tip pfc activ sau pasiv. Ce este PFC? Adaptarea circuitelor standard la sarcinile noastre

Tehnologia convertoarelor

Introducere

În ultimele decenii, cantitatea de electronice folosite în case, birouri și fabrici a crescut dramatic, iar majoritatea dispozitivelor folosesc surse de alimentare comutatoare. Astfel de surse generează distorsiuni de curent armonice și neliniare care afectează negativ cablarea rețelei electrice și a aparatelor electrice conectate la aceasta. Această influență se exprimă nu numai în diverse interferență afectând funcționarea dispozitivelor sensibile, dar și în supraîncălzirea liniei neutre. Când curenții curg în sarcini cu componente armonice semnificative care sunt defazate cu tensiunea, curentul din firul neutru (care, atunci când sarcina simetrica, practic, zero) poate crește la o valoare critică.

Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) și Organizația Europeană pentru Standarde Electrotehnice (CENELEC) au adoptat standardele IEC555 și EN60555, care stabilesc limite ale conținutului de armonici ale curentul de intrare surse de alimentare secundare, sarcini electronice lampă fluorescentă, conducătorii de motoare curent continuuși dispozitive similare.

Una dintre modalitățile eficiente de a rezolva această problemă este utilizarea corectoarelor de factor de putere PFC ( factor de putere corecţie). În practică, aceasta înseamnă că circuitul de intrare a aproape orice dispozitiv electronic cu convertoare de impulsuri, este necesar să se includă un circuit PFC special care asigură o reducere sau suprimare completă a armonicilor de curent.

Corecția factorului de putere

O sursă de alimentare cu comutație tipică constă dintr-un redresor de rețea, un condensator de netezire și un convertor de tensiune. O astfel de sursă consumă energie doar în acele momente în care tensiunea furnizată de la redresor la condensatorul de netezire este mai mare decât tensiunea de pe aceasta (condensator), care apare timp de aproximativ un sfert de perioadă. În restul timpului, sursa nu consumă energie din rețea, deoarece sarcina este alimentată de un condensator. Aceasta duce la faptul că puterea este preluată de sarcină numai la vârful tensiunii, curentul consumat are forma unui impuls scurt și conține un set de componente armonice (vezi Fig. 1).

Sursa de alimentare secundară, care are corecție a factorului de putere, consumă curent cu distorsiuni armonice scăzute, atrage puterea din rețea mai uniform, are un factor de crestă (raport valoarea amplitudinii curent până la valoarea sa efectivă) este mai mică decât cea a unei surse necorectate. Corecția factorului de putere reduce curentul RMS absorbit, permițând conectarea mai multor dispozitive la aceeași priză fără supracurent (vezi Figura 2).

Factor de putere

Factorul de putere (PF) este un parametru care caracterizează distorsiunea creată de sarcină (în cazul nostru, sursa de alimentare secundară) în rețeaua de curent alternativ. Există două tipuri de distorsiuni - armonică și neliniară. Distorsiunea armonică este cauzată de o sarcină reactivă și este o schimbare de fază între curent și tensiune. Distorsiunile neliniare sunt introduse în rețea de sarcini „neliniare”. Aceste distorsiuni sunt exprimate în abaterea formei de undă de curent sau tensiune de la o sinusoidă. Când distorsiuni armonice Factorul de putere este considerat a fi cosinusul diferenței de fază dintre curent și tensiune sau raportul dintre puterea activă și puterea aparentă consumată din rețea. Pentru distorsiuni neliniare factorul de putere este egal cu proporția puterii primei componente armonice a curentului în puterea totală consumată de dispozitiv. Poate fi considerat un indicator al modului în care dispozitivul consumă energie de la rețea.

În general factorul de putere este produsul dintre cosinusul unghiului diferenței de fază dintre tensiune și curent și cosinusul unghiului dintre vectorul fundamental și vector. curent complet. Raționamentul prezentat mai jos conduce la această definiție. Curentul efectiv care curge într-o sarcină activă are forma:

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

unde I 2 neff este componenta constantă (în cazul unei tensiuni sinusoidale este egală cu zero), I 2 1eff este armonica fundamentală, iar sub semnul sumei se află armonicile inferioare. Când se lucrează la o sarcină reactivă, o componentă reactivă apare în această expresie și ia forma:

I 2 eff \u003d I 2 0 + (I 2 1 eff (P) + I 2 1 eff (Q)) + SI 2 n eff. Puterea activă este valoarea medie a puterii alocate sarcinii active pe parcursul perioadei.

Poate fi reprezentat ca un produs al tensiunii efective și al componentei active a curentului P \u003d U eff H I 1eff (P) . Din punct de vedere fizic, aceasta este energia eliberată sub formă de căldură pe unitatea de timp pe rezistență activă. Puterea reactivă este înțeleasă ca produsul dintre tensiunea efectivă și componenta reactivă a curentului: Q \u003d U eff H I 1eff (Q) . Semnificația fizică este energia care este pompată de două ori pe perioadă de la generator la sarcină și de două ori - de la sarcină la generator. Puterea aparentă este produsul dintre tensiunea efectivă și totalul curent efectiv: S=U eff H I eff(gen) . Pe planul complex, poate fi reprezentat ca suma vectorilor P și Q, din care este vizibilă dependența I 2 \u003d I 1eff (total) cos j, unde j este unghiul dintre vectorii P și Q, care caracterizează de asemenea diferența de fază dintre curent și tensiune din circuit.

Pe baza celor de mai sus, obținem definiția pentru factorul de putere:

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

Este de remarcat faptul că raportul (I 1eff)/(I eff(gen)) este cosinusul unghiului dintre vectorii corespunzători lui valoare efectivă curent totalși valoarea efectivă a primei sale armonice. Dacă acest unghi este notat cu q, atunci expresia factorului de putere devine: PF=cos j × cos q. Sarcina corectării factorului de putere este de a aduce la zero unghiul diferenței de fază j dintre tensiune și curent, precum și unghiul q de distorsiune armonică a curentului consumat (sau, cu alte cuvinte, de a aduce forma curentului). curba cat mai aproape de o sinusoida si pentru a compensa cat mai mult defazajul).

Factorul de putere este exprimat ca o zecimală, a cărei valoare se află între 0 și 1. Valoarea sa ideală este una (pentru comparație, o sursă de alimentare cu comutație tipică fără corecție are o valoare a factorului de putere de aproximativ 0,65), 0,95 este o valoare bună ; 0,9 - satisfăcător; 0,8 - nesatisfăcător. Aplicarea corecției factorului de putere poate crește factorul de putere al dispozitivului de la 0,65 la 0,95. Valorile în intervalul 0,97 ... 0,99 sunt, de asemenea, destul de reale. În mod ideal, atunci când factorul de putere egal cu unu, dispozitivul consumă un curent sinusoidal din rețea cu defazaj zero față de tensiune (care corespunde unei sarcini complet rezistive cu o caracteristică liniară curent-tensiune).

Corecție pasivă a factorului de putere

Metoda de corecție pasivă este folosită cel mai adesea în dispozitivele cu costuri reduse și consum redus (unde nu există cerințe stricte la intensitatea armonicilor inferioare ale curentului). Corecția pasivă face posibilă atingerea unui factor de putere de aproximativ 0,9. Acest lucru este convenabil atunci când sursa de alimentare a fost deja proiectată, rămâne doar să creați un filtru adecvat și să îl includeți în circuitul de intrare.

Corecția pasivă a factorului de putere constă în filtrarea curentului consumat folosind un filtru LC trece bandă. Această metodă are mai multe limitări. Un filtru LC poate fi eficient ca corector al factorului de putere numai dacă tensiunea, frecvența și sarcina variază într-un interval restrâns.. Deoarece filtrul trebuie să funcționeze în zonă frecvențe joase(50/60 Hz), componentele sale sunt mari ca dimensiune, greutate și factor de calitate scăzut(ceea ce nu este întotdeauna acceptabil). in primul rand, numărul de componente în abordarea pasivă este mult mai mic și, prin urmare, timpul dintre defecțiuni este mai mare, iar în al doilea rând, cu corecția pasivă, se creează mai puține interferențe electromagnetice și de contact decât cu corecția activă.

