Корректор коэффициента мощности (ККМ) или PFC – применяется в импульсных блоках питания, где мощность превышает 50 Вт. В маломощных ИБП как правило не применяется.
В импульсном блоке питания входная цепь строится по стандартной схеме.
На входе имеется диодный мост, после него устанавливается сглаживающий электролитический конденсатор. Выпрямитель построенный по такой схеме потребляет ток из сети не по синусоидальному закону, а импульсами тока. В этом случае, блоки могут потреблять очень большие токи из сети.
Если рассматривать график работы преобразователя то можно заметить следующее: при выпрямлении переменного тока диодным мостом получаются полу волны синусоидального напряжения.
На выходе устанавливается конденсатор, который заряжается до максимального амплитудного значения. Когда напряжение начинает уменьшаться, то конденсатор начинает разряжаться и при достижении определенного значения следующей полуволны начинает заряжаться, потребляя ток из сети, до достижения максимального значения.
Этот процесс повторяется от полуволны к полуволне. Таким образом потребление тока сосредоточено в очень короткие промежутки времени. Чем больше мощность нагрузки, тем быстрее будет разряжаться конденсатор и тем больше будет время в течении которого он будет заряжаться до амплитудного значения. Это напряжение будет составлять примерно 300 – 310 V (всё зависит от входного напряжения сети).
Так как при проектировании таких блоков необходимо делать пульсации на выходе минимальными, емкость конденсатора выбирается большой величины. Это связано с тем, чтобы конденсатор заряжался на каждой полуволне в течении короткого промежутка времени, при этом ток из сети будет потребляться импульсами. Когда ток заряжает конденсатор, он определяет угол прохождения тока через выпрямитель.
Данный угол называется коэффициентом мощности нагрузки и зависит от импеданса источника питания, емкости конденсатора фильтра и от величины нагрузки. При малой нагрузке величина небольшая, а при увеличении она возрастает до 25-30 градусов. Из этого следует, что ток в нагрузке не является непрерывным, а имеет импульсное значение большой амплитуды с определенными гармониками.
Для устранения потребления тока из сети импульсами, создан ряд определенных устройств, которые называются корректорами коэффициента мощности.
Существуют следующие схемы коррекции:
Для пассивной коррекции коэффициента мощности применяются схемы с индуктивностью во входной цепи. После диодного моста подключается дроссель, а уже за ним ставиться конденсатор и осуществляется пассивная коррекция коэффициента мощности.
Если установить большую величину дросселя, то он запасает большое количество энергии, что хватает на весь период работы, уменьшая гармонические колебания, возникающие при превышении тока через выпрямитель.
На практике схема уменьшает гармоники, улучшает коэффициент коррекции мощности, но не решает проблему полностью.
При активной коррекции коэффициента мощности, нагрузка ведет себя как активное сопротивление.
Ток потребляемый из сети носит не импульсный характер, а по форме близок к синусоиде. Входной ток по форме и фазе должны совпадать.
Схемотехника ККМ может быть различной: повышающая и понижающая. Больше всего используется в импульсных блоках питания повышающая схема, так как она позволяет получить близкое значение к единице COS (F). Данные преобразователи повышают напряжение на электролитическом конденсаторе выпрямителя, снижая ток в высоковольтной части ИБП. Большинство схем ККМ строятся по схеме повышающих DC-DC преобразователей.
Работа данного преобразователя рассмотрим при помощи графических осциллограмм и принципиальной схемы. Для проверки поступающих импульсов на затвор транзистора G необходимо применять осциллограф.
Входная цепь коэффициента коррекции мощности имеет диодный мост. На него поступает напряжение 220V 50Hz, а на выходе диодного моста получаем постоянное напряжение с частотой пульсаций 50Hz.
Это напряжение подается уже не на конденсатор фильтра, как в классической схеме, а на повышающий преобразователь, выполненный из:
Основной задачей данного преобразователя является получить форму тока потребления не импульсами из сети, а такую же как форма напряжения, то есть близкую к синусоидальной.
Для получения заданной формы необходимо чтобы импульсы формировались на ключевом транзисторе затвора некоторыми управляющими напряжениями.
На выходе диодного моста имеется напряжение большой амплитуды и для формирования импульсов силового транзисторного ключа должно выполняться 2 условия:
Эти условия являются основными для реализации схемы PFC
Импульсы на затворе транзистора необходимо формировать таким образом, чтобы когда он начинает открываться (появлялся открывающий уровень напряжения) и через дроссель начинал протекать ток.
Этот ток нарастает по линейному закону и протекает через датчик тока (R’d). Когда напряжение с данного датчика тока сравняется с напряжением выпрямленным выпрямителем после делителя Rd и R’d то транзистор должен закрываться. Когда ток протекающий через дроссель будет равен нулю, транзистор заново будет открываться и ток будет плавно увеличиваться до следующего совпадения значений напряжения на датчике тока и выпрямленного напряжения с диодного моста ограниченного делителем. И данный процесс будет повторяться в течении всего периода.
При работе устройства вначале синусоиды транзистор будет открываться на небольшое время, а когда синусоида приближается к максимальному значению транзистор открывается на большее время.
Для стабилизации выходного напряжения сигнал с конденсатора С 1 поступает на формирователь импульсов через Robr, где в микросхеме D1 через вывод FB вырабатывается сигнал ошибки. Данный сигнал влияет на длительность импульса, который формируется для управления транзистором, с вывода GO микросхемы PFC ШИМ. На длительность импульсов влияет не только входное, но и выходное напряжение.
В зависимости от нагрузки подключения, напряжение на выходе будет меняться и будет меняться сигнал ошибки, и сигнал будет влиять на длительность импульса. В этом случае потребление входного тока сводится практически к синусоидальному виду и появляется стабилизация выходного напряжения.
