dijelovi 5 možete lako prebrojati strujni transformator.

G) I posljednja točka je prigušnica. O njemu malo niže.

Snažni prigušnik i njegov proračun

Ako netko pažljivo čita moje članke i ima izvrsno pamćenje, onda bi se trebao sjetiti članak 2 i fotografija br.5, prikazuje 3 hank elementa koje koristimo. opet ću ti pokazati:

Slika 5 - Okviri i jezgra za proizvode za namotaje

U ovom modulu ponovno ćemo koristiti naše omiljene toroidne prstenove od praha od željeza, samo ovaj put ne jedan, već 10 odjednom! A kako ste htjeli? 3 kW nije kineski zanat za vas ...

Imamo početne podatke:
1) Struja - 45A + 30-40% za amplitudu u induktoru, ukupno 58,5A
2) Izlazni napon 390-400V
3) ulazni napon 85-265V AC
4) Jezgra - materijal -52, D46
5) Čišćenje - distribuirano

Slika 6 - I opet, dragi Starichok51 štedi nam vrijeme i smatra ga programom CaclPFC

Mislim da je izračun svima pokazao koliko bi to bilo ozbiljno)) 4 prstena, da radijator, diodni most i IGBT - užas!
Pravila namotaja mogu se pročitati u članku "2. dio". Sekundarni namot na prstenovima je namotan u količini - 1 okret.

Sažetak gasa:

1) kao što vidite, broj prstenova je već 10 komada! Ovo je skupo, svaki prsten košta oko 140 rubalja, ali što ćemo dobiti zauzvrat u sljedećim odlomcima
2) radna temperatura je 60-70 °C - to je apsolutno idealno, jer mnogi postavljaju radnu temperaturu na 125 °C. Mi postavljamo 85 °C u našoj proizvodnji. Zašto je to učinjeno - za miran san, mirno odlazim od kuće na tjedan dana i znam da ništa neće planuti, sve ledeno neće izgorjeti. Mislim da cijena za ovo od 1500r nije tako smrtonosna, zar ne?
3) Gustoću struje postavio sam na mršavih 4 A / mm 2, to će utjecati i na toplinu i izolaciju i, sukladno tome, na pouzdanost.
4) Kao što vidite, prema izračunu, kapacitivnost nakon induktora preporuča se skoro 3000 mikrofarada, tako da se moj izbor s 10 elektrolita od 330 mikrofarada ovdje savršeno uklapa. Kapacitet kondenzatora C1 pokazao se 15 mikrofarada, imamo dvostruku marginu - možete ga smanjiti na 4 filmska kondera, možete ostaviti 7 komada i bit će bolje.

Važno! Broj prstenova u glavnom induktoru može se smanjiti na 4-5, istovremeno povećavajući gustoću struje na 7-8 A / mm 2. To će uštedjeti puno novca, ali će se amplituda struje donekle povećati, a što je najvažnije, temperatura će porasti na najmanje 135 ° C. Mislim da je ovo dobro rješenje za pretvarač zavarivanja sa 60% radnog ciklusa, ali ne za UPS koji radi 24 sata dnevno i vjerojatno u prilično ograničenom prostoru.

Što da kažem - imamo čudovište koje raste)))

Filtar zajedničkog načina rada

Da biste razumjeli kako se sklopovi za ovaj filtar razlikuju za struje od 3A (gore spomenuti računalni PSU) i za struje od 20A, možete usporediti Googleovu shemu na ATX-u sa sljedećim:

Slika 7 - Shematski dijagram filtera zajedničkog načina rada

Nekoliko značajki:

1) C29 je kondenzator za filtriranje elektromagnetskih smetnji, označen je "X1". Njegova vrijednost treba biti u rasponu od 0,001 - 0,5 mF.

2) Gas je namotan na jezgru E42/21/20.

3) Dvije prigušnice na prstenovima DR7 i DR9 namotane su na bilo koju jezgru iz spreja i promjera većeg od 20 mm. Namotao sam na sve isti D46 od -52 materijala prije punjenja u 2 sloja. U mreži praktički nema šuma čak ni pri nazivnoj snazi, ali to je zapravo suvišno čak i po mom razumijevanju.

4) Kondenzatori C28 i C31 od 0,047 uF i 1 kV i moraju biti postavljeni na klasu Y2.

Prema proračunu induktiviteta prigušnica:

1) Uobičajena induktivnost bi trebala biti 3,2-3,5 mH

2) Induktivnost za diferencijalne prigušnice izračunava se po formuli:

Slika 8 - Proračun induktiviteta diferencijalnih prigušnica bez magnetske spojke

Epilog

Koristeći kompetentno i stručno usavršavanje ST inženjera, uspio sam proizvesti, uz minimalne troškove, ako ne savršeno, onda jednostavno izvrsno korekcija aktivnog faktora snage s boljim parametrima od bilo kojeg Schneidera. Jedina stvar koju svakako trebate zapamtiti je koliko vam je potrebna? I na temelju toga prilagodite parametre za sebe.

Moj cilj u ovom članku bio je samo prikazati proces izračuna s mogućnošću ispravljanja početnih podataka, kako bi svatko, nakon što se odluči za parametre za svoje zadatke, već izračunao i izradio modul. Nadam se da sam to uspio pokazati iu sljedećem članku demonstrirati zajednički rad KKM-a i punjača iz dijela br.5.