Corecție activă a factorului de putere

Un corector de factor de putere activ trebuie să îndeplinească trei condiții:

1) Forma curentului consumat trebuie să fie cât mai apropiată de sinusoidală și - „în fază” cu tensiunea. Valoarea instantanee a curentului consumat de la sursa trebuie sa fie proportionala cu tensiunea instantanee a retelei.

2) Puterea preluată de la sursă trebuie să rămână constantă chiar dacă se modifică tensiunea rețelei. Aceasta înseamnă că atunci când tensiunea rețelei scade, curentul de sarcină trebuie crescut și invers.

3) Tensiunea la ieșirea corectorului PFC nu ar trebui să depindă de mărimea sarcinii. Când tensiunea de pe sarcină scade, curentul prin ea trebuie să crească și invers.

Există mai multe scheme cu care puteți implementa corecția factorului de putere activă. Cel mai popular în prezent este „circuitul convertizorului boost”. Această schemă îndeplinește toate cerințele pentru sursele moderne nutriție. in primul rand, vă permite să lucrați în rețele cu sensuri diferite tensiune de alimentare (de la 85 la 270 V) fără restricții și orice ajustări suplimentare. În al doilea rând, este mai puțin susceptibil la abateri ale parametrilor electrici ai rețelei (supratensiuni sau întreruperi de scurtă durată). Un alt avantaj al acestei scheme este că implementare simplă protectie la supratensiune. O diagramă simplificată a „convertorului boost” este prezentată în fig. 3.

Principiul de funcționare

Corectorul standard al factorului de putere este un convertor AD/DC cu modul în lățime de impuls (PWM). Modulatorul controlează un comutator puternic (de obicei MOSFET), care convertește o tensiune de rețea constantă sau redresată într-o secvență de impulsuri, după rectificarea cărora se obține o tensiune constantă la ieșire.

Diagramele de timp ale funcționării corectorului sunt prezentate în fig. 4. Când comutatorul MOSFET este pornit, curentul din inductor crește liniar - în timp ce dioda este blocată, iar condensatorul C2 este descărcat la sarcină. Apoi, când tranzistorul se oprește, tensiunea pe inductor „deschide” dioda și energia stocată în inductor încarcă condensatorul C2 (și alimentează simultan sarcina). În circuitul de mai sus (spre deosebire de sursa fără corecție), condensatorul C1 are o capacitate mică și servește la filtrare interferențe de înaltă frecvență. Frecvența de conversie este de 50...100 kHz. În cel mai simplu caz, circuitul funcționează cu un ciclu de lucru constant. Există modalități de a crește eficiența corecției prin modificarea dinamică a ciclului de lucru (potrivirea ciclului cu anvelopa de tensiune de la redresorul de la rețea).

Circuitul „boost converter” poate funcționa în trei moduri: continuu , discret si asa-zisa mod critic de conducere". V discretîn fiecare perioadă, curentul inductor are timp să „scădeze” la zero și după un timp începe să crească din nou, iar în continuu- curentul, neavând timp să ajungă la zero, începe din nou să crească. Modul conductivitate critică mai rar folosit decât precedentele două. Este mai greu de implementat. Semnificația sa este că MOSFET-ul se deschide în momentul în care ajunge curentul inductorului valoare zero. Când funcționează în acest mod, este mai ușor să reglați tensiunea de ieșire.

Alegerea modului depinde de puterea de ieșire necesară a sursei de alimentare. La dispozitivele cu o putere mai mare de 400 W se folosește modul continuu, iar la cele cu putere redusă, modul discret. Corecția activă a factorului de putere permite atingerea unor valori de 0,97...0,99 cu THD (Total Harmonic Distorsion) în intervalul 0,04...0,08.

Surse de alimentare liniare și comutatoare

Să începem cu elementele de bază. Sursa de alimentare a computerului îndeplinește trei funcții. În primul rând, curentul alternativ de la sursa de alimentare de uz casnic trebuie convertit în curent continuu. A doua sarcină a PSU este reducerea tensiunii de 110-230 V, care este redundantă pentru electronica computerului, la valorile standard cerute de convertoarele de putere. componente individuale PC, - 12 V, 5 V și 3,3 V (precum și tensiuni negative, despre care vom vorbi puțin mai târziu). În cele din urmă, PSU joacă rolul unui stabilizator de tensiune.

Există două tipuri principale de surse de alimentare care îndeplinesc aceste funcții - liniare și comutatoare. Cea mai simplă PSU liniară se bazează pe un transformator, pe care tensiunea de curent alternativ este redusă la valoarea necesară, iar apoi curentul este redresat printr-o punte de diode.

Cu toate acestea, PSU este, de asemenea, necesar să stabilizeze tensiunea de ieșire, ceea ce se datorează atât instabilității tensiunii din rețeaua casnică, cât și căderii de tensiune ca răspuns la o creștere a curentului în sarcină.

Pentru a compensa căderea de tensiune, într-o sursă de alimentare liniară, transformatorul este dimensionat pentru a furniza puterea în exces. Apoi, la un curent mare în sarcină, se va respecta tensiunea necesară. In orice caz, supratensiune, care se va produce fără niciun mijloc de compensare la curent scăzut în sarcina utilă, este de asemenea inacceptabil. Tensiunea excesivă este eliminată prin includerea unei sarcini neutile în circuit. În cel mai simplu caz, acesta este un rezistor sau un tranzistor conectat printr-o diodă Zener. Într-unul mai avansat, tranzistorul este controlat de un microcircuit cu comparator. Oricum ar fi, puterea în exces este pur și simplu disipată sub formă de căldură, ceea ce afectează negativ eficiența dispozitivului.

În circuitul de alimentare în comutație, apare o altă variabilă, de care depinde și tensiunea de ieșire, pe lângă cele două deja disponibile: tensiunea de intrare și rezistența de sarcină. În serie cu sarcina există o cheie (care în cazul care ne interesează este un tranzistor), controlată de microcontroler în modul modularea lățimii impulsului(PWM). Cu cât durata stărilor deschise ale tranzistorului este mai mare în raport cu perioada lor (acest parametru se numește ciclu de lucru, în terminologia rusă se folosește valoarea inversă - ciclul de funcționare), cu atât tensiunea de ieșire este mai mare. Datorită prezenței unei chei, o sursă de alimentare comutată se mai numește și sursă de alimentare în mod comutat (SMPS).

Niciun curent nu trece printr-un tranzistor închis, iar rezistența unui tranzistor deschis este în mod ideal neglijabilă. În realitate, un tranzistor deschis are rezistență și disipează o parte din putere sub formă de căldură. De asemenea, tranziția între stările tranzistorului nu este perfect discretă. Și totuși, eficiența unei surse de curent pulsat poate depăși 90%, în timp ce eficiența unei surse de alimentare liniare cu stabilizator în cel mai bun caz ajunge la 50%.

Un alt avantaj al comutării surselor de alimentare este o reducere radicală a dimensiunii și greutății transformatorului în comparație cu sursele de alimentare liniare de aceeași putere. Se știe că cu cât este mai mare frecvența curentului alternativ în înfășurarea primară a transformatorului, cu atât este mai mică dimensiunea necesară a miezului și numărul de spire ale înfășurării. Prin urmare, tranzistorul cheie din circuit este plasat nu după, ci înaintea transformatorului și, pe lângă stabilizarea tensiunii, este folosit pentru a produce curent alternativ. frecventa inalta(pentru sursele de alimentare de computer, aceasta este de la 30 la 100 kHz și mai mare și, de regulă, - aproximativ 60 kHz). Un transformator care funcționează la o frecvență de 50-60 Hz, pentru puterea necesară unui computer standard, ar fi de zece ori mai masiv.

PSU-urile liniare astăzi sunt utilizate în principal în cazul dispozitivelor de putere redusă, când electronica relativ complexă necesară pentru o sursă de alimentare comutată este un element de cost mai sensibil în comparație cu un transformator. Acestea sunt, de exemplu, surse de alimentare de 9 V care sunt folosite pentru pedalele de efecte de chitară și o dată pentru console de jocuriși așa mai departe.Dar încărcătoarele pentru smartphone-uri sunt deja în întregime pulsate - aici costurile sunt justificate. Datorită amplitudinii semnificativ mai mici a ondulației de tensiune la ieșire, sursele de alimentare liniare sunt, de asemenea, utilizate în zonele în care această calitate este solicitată.

⇡ Schema generală a sursei de alimentare standard ATX

BP calculator desktop este o sursă de alimentare în comutație, a cărei intrare este alimentată cu tensiunea unei surse de alimentare de uz casnic cu parametri de 110/230 V, 50-60 Hz, iar la ieșire există un număr de linii de curent continuu, principalele care au un rating de 12, 5 și 3,3 V. În plus, PSU oferă -12V și uneori și tensiunea de -5V necesară pentru magistrala ISA. Dar acesta din urmă a fost la un moment dat exclus din standardul ATX din cauza încetării suportului pentru ISA în sine.

În schema simplificată a unei surse de alimentare cu comutație standard prezentată mai sus, pot fi distinse patru etape principale. În aceeași ordine, luăm în considerare componentele surselor de alimentare în recenzii, și anume:

1. filtru EMI - interferență electromagnetică (filtru RFI);
2. circuit primar - redresor de intrare (redresor), tranzistori cheie (comutator) care creează curent alternativ de înaltă frecvență pe înfășurarea primară a transformatorului;
3. transformator principal;
4. circuit secundar - redresoare de curent din înfășurarea secundară a transformatorului (redresoare), filtre de netezire la ieșire (filtrare).

⇡ Filtru EMI

Filtrul de la intrarea PSU servește la suprimarea a două tipuri de interferențe electromagnetice: diferențială (mod diferențial) - atunci când curentul de interferență curge în laturi diferiteîn liniile electrice și modul comun (mod comun) - când curentul curge într-o singură direcție.

Zgomotul diferențial este suprimat de un condensator CX (condensator mare de film galben în fotografia de mai sus) conectat în paralel cu sarcina. Uneori, pe fiecare fir este agățat suplimentar un șoc, care îndeplinește aceeași funcție (nu în diagramă).

Filtrul de mod comun este format din condensatoare CY (condensatoare ceramice în formă de lacrimă albastră din fotografie), într-un punct comun care conectează liniile de alimentare la masă și așa-numitele. șoc de mod comun (choke de mod comun, LF1 în diagramă), curentul în cele două înfășurări ale căruia curge în aceeași direcție, ceea ce creează rezistență la zgomotul de mod comun.

În modelele ieftine, se instalează set minim piesele de filtru, în circuitele descrise mai scumpe formează legături repetate (în întregime sau parțial). În trecut, nu era neobișnuit să vezi unități de alimentare fără filtru EMI. Acum, aceasta este mai degrabă o excepție curioasă, deși atunci când cumpărați o sursă de alimentare foarte ieftină, puteți încă să întâlniți o astfel de surpriză. Ca urmare, nu numai și nu atât de mult computerul în sine va avea de suferit, ci și alte echipamente incluse în rețeaua de uz casnic - sursele de alimentare cu impulsuri sunt sursă puternică interferență.

În zona filtrului unui PSU bun, puteți găsi mai multe detalii care protejează dispozitivul în sine sau proprietarul său de deteriorare. Există aproape întotdeauna un simplu siguranța pentru a proteja împotriva scurt circuit(F1 pe diagramă). Rețineți că atunci când siguranța se arde, obiectul protejat nu mai este sursa de alimentare. Dacă a avut loc un scurtcircuit, înseamnă că tranzistoarele cheie au spart deja și este important să preveniți cel puțin aprinderea cablurilor electrice. Dacă o siguranță se arde brusc în PSU, atunci cel mai probabil este inutil să o schimbați cu una nouă.

Separat, protecție împotriva termen scurt supratensiuni folosind un varistor (MOV - Metal Oxide Varistor). Dar nu există mijloace de protecție împotriva creșterii prelungite a tensiunii în sursele de alimentare ale computerelor. Această funcție este îndeplinită de stabilizatori externi cu transformator propriu în interior.

Condensatorul din circuitul PFC după redresor poate păstra o încărcare semnificativă după ce a fost deconectat de la sursa de alimentare. Pentru ca o persoană neglijentă care își pune degetul în conectorul de alimentare să nu fie șocată, între fire este instalat un rezistor de descărcare de mare valoare (rezistor de purtare). Într-o versiune mai sofisticată - împreună cu un circuit de control care previne scurgerea încărcăturii atunci când dispozitivul este în funcțiune.

Apropo, prezența unui filtru în sursa de alimentare a computerului (și în sursa de alimentare a monitorului și aproape orice tehnologia calculatoarelor este și acolo) înseamnă că cumpărarea unui „protector de supratensiune” separat în locul unui prelungitor convențional, în general, este inutilă. El are la fel înăuntru. Singura condiție în orice caz este cablarea normală cu trei pini cu împământare. În caz contrar, condensatorii CY conectați la masă pur și simplu nu își vor putea îndeplini funcția.

⇡ Redresor de intrare

După filtru, curentul alternativ este convertit în curent continuu folosind o punte de diode - de obicei sub forma unui ansamblu într-o carcasă comună. Un radiator separat pentru răcirea podului este binevenit. Un pod asamblat din patru diode discrete este un atribut al surselor de alimentare ieftine. De asemenea, puteți întreba ce curent este proiectat puntea pentru a determina dacă se potrivește cu puterea alimentatorului în sine. Deși acest parametru, de regulă, există o marjă bună.

⇡ Bloc PFC activ

Într-un circuit de curent alternativ cu o sarcină liniară (cum ar fi o lampă cu incandescență sau o sobă electrică), curentul care curge urmează aceeași sinusoidă ca și tensiunea. Dar nu este cazul dispozitivelor care au un redresor de intrare, cum ar fi comutarea surselor de alimentare. Sursa de alimentare trece curentul în impulsuri scurte, care coincid aproximativ în timp cu vârfurile undei sinusoidale de tensiune (adică, tensiunea instantanee maximă), atunci când condensatorul de netezire a redresorului este reîncărcat.

Semnalul de curent distorsionat este descompus în mai multe oscilații armonice în total cu o sinusoidă de o amplitudine dată (un semnal ideal care ar apărea cu o sarcină liniară).

Puterea folosită pentru a se angaja muncă utilă(care, de fapt, este încălzirea componentelor PC-ului), este indicat în caracteristicile PSU și se numește activ. Restul energiei generate vibratii armonice curentul se numește reactiv. Nu face nicio lucrare utilă, dar încălzește firele și pune presiune pe transformatoare și alte echipamente de alimentare.

Suma vectorială a puterii reactive și active se numește putere aparentă. Iar raportul dintre puterea activă și puterea maximă se numește factor de putere (factor de putere) - nu trebuie confundat cu eficiența!

Un PSU cu comutare are un factor de putere destul de scăzut inițial - aproximativ 0,7. Pentru un consumator privat, puterea reactivă nu este o problemă (din fericire, nu este luată în calcul de contoarele de energie electrică), decât dacă folosește un UPS. Tocmai cade pe neîntreruptibil toata putereaîncărcături. La scara unui birou sau a unei rețele de oraș, puterea reactivă în exces generată de comutarea surselor de alimentare deja reduce semnificativ calitatea sursei de alimentare și provoacă costuri, astfel că este combatată activ.

În special, marea majoritate a surselor de alimentare pentru computere sunt echipate cu circuite corectare activă factor de putere (PFC activ). Unitatea cu PFC activ este ușor de identificat prin singurul condensator mare și inductor instalat după redresor. În esență, Active PFC este un alt convertor de comutare care menține o încărcare constantă pe condensator cu o tensiune de aproximativ 400 V. În acest caz, curentul de la rețea este consumat prin impulsuri scurte, a căror lățime este aleasă astfel încât semnalul este aproximată printr-o sinusoidă - care este necesară pentru a simula o sarcină liniară. Pentru a sincroniza semnalul de cerere curent cu unda sinusoidală de tensiune, controlerul PFC are o logică specială.

Circuitul PFC activ conține una sau două tranzistoare cheie și o diodă puternică, care sunt plasate pe același radiator cu tranzistoarele cheie ale convertorului principal de alimentare. De regulă, controlerul PWM al cheii convertizorului principal și cheia PFC activă sunt un singur cip (Combo PWM/PFC).

Factorul de putere al comutării surselor de alimentare cu PFC activ ajunge la 0,95 și mai mult. În plus, au un avantaj suplimentar - nu necesită un întrerupător de rețea de 110/230 V și un dublator de tensiune corespunzător în interiorul alimentatorului. Majoritatea circuitelor PFC digeră tensiuni de la 85 la 265 V. În plus, sensibilitatea PSU la căderile de tensiune pe termen scurt este redusă.

Apropo, pe lângă corecția PFC activă, există și una pasivă, care presupune instalarea unui inductor cu inductanță mare în serie cu sarcina. Eficacitatea sa este scăzută și este puțin probabil să găsiți acest lucru într-un PSU modern.

⇡ Traductor principal

Principiul general de funcționare pentru toate sursele de alimentare cu impulsuri ale unei topologii izolate (cu un transformator) este același: tranzistorul cheie (sau tranzistoarele) creează un curent alternativ pe înfășurarea primară a transformatorului, iar controlerul PWM controlează ciclul de funcționare. a comutării lor. Cu toate acestea, circuitele specifice diferă atât în ​​ceea ce privește numărul de tranzistori cheie și alte elemente, cât și în caracteristici de calitate: eficiență, formă de undă, interferență etc. Dar aici prea multe depind de implementarea specifică pe care merită să ne concentrăm. Pentru cei interesați, vă prezentăm un set de diagrame și un tabel care le va permite identificarea lor în dispozitive specifice prin compoziția pieselor.

	tranzistoare	Diode	Condensatoare	Picioarele înfășurării primare a transformatorului
Un singur tranzistor înainte	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

Pe lângă topologiile de mai sus, în PSU-urile scumpe există versiuni rezonante (rezonante) ale Half Bridge, care sunt ușor de identificat printr-un inductor suplimentar mare (sau două) și un condensator care formează un circuit oscilator.

Un singur tranzistor înainte

⇡ Circuit secundar

Circuitul secundar este tot ceea ce este după înfășurarea secundară a transformatorului. În majoritatea surselor de alimentare moderne, transformatorul are două înfășurări: 12 V este îndepărtat de la una dintre ele și 5 V este îndepărtat de la cealaltă. Curentul este mai întâi redresat folosind un ansamblu de două diode Schottky - una sau mai multe pe magistrală (pe magistrala cea mai puternic încărcată - 12 V - există patru ansambluri în surse de alimentare puternice). Mai eficiente din punct de vedere al eficienței sunt redresoarele sincrone, care folosesc tranzistori cu efect de câmp în loc de diode. Dar aceasta este apanajul PSU-urilor cu adevărat avansate și scumpe care revendică certificatul 80 PLUS Platinum.

Sina de 3,3 V este, de obicei, derivată din aceeași înfășurare ca și șina de 5 V, doar tensiunea este redusă cu un choke saturabil (Mag Amp). O înfășurare specială pe un transformator de 3,3 V este o opțiune exotică. Dintre tensiunile negative din standardul actual ATX, rămâne doar -12 V, care este îndepărtat din înfășurarea secundară sub magistrala de 12 V prin diode separate de curent scăzut.

Controlul cu cheie PWM al convertorului schimbă tensiunea pe înfășurarea primară a transformatorului și, prin urmare, pe toate înfășurările secundare simultan. În același timp, consumul de curent de către computer nu este în niciun caz distribuit uniform între magistralele PSU. În hardware-ul modern, magistrala cea mai încărcată este 12-V.

Sunt necesare măsuri suplimentare pentru stabilizarea separată a tensiunii pe diferite magistrale. Mod clasic implică utilizarea unui sufoc stabilizarea grupului. Trei anvelope principale sunt trecute prin înfășurările sale și, ca urmare, dacă curentul crește pe o magistrală, atunci tensiunea scade pe celelalte. Să presupunem că curentul a crescut pe magistrala de 12 V și, pentru a preveni căderea de tensiune, controlerul PWM a redus ciclul de lucru al tranzistoarelor cheie. Ca urmare, tensiunea de pe magistrala de 5 V ar putea depăși limitele permise, dar a fost suprimată de inductorul de stabilizare a grupului.

Tensiunea șinei de 3,3 V este reglată suplimentar de un alt șoc saturabil.

Într-o versiune mai avansată, stabilizarea separată a magistralelor de 5 și 12 V este furnizată datorită șocurilor saturabile, dar acum acest design în PSU-uri scumpe de înaltă calitate a făcut loc convertoarelor DC-DC. V ultimul caz transformatorul are o singură înfășurare secundară cu o tensiune de 12 V, iar tensiunile de 5 V și 3,3 V se obțin prin convertoare DC. Această metodă este cea mai favorabilă pentru stabilitatea tensiunii.

Filtru de ieșire

Etapa finală pe fiecare șină este un filtru care netezește ondulația de tensiune cauzată de tranzistoarele cheie. În plus, pulsațiile redresorului de intrare, a căror frecvență este egală cu dublul frecvenței rețelei, trec într-un grad sau altul în circuitul secundar al unității de alimentare.

Filtrul de ondulare include un șoc și condensatori capacitate mare. Sursele de alimentare de înaltă calitate se caracterizează printr-o capacitate de cel puțin 2.000 de microfaradi, dar producătorii de modele ieftine au o rezervă pentru economii atunci când instalează condensatori, de exemplu, de jumătate din valoare, ceea ce afectează inevitabil amplitudinea ondulației.

⇡ Alimentare în standby +5VSB

O descriere a componentelor sursei de alimentare ar fi incompletă fără a menționa tensiunea de așteptare de 5 V, care face posibilă dormirea computerului și asigură funcționarea tuturor dispozitivelor care trebuie pornite tot timpul. „Camera de serviciu” este alimentată de un convertor separat de impulsuri cu un transformator de putere redusă. În unele surse de alimentare, există și un al treilea transformator utilizat în circuit părere pentru a izola controlerul PWM de circuitul primar al convertorului principal. În alte cazuri, această funcție este realizată de optocuplere (LED și fototranzistor într-un singur pachet).

⇡ Metodologia de testare a sursei de alimentare

Unul dintre principalii parametri ai PSU este stabilitatea tensiunii, care se reflectă în așa-numitul. caracteristica de sarcină încrucișată. KNKH este o diagramă în care curentul sau puterea de pe magistrala de 12 V este reprezentată pe o axă, iar curentul sau puterea totală de pe magistralele de 3,3 și 5 V este reprezentată pe cealaltă. La punctele de intersecție, pentru diferite valori a ambelor variabile, abaterea de tensiune de la nominală de către o anvelopă sau alta. În consecință, publicăm două CNH-uri diferite - pentru magistrala de 12 V și pentru magistrala de 5 / 3,3 V.

Culoarea punctului înseamnă procentul de abatere:

• verde: ≤ 1%;
• verde deschis: ≤ 2%;
• galben: ≤ 3%;
• portocaliu: ≤ 4%;
• roșu: ≤ 5%.
• alb: > 5% (nu este permis de standardul ATX).

Pentru a obține CNC, se folosește un stand de testare a sursei de alimentare personalizat, care creează o sarcină datorită disipării căldurii pe tranzistoare puternice cu efect de câmp.

Un alt test la fel de important este determinarea intervalului de ondulații la ieșirea PSU. Standardul ATX permite ondulații în intervalul de 120 mV pentru o magistrală de 12 V și 50 mV pentru o magistrală de 5 V. Există ondulații de înaltă frecvență (la frecvența dublă a tastei convertizorului principal) și ondulații de joasă frecvență (la de două ori frecvența rețelei). ).

Măsurăm acest parametru utilizând osciloscopul USB Hantek DSO-6022BE la sarcina maximă a PSU, specificată de specificații. Pe oscilograma de mai jos, graficul verde corespunde magistralei de 12 V, galben - 5 V. Se poate observa că ondulațiile sunt în intervalul normal și chiar cu o marjă.

Pentru comparație, prezentăm o imagine a ondulațiilor la ieșirea sursei de alimentare a unui computer vechi. Acest bloc nu a fost grozav inițial, dar în mod clar nu s-a îmbunătățit în timp. Judecând după intervalul de ondulații de joasă frecvență (rețineți că diviziunea de bază a tensiunii este crescută la 50 mV pentru a se potrivi cu oscilațiile de pe ecran), condensatorul de netezire de la intrare a devenit deja inutilizabil. Ondularea de înaltă frecvență pe magistrala de 5 V este în pragul unui 50 mV acceptabil.

Următorul test determină eficiența unității la o sarcină de 10 până la 100% din putere nominală(prin compararea puterii de ieșire cu puterea de intrare măsurată cu un wattmetru de uz casnic). Pentru comparație, graficul arată criteriile pentru diferite categorii 80 PLUS. Cu toate acestea, nu trezește prea mult interes în zilele noastre. Graficul arată rezultatele primului PSU Corsair în comparație cu Antec-ul foarte ieftin, iar diferența nu este atât de mare.

O problemă mai presantă pentru utilizator este zgomotul de la ventilatorul încorporat. Este imposibil să o măsuram direct lângă bancul de testare al sursei de alimentare, așa că măsuram viteza de rotație a rotorului cu un tahometru laser - tot la putere de la 10 la 100%. În graficul de mai jos, puteți vedea că la sarcină scăzută pe acest PSU, ventilatorul de 135 mm menține un RPM scăzut și nu se aude deloc. La sarcina maximă, zgomotul poate fi deja distins, dar nivelul este încă destul de acceptabil.

articole

Avantajele și dezavantajele unei surse de alimentare PFC active

Funcționarea stabilă a unui computer depinde direct de tensiunea de calitate pe care o alimentam. Întrucât mulți dintre noi nu sunt capabili să controleze calitatea tensiunii din rețea, dar putem, cu ajutorul unei surse de alimentare bune, să ne asigurăm împotriva problemelor nedorite.
Așadar, procesoarele moderne multi-core, plăcile video (a devenit la modă să le punem în perechi), diverse dispozitive USB (deseori alimentate de un computer) ne obligă să achiziționăm surse de alimentare (PSU-uri) din ce în ce mai puternice. Între timp, aproape toate sursele de alimentare moderne ale mărcilor respectate cu o putere de 450 W sau mai mult sunt echipate cu dispozitive de corectare a factorului de putere ( PFC - Corecția factorului de putere).

Ce este PFC și ce obținem din el?

RFC pasiv

Este cel mai simplu și mai comun și este un inductor convențional de mare capacitate (și dimensiune), conectat în serie cu sursa de alimentare. Trebuie să spun că practic nu rezolvă problema și ocupă mult spațiu.

PFC activ

Este o altă sursă de alimentare în comutație, în plus, crește tensiunea. Factorul de putere rezultat al unei astfel de unități poate ajunge la 0,95...0,98 atunci când funcționează la sarcină maximă.
Pe lângă faptul că PFC activ oferă un factor de putere apropiat de cel ideal, îmbunătățește și funcționarea sursei de alimentare - stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a regulatorului principal al unității: unitatea devine vizibil mai puțin sensibilă la tensiunea de rețea redusă.
De asemenea, atunci când se utilizează un PFC activ, blocurile cu o sursă de alimentare universală de 110 ... 230V sunt dezvoltate destul de ușor, care nu necesită comutarea manuală a tensiunii de rețea.
De asemenea, utilizarea unui PFC activ îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul căderilor de tensiune de rețea de scurtă durată (fracții de secundă) - în astfel de momente, unitatea funcționează datorită energiei condensatoarelor redresorului de înaltă tensiune. Un alt avantaj al folosirii PFC activ este mai mult nivel scăzut interferențe de înaltă frecvență pe liniile de ieșire, adică astfel de surse de alimentare sunt recomandate pentru utilizare într-un PC cu periferice proiectate să funcționeze cu material audio/video analogic.

Într-un cuvânt, totul vorbește în favoarea utilizării unei surse de alimentare cu PFC activ - el este cel care va oferi acea benzină de înaltă calitate pentru computerele noastre!
O problemă ascunsă despre care nu știam: UPS pentru PSU-uri cu PFC activ

Deci, ați cumpărat un computer - nu ați economisit bani pentru sursa de alimentare și toate celelalte. Munca, joacă, totul este în ordine - sufletul se bucură. Din păcate, nu totul este atât de ușor și simplu pe cât ne-am dori, deoarece rețeaua noastră nu este ideală, ne vom ocupa de supratensiuni și defecțiuni ale energiei electrice.
Ei bine, totul este simplu, zici tu. Cumpărați un UPS (Sursă de alimentare neîntreruptibilă - sursă de alimentare neîntreruptibilă), inserați un monitor și o unitate de sistem în el și veți avea întotdeauna timp să închideți Windows. Principalul lucru este că puterea UPS-ului (aka UPS - Uninterruptible Power Supply) se potrivește cu puterea sursei de alimentare a computerului plus consumul de energie al monitorului.
Dar adevărul este că funcționarea unui PSU cu un PFC activ în combinație cu UPS-uri ieftine care emit un semnal în trepte atunci când funcționează pe baterii poate duce la defecțiuni ale computerului, așa că producătorii recomandă utilizarea unui UPS în astfel de cazuri. clasă inteligentă, care emite întotdeauna un semnal sinusoidal.
Mai este o nuanță. Toate UPS-urile sunt împărțite aproximativ în funcționare redundantă, interactivă pe linie și funcționare continuă (OnLine). Pentru primele două, timpul de comutare a puterii de la rețea externă pe baterii este de câteva milisecunde, iar acest lucru este suficient în cazul surselor de alimentare convenționale. Dar o unitate de alimentare cu PFC activ în cazul unei pene de curent crește instantaneu și dramatic consumul de energie electrică de câteva ori. În acest caz, sursa dvs. de alimentare neîntreruptibilă fie se oprește, fie se arde, iar computerul este scos de sub tensiune în caz de urgență, cu toate consecințele hardware, software și financiare.

Există 4 opțiuni pentru a ieși din această situație:

Din moment ce ați achiziționat o sursă de alimentare rece cu compensare a puterii active, iar electricitatea dvs. dispare sau pur și simplu sare (ca și în alte părți din țara noastră, unde rețelele electrice nu sunt concepute pentru computerizare universală), și nu puteți numi vesel existența fără o sursă de alimentare neîntreruptibilă. , apoi alegeți o soluție problemelor ei înșiși.

1. Cel mai ieftin(dar nu întotdeauna acceptabil). Schimbați alimentatorul cu altul fără un PFC activ.

2. Fă fără UPS. Acest lucru este plin de faptul că placa de bază se poate arde (costuri financiare), sistemul poate zbura (timp petrecut pentru reinstalarea acesteia), dar cel mai rău lucru este că un șurub poate fi acoperit și toată munca ta poate fi acoperită cu un bazin de cupru chiar înainte de livrarea către client.

3. Cea mai sigură cale de ieșire(nu este ieftin, costă - de la 300 USD). Achiziționarea de UPS continuu (OnLine). În astfel de surse sursă de alimentare neîntreruptibilă se foloseste tehnologia de dubla conversie care asigura protectie excelenta, Cum calculatoare convenționale, și servere.

Mecanismul de conversie a tensiunii duble vă permite să eliminați toate interferențele care apar în rețeaua de alimentare. Redresorul se convertește Tensiune AC rețea la permanent. Tensiunea DC este utilizată pentru a încărca bateriile și a alimenta invertorul. Invertorul convertește tensiunea DC în AC (cu o formă de undă sinusoidală), care alimentează în mod continuu computerul.
In lipsa tensiunii de retea, invertorul este alimentat de baterii, astfel incat calculatorul nu va ramane fara curent electric nici macar o clipa!

4. De asemenea, o ieșire. Nu mai ieftin decât precedentul, dar mai greoi - aceasta este achiziționarea unui UPS de tip Smart interactiv cu linie (cu undă sinusoidală la ieșire) cu o rezervă de putere de 3-5 ori (aceasta este o condiție obligatorie!). Va costa în aceeași gamă ca și OnLine, dar va cântări mult mai mult! Iar ventilatorul din el va fi mai puternic (și mai tare).
Acestea sunt minele pe care lumea calculatoarelor le-a pus în portofelele utilizatorilor naivi :))) Poate tu, dragă cititor, crezi că exagerăm problema? - Deloc. Deci, pe site-urile web ale producătorilor de UPS de renume (de exemplu, APC) scriu despre asta - ei spun că UPS-urile de rezervă și interactive cu PFC active nu funcționează!

Buna seara prieteni!

Cu siguranță mulți dintre voi ați văzut literele misterioase „PFC” pe sursa de alimentare a computerului. Să spunem imediat că cel mai probabil nu vor fi aceste litere pe cele mai ieftine blocuri. Vrei să-ți spun acest secret teribil? Fiți atenți!

Ce este PFC?

PFC este un acronim pentru Power Factor Correction. Înainte de a descifra acest termen, să ne amintim ce tipuri de putere există.

Putere activă și reactivă

Chiar și la cursul de fizică din școală ni s-a spus că puterea poate fi activă și reactivă.

Puterea activă face o muncă utilă, în special, fiind eliberată sub formă de căldură.

Exemple clasice sunt fierul de călcat și lampa cu incandescență. Un fier de călcat și un bec sunt aproape o sarcină pur activă, tensiunea și curentul pe o astfel de sarcină sunt în fază.

Dar există și o sarcină cu reactivitate - inductivă (motoare electrice) și capacitivă (condensatoare). În circuitele reactive, există o defazare între curent și tensiune, așa-numitul cosinus φ (Phi).

Curentul poate întârzia tensiunea (într-o sarcină inductivă) sau o poate conduce (într-o sarcină capacitivă).

Puterea reactivă nu produce muncă utilă, ci doar atârnă de la generator la sarcină și invers, încălzind inutil fire .

Aceasta înseamnă că cablurile trebuie să aibă o marjă.

Cu cât defazajul dintre curent și tensiune este mai mare, cu atât mai multă putere este irosită pe fire.

Putere reactivă în sursa de alimentare

Într-un computer, după puntea redresorului, există condensatori de o capacitate suficient de mare. Astfel, există o componentă de putere reactivă. Dacă computerul este folosit acasă, atunci de obicei nu există probleme. Puterea reactivă nu este înregistrată de un contor de electricitate de uz casnic convențional.

Dar într-o clădire în care sunt instalate o sută sau o mie de calculatoare, trebuie luată în considerare puterea reactivă!

Valoarea tipică a cosinusului Phi pentru sursele de alimentare pentru computer fără corecție este de aproximativ 0,7, adică cablarea trebuie calculată cu o marjă de putere de 30%.

Cu toate acestea, problema nu se limitează la sarcina excesivă pe fire!

În sursa de alimentare în sine, curentul trece prin tensiunea înaltă de intrare sub formă de impulsuri scurte. Lățimea și amplitudinea acestor impulsuri pot varia în funcție de sarcină.

O amplitudine mare a curentului afectează negativ condensatoarele și diodele de înaltă tensiune, reducându-le durata de viață. Dacă diodele redresoare sunt alese „back to back” (ceea ce este adesea cazul la modelele ieftine), atunci fiabilitatea întregii surse de alimentare este redusă și mai mult.

Cum se realizează corecția factorului de putere?

Pentru combaterea tuturor acestor fenomene se folosesc dispozitive care cresc factorul de putere.

Ele sunt împărțite în active și pasive.

Circuitul PFC pasiv este o bobine conectată între redresor și condensatorii de înaltă tensiune.

Un șoc este o inductanță care are o rezistență reactivă (mai precis, complexă).

Natura reactivității sale este opusă capacitate condensatoare, deci are loc o anumită compensare. Inductanța inductorului împiedică creșterea curentului, impulsurile de curent sunt ușor întinse, amplitudinea lor scade.

Cu toate acestea, cosinusul φ crește nesemnificativ și nu există un câștig mare în puterea reactivă.

Pentru compensații mai semnificative, aplicați circuite PFC active.

Circuitul activ ridică cosinusul φ la 0,95 și mai mult. Circuitul activ conține un convertor de amplificare bazat pe un inductor (choke) și elemente de comutare a puterii, care sunt controlate de un controler separat. Inductorul stochează periodic energie, apoi o cedează.

La ieșirea PFC, există un condensator electrolitic de filtrare, dar de o capacitate mai mică. O sursă de alimentare cu PFC activ este mai puțin sensibilă la „scăderi” pe termen scurt ale tensiunii de alimentare i, ceea ce este un avantaj. Cu toate acestea, aplicația circuit activ crește costul construcției.

În concluzie, observăm că prezența PFC într-o anumită unitate de alimentare poate fi identificată prin literele „PFC” sau „Active PFC”. Cu toate acestea, pot exista cazuri în care inscripțiile nu sunt adevărate.

Puteți judeca fără ambiguitate prezența unui circuit pasiv după prezența unei clapete de accelerație destul de grele și a unuia activ prin prezența unui alt radiator cu elemente de putere (ar trebui să fie trei în total).

Asta e, prieteni! Sursa computerului este vicleană, nu-i așa?

Toate cele bune!

Ne vedem pe blog!

Buna din nou!..
Din păcate, articolul meu a fost întârziat, pentru că. a apărut un proiect de lucru urgent și au mai fost dificultăți interesante la implementarea corectorului factorului de putere ( mai departe KKM). Și au fost cauzate de următoarele - în producția noastră, pentru a controla KKM, folosim un microcircuit „personalizat”, pe care Austria, mai ales în 1941, prietenos, mai ales în 1941, îl produce pentru sarcinile noastre și, în consecință, nu poate fi găsit pe vânzare. Prin urmare, a apărut sarcina de a reface acest modul pentru o bază elementară accesibilă, iar alegerea mea a căzut pe un cip de controler PWM - L6561.
De ce este ea? Accesibilitate banală, sau mai degrabă găsit-o în „Chip & Dip”, am citit fișa tehnică - mi-a plăcut. Am comandat 50 de bucăți deodată, pentru că. mai ieftin și în proiectele mele de amatori am deja câteva sarcini pentru ea.

Acum despre principalul lucru: în acest articol vă voi spune cât de aproape de la zero mi-am amintit designul convertoarelor cu un singur ciclu ( s-ar părea ce caută ei aici), de ce a ucis o duzină de chei și cum poți evita asta. Această parte va spune teoria și ce se întâmplă dacă o neglijezi. Implementarea practică va fi lansată în partea următoare, așa cum am promis împreună cu încărcător, deoarece sunt în esență un singur modul și trebuie testate împreună.
Privind în viitor, voi spune că pentru următoarea parte am pregătit deja câteva zeci de fotografii și videoclipuri, unde memoria mea nu este pentru mult timp "recalificat" primul in aparat de sudura iar apoi la sursa de alimentare pt "capră". Cei care lucrează în producție vor înțelege ce fel de animal este și cât consumă pentru a ne ține de cald)))

Și acum la oile noastre...

De ce avem nevoie de acest KKM?

Lucrul principal ghinion Redresorul „clasic” cu condensatori de stocare (acesta este lucrul care transformă 220V AC în + 308V DC), care funcționează dintr-un curent sinusoidal, este că tocmai acest condensator este încărcat (preia energie din rețea) doar în momentele în care tensiunea i se aplică mai mult lui decât lui.

În limbajul uman, slab de inimă și cu grade științifice, nu citi

După cum știm electricitate refuză complet să meargă dacă nu există o diferență de potențial. Direcția fluxului de curent va depinde și de semnul acestei diferențe! Dacă te-ai speriat și ai decis să încerci să-ți încarci mobilul cu o tensiune de 2V, unde bateria Li-ion este proiectată pentru 3,7V, atunci nimic nu va ieși din asta. pentru că curentul va fi dat de sursa care are un potential mai mare, iar cea cu potential mai mic va primi energie.
Totul este ca în viață! Cântărești 60 kg, iar tipul de pe stradă care a venit să te ceară să suni are 120 kg - este clar că va distribui pizdyuly și le vei primi. Așadar, aici - o baterie cu 60 kg 2V nu va putea da curent unei baterii cu 120 kg 3.7V. Cu un condensator la fel, dacă are + 310V și îi aplicați + 200V, atunci va refuza să primească curent și nu se va încărca.

De asemenea, merită remarcat faptul că, pe baza „regula” descrisă mai sus, timpul alocat pentru încărcarea condensatorului va fi foarte mic. În cazul nostru, curentul se modifică după o lege sinusoidală, adică tensiunea necesară va fi doar la vârfurile sinusoidei! Dar condensatorul trebuie să funcționeze, așa că devine nervos și încearcă să se reîncarce. El cunoaște legile fizicii, spre deosebire de unii, și „înțelege” că timpul este scurt și, prin urmare, începe să consume doar un curent uriaș chiar în aceste momente când tensiunea este la vârf. La urma urmei, ar trebui să fie suficient să operați dispozitivul până la următorul vârf.

Câteva despre aceste „vârfuri”:

Figura 1 - Vârfurile în care este încărcat condensatorul

După cum putem vedea, partea din perioada în care EMF ia o valoare suficientă pentru încărcare (figurativ 280-310V) este de aproximativ 10% din perioada completă în rețeaua AC. Se pare că, în loc să luăm în mod constant energia fără probleme din rețea, o scoatem numai în episoade mici, prin urmare „supraîncărcăm” rețeaua. Cu o putere de 1 kW și o sarcină inductivă, curentul în momentul unor astfel de „vârfuri” poate atinge calm valori de 60-80A.

Prin urmare, sarcina noastră este să asigurăm o selecție uniformă a energiei din rețea pentru a nu supraîncărca rețeaua! KKM este cel care ne va permite să realizăm aceasta sarcina pe practică.

Cine este acest KKM al tău?

Corector de putere- Acesta este un convertor de tensiune step-up convențional, cel mai adesea este cu un singur capăt. pentru că folosim modulația PWM, atunci în acest moment cheie publică tensiunea pe condensator este constantă. Dacă stabilizăm tensiunea de ieșire, atunci curentul preluat din rețea este proporțional cu tensiunea de intrare, adică se modifică fără probleme conform unei legi sinusoidale fără vârfurile și salturile de consum descrise anterior.

Circuitul KKM-ului nostru

Apoi am decis să nu-mi schimb principiile și, de asemenea, m-am bazat pe fișa de date a controlerului pe care l-am ales - L6561. Inginerii companiei STMicroelectronics au făcut deja totul pentru mine și, mai precis, au dezvoltat deja circuitul ideal pentru produsul lor.
Da, pot număra totul de la zero și pot petrece o zi sau două cu această afacere, adică toate weekendurile mele și atât de rare, dar mă întreb de ce? Pentru a-mi dovedi că pot, această etapă, din fericire, a trecut de mult)) Aici îmi amintesc o anecdotă cu barbă despre zona bilelor roșii, se spune că un matematician aplică o formulă, iar un inginer scoate un tabel cu zona bilelor roșii... Așa este și în acest caz.

Vă sfătuiesc să acordați imediat atenție faptului că circuitul din fișa de date este proiectat pentru 120 W, ceea ce înseamnă că ar trebui să-l urmăm se adaptează la cei 3 kW ai noștri și solicitări de funcționare extreme.

Acum câteva documentații pentru cele de mai sus:
Fișă de date pe L6561

Dacă ne uităm la pagina 6, vom vedea mai multe diagrame, ne interesează o diagramă cu semnătură Rețea cu gamă largă, care înseamnă din Basurman „pentru funcționarea într-o gamă largă de tensiuni de alimentare” . A fost acest „mod” pe care l-am avut în vedere când vorbeam despre stres extrem. Dispozitivul este considerat universal, adică poate funcționa de la orice rețea standard(de exemplu, în statele 110V) cu un interval de tensiune de 85 - 265V.

Această soluție ne permite să furnizăm UPS-ul nostru cu funcția de stabilizator de tensiune! Pentru mulți, această gamă va părea redundantă și atunci pot face acest modul ținând cont de tensiunea de alimentare de 220V + - 15%. Aceasta este considerată norma și 90% dintre dispozitive în categorie de pret până la 40 de mii de ruble sunt complet lipsite de CCM, iar 10% îl folosesc numai cu calculul abaterilor de cel mult 15%. Acest lucru vă permite fără îndoială să reduceți oarecum costul și dimensiunile, dar dacă nu ați uitat, atunci facem un dispozitiv care trebuie să concureze cu ARS!

Prin urmare, pentru mine, am decis să aleg cea mai corectă variantă și să fac un rezervor indestructibil care poate fi scos chiar și în țară, unde există un aparat de sudură de 100V sau o pompă în puț:


Figura 2 - Soluție de circuit standard oferită de ST

Adaptarea circuitelor standard la sarcinile noastre

a) Când mă uit la această schemă de la LH, primul lucru care îmi vine în minte - trebuie să adăugați un filtru de mod comun!Și pe bună dreptate, pentru că la putere mare, vor începe să „înnebunească” electronicele. Pentru curenți de 15 A sau mai mult, va avea un aspect mai complicat decât mulți sunt obișnuiți să vadă în aceleași surse de alimentare de computer, unde sunt doar 500-600 de wați. Prin urmare, această revizuire va fi un articol separat.

B) Vedem condensatorul C1, puteți lua o formulă complicată și calcula capacitatea necesară și îi sfătuiesc pe cei care vor să se aprofundeze în el să o facă, amintindu-și de electrotehnică 2 cursuri de la orice politehnică într-unul. Dar nu voi face asta, pentru că. conform propriilor mele observații din calcule vechi, îmi amintesc că până la 10 kW această capacitate crește aproape liniar în raport cu creșterea puterii. Adică ținând cont de 1 uF la 100 W, obținem că pentru 3000 W avem nevoie de 30 uF. Acest recipient este ușor de colectat din 7 condensatoare cu film de 4,7 uF și 400V fiecare. Chiar și puțin cu o marjă, pentru că Capacitatea unui condensator este foarte dependentă de tensiunea aplicată.

C) Avem nevoie de un tranzistor de putere serios, pentru că. curentul consumat din rețea se va calcula după cum urmează:


Figura 3 - Calculul curentului nominal pentru PFC

Avem 41,83A. Acum admitem sincer că nu vom putea menține temperatura cristalului tranzistorului în regiunea de 20-25 ° C. Mai degrabă, îl putem învinge, dar va fi scump pentru o astfel de putere. După 750 kW, costul răcirii cu freon sau oxigen lichid este erodat, dar până acum acest lucru este departe de asta))) Prin urmare, trebuie să găsim un tranzistor care poate da 45-50A la o temperatură de 55-60 o C.

Având în vedere că există inductanță în circuit, atunci prefer IGBT tranzistor, pentru cei mai tenace. Curentul limitator trebuie ales pentru cautare, mai intai cam 100A, deoarece acesta este curentul la 25 ° C, cu creșterea temperaturii, curentul comutat limitator al tranzistorului scade.

Câteva despre Cree FET

Am primit literalmente pe 9 ianuarie un colet din State de la prietenul meu cu o grămadă de tranzistori diferiți pentru un test, acest miracol se numește - CREE FET. Nu voi spune că este mega noua tehnologie, de fapt, tranzistorii pe bază de carbură de siliciu au fost fabricați în anii 80, tocmai acum mi-au adus în minte de ce. Eu, ca om de știință în materiale originale și inginer compozit, sunt în general scrupuloasă în ceea ce privește această industrie, așa că am fost foarte interesat de acest produs, mai ales că 1200V a fost declarat la zeci și sute de amperi. Nu le-am putut cumpăra din Rusia, așa că m-am adresat fostului meu coleg de clasă și mi-a trimis amabil o grămadă de mostre și o placă de testare cu înainte.
Pot spune un lucru - au fost cele mai scumpe artificii ale mele!
8 taste au pâlpâit așa că m-am supărat mult timp... De fapt, 1200V este o cifră teoretică pentru tehnologie, 65A declarat s-a dovedit a fi doar un curent pulsat, deși cel nominal era scris clar în documentație. Se pare că a existat un „nominal curent de impuls„Ei bine, sau orice altceva vin chinezii. În general, tot e o prostie, dar există un DAR!
Când am făcut totul CMF10120D corector pentru 300 W, s-a dovedit că pe același radiator și circuit avea o temperatură de 32 ° C față de 43 pentru IGBT, iar acest lucru este foarte semnificativ!
Concluzie despre CREE: tehnologia este brută, dar este promițătoare și cu siguranță TREBUIE să fie.

Drept urmare, după ce m-am uitat prin cataloagele din expozițiile pe care le-am vizitat (un lucru la îndemână, apropo, ala căutare parametrică), am ales două chei, au devenit - IRG7PH50și IRGPS60B120. Ambele sunt la 1200V, ambele sunt la 100+A, dar la deschiderea foii de date, prima cheie a fost eliminată imediat - este capabilă să comute un curent de 100A doar la o frecvență de 1 kHz, ceea ce este dezastruos pentru sarcina noastră. A doua cheie este 120A și o frecvență de 40 kHz, ceea ce este destul de potrivit. Consultați fișa de date la linkul de mai jos și căutați un grafic cu dependența curentului de temperatură:

Figura 4.1 - Grafic cu dependența curentului maxim de frecvența de comutare pentru IRG7PH50, să lăsăm pe seama convertizorului de frecvență

Figura 4.2 - Grafic cu curentul de funcționare la o temperatură dată pentru IRGPS60B120

Aici observăm cifrele prețuite care ne arată că la 125 ° C atât tranzistorul, cât și dioda pot gestiona cu ușurință curenți puțin mai mari de 60A, în timp ce putem implementa conversia la o frecvență de 25 kHz fără probleme și restricții.

D) Dioda D1, trebuie să alegem o diodă cu o tensiune de funcționare de cel puțin 600V și un curent nominal pentru sarcina noastră, adică 45A. Am decis să folosesc acele diode pe care le aveam la îndemână (nu cu mult timp în urmă le-am cumpărat pentru a dezvolta un sudor sub „punte oblic”) acesta este - VS-60EPF12. După cum se vede din marcaj, este de 60A și 1200V. Am pus totul cu o marjă, pentru că. acest prototip este făcut pentru mine și mă simt mult mai calm.
Puteti pune de fapt o dioda de 50-60A si 600V, dar nu exista pret intre varianta de 600 si 1200V.

E) Condensatorul C5, totul este la fel ca în cazul lui C1 - este suficient să creșteți valoarea din fișa de date proporțional cu puterea. Merită să luați în considerare doar că, dacă planificați o sarcină inductivă puternică sau una dinamică cu creșteri rapide de putere (cum ar fi un amplificator de concert de 2 kW), atunci este mai bine să nu economisiți la acest articol.
O sa pun in varianta mea 10 electroliți la 330 uF și 450V, dacă intenționați să alimentați câteva computere, routere și alte mărunțișuri, atunci vă puteți limita la 4 electroliți de 330 microfarad și 450V.

E) R6 - este și șunt de curent, ne va scuti de mâinile strâmbe și de erori accidentale, protejează și circuitul de scurtcircuite și suprasarcină. Lucrul este cu siguranță util, dar dacă ne acționăm ca niște ingineri de la ST, atunci la curenți de 40A vom obține o centrală obișnuită. Există 2 opțiuni aici: un transformator de curent sau un șunt din fabrică cu o cădere de 75mV + amplificator operațional ala LM358.
Prima opțiune este mai simplă și oferă izolație galvanică nodul dat sistem. Cum să calculez transformatorul de curent pe care l-am dat într-un articol anterior, este important să rețineți că protecția va funcționa atunci când tensiunea de pe piciorul 4 crește la 2,5 V (în realitate, până la 2,34 V).
Cunoscând tensiunea și curentul acestui circuit, folosind formulele de la părțile 5 puteți număra ușor transformatorul de curent.

G) Și ultimul punct este șocul de putere. Despre el ceva mai jos.

Choke de putere și calculul său

Dacă cineva citește cu atenție articolele mele și are o memorie excelentă, atunci ar trebui să-și amintească articolul 2 și fotografia nr.5, arată 3 elemente hak pe care le folosim. iti arat din nou:

Figura 5 - Cadre și miez pentru produse de bobinare electrică

În acest modul, vom folosi din nou inelele toroidale preferate din fier pulverizat, doar că de data aceasta nu unul, ci 10 deodată! Și cum ai vrut? 3 kW nu sunt meșteșuguri chinezești pentru tine...

Avem date inițiale:
1) Curent - 45A + 30-40% pentru amplitudinea inductorului, total 58,5A
2) Tensiune de ieșire 390-400V
3) tensiune de intrare 85-265V AC
4) Miez - material -52, D46
5) Clearance - distribuit

Figura 6 - Și din nou, draga Starichok51 ne economisește timp și îl consideră un program CaclPFC

Cred că calculul a arătat tuturor cât de grav ar fi)) 4 inele, da un calorifer, punte de diode, da IGBT - horror!
Regulile de lichidare pot fi citite în articolul „Partea a 2-a”. Înfășurarea secundară pe inele este înfășurată în cantitate - 1 tură.

Rezumatul clapetei:

1) după cum puteți vedea, numărul de inele este deja de 10 bucăți! Acesta este scump, fiecare inel costă aproximativ 140 de ruble, dar ce vom primi în schimb în paragrafele următoare
2) temperatura de funcționare este de 60-70 ° C - acest lucru este absolut ideal, deoarece mulți stabilesc temperatura de funcționare la 125 ° C. Așezăm 85 ° C în producția noastră. De ce s-a făcut asta - pentru un somn odihnitor, plec calm de acasă pentru o săptămână și știu că nimic nu va izbucni, totul înghețat nu se va arde. Cred că prețul pentru asta la 1500r nu este atât de mortal, nu-i așa?
3) Am setat densitatea de curent la un mic 4 A / mm 2, acest lucru va afecta atât căldura, cât și izolația și, în consecință, fiabilitatea.
4) După cum puteți vedea, conform calculului, se recomandă ca capacitatea de după inductor să fie de aproape 3000 de microfaradi, așa că alegerea mea cu 10 electroliți de 330 de microfaradi se potrivește perfect aici. Capacitatea condensatorului C1 s-a dovedit a fi de 15 microfarad, avem o marjă dublă - o puteți reduce la 4 conders de film, puteți lăsa 7 bucăți și va fi mai bine.

Important! Numărul de inele din inductorul principal poate fi redus la 4-5, crescând simultan densitatea curentului la 7-8 A / mm 2. Acest lucru va economisi mulți bani, dar amplitudinea curentului va crește oarecum și, cel mai important, temperatura va crește la cel puțin 135 ° C. Consider că aceasta este o soluție bună pentru invertor de sudare cu 60% duty cycle, dar nu pentru un UPS care rulează non-stop și probabil într-un spațiu destul de limitat.

Ce pot să spun - avem un monstru în creștere)))

Filtru de mod comun

Pentru a înțelege cum diferă circuitele pentru acest filtru pentru curenți de 3 A (alimentarea computerului menționată mai sus) și pentru curenți de 20 A, puteți compara schema de la Google pe ATX cu următoarele:


Figura 7 - schema circuitului filtru de mod comun

Câteva caracteristici:

1) C29 este un condensator pentru filtrarea interferențelor electromagnetice, este marcat "X1". Valoarea sa ar trebui să fie în intervalul 0,001 - 0,5 mF.

2) Accelerația este înfășurată pe miez E42/21/20.

3) Două șocuri pe inele DR7 și DR9 sunt înfășurate pe orice miez dintr-un spray și cu un diametru mai mare de 20 mm. Am înfășurat tot același D46 din material -52 înainte de a umple 2 straturi. Practic, nu există zgomot în rețea, chiar și la puterea nominală, dar acest lucru este de fapt redundant chiar și după înțelegerea mea.

4) Condensatorii C28 și C31 de 0,047 uF și 1 kV și trebuie setați la clasa Y2.

Conform calculului inductanței bobinelor:

1) Inductanța în modul comun ar trebui să fie de 3,2-3,5 mH

2) Inductanța pentru bobinele diferențiale este calculată prin formula:


Figura 8 - Calculul inductanței bobinelor diferențiale fără cuplaj magnetic

Epilog

Folosind dezvoltările competente și profesionale ale inginerilor ST, am reușit să produc, la un cost minim, dacă nu perfect, atunci pur și simplu excelent corectarea factorului de putere activă cu parametri mai buni decât orice Schneider. Singurul lucru de care ar trebui să-ți amintești cu siguranță este cât de mult ai nevoie de el? Și pe baza acestui lucru, ajustați parametrii pentru dvs.

Scopul meu în acest articol a fost doar să arăt procesul de calcul cu posibilitatea de a corecta datele inițiale, astfel încât toată lumea, după ce s-a hotărât asupra parametrilor sarcinilor sale, să calculeze și să producă deja modulul. Sper că am reușit să arăt acest lucru și în următorul articol voi demonstra munca în comun KKM și încărcător din partea 5.