PFC-Leistungsfaktorkorrektur
Der Leistungsfaktor und der Oberschwingungsfaktor der Netzfrequenz sind wichtige Indikatoren für die Netzqualität, insbesondere für die elektronischen Geräte, die mit diesem Strom betrieben werden.
Dies ist für den AC-Lieferanten wünschenswert Leistungsfaktor der Verbraucher lag nahe bei eins, und bei elektronischen Geräten ist es wichtig, dass die harmonischen Verzerrungen so gering wie möglich sind. Unter solchen Bedingungen halten die elektronischen Komponenten der Geräte länger und die Last arbeitet komfortabler.
Tatsächlich besteht das Problem darin, dass die herkömmliche lineare Stromquelle nicht in der Lage ist, die elektronischen Geräte mit Strom geeigneter Qualität und sogar hoher Effizienz zu versorgen. Daher müssen wir damit rechnen, dass ein Wirkungsgrad des Netzteils von 80 % bei einem Leistungsfaktor von tendenziell 0,7 als Norm gilt.
Und der Grund für dieses Problem liegt darin, dass am Eingang herkömmliches Schaltnetzteil Es gibt eine Diodenbrücke mit einem Filterkondensator, und unabhängig davon, ob der gleichgerichtete Stromverbraucher überhaupt eine lineare Last ist, weist der vom Netzwerk zur Diodenbrücke gelieferte Strom immer noch Ausbrüche auf, ausgeprägte isolierte Spitzen, zwischen denen es Lücken mit Null gibt Stromverbrauch aus dem Netz.
Dies liegt daran, dass sich der Filterkondensator ungleichmäßig lädt und entlädt, was zu einer Verringerung des Leistungsfaktors führt – tatsächlich wird Strom aus dem Netz in kurzen Impulsen verbraucht – ein Stromimpuls für jede Hälfte der Sinuswellenperiode des Netzes.
In einem von einem solchen Filterkondensator gespeisten Stromkreis erzeugt dieses Phänomen hohe harmonische Verzerrungen. Und der Leistungsfaktor einer Last, die von einem so einfachen Gleichrichter mit Kondensator gespeist wird, wird in der Regel 0,3 nicht überschreiten.
Es gibt eine einfache „passive“ Möglichkeit, die starken Stromspitzen etwas zu glätten, den Leistungsfaktor leicht zu erhöhen und auf diese Weise leicht zu verringern Akkordeons… Die Methode besteht darin, eine Induktivität zwischen der Diodenbrücke und dem Filterkondensator hinzuzufügen. Dadurch werden die Spitzen leicht zu einer Sinusform abgerundet.
In diesem Fall wird der Leistungsfaktor jedoch immer noch weit von eins entfernt sein (ca. 0,7), da die Form des aufgenommenen Stroms wiederum überhaupt nicht sinusförmig ist. Und wenn viele solcher Nutzer mit unterschiedlichen Kapazitäten an das Netz angeschlossen sind, wird das zu einem ernsten Problem für den Stromerzeuger.
Der beste Weg, den Leistungsfaktor zu verbessern und Netzfrequenzoberschwingungen zu reduzieren, ist die Verwendung relativ einfacher aktiver Leistungsfaktorkorrektursysteme (PFC), die auf Impuls-Aufwärtswandlern in Schaltnetzteilen basieren.Dabei wird der Eingangsgleichrichterschaltung nicht nur eine Induktivität hinzugefügt, sondern auch ein Feldeffekttransistor mit Treiber und Steuerung sowie eine Diode.
Bei der aktiven Leistungsfaktorkorrektur (aktive PFC) wechselt der FET schnell zwischen den beiden Zuständen.
Der erste Zustand – wenn der Schalter geschlossen ist, erhält die Drossel Strom vom Gleichrichter, speichert Energie im Magnetfeld, während die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist und die Last nur vom Filterkondensator gespeist wird.
Der zweite Zustand ist, wenn der Transistor geöffnet ist. Während dieses Teils des Zyklus geht die Diode in den leitenden Zustand über und die Drossel überträgt nun Energie an die Last und lädt den Kondensator auf. Ein solches Schalten erfolgt mit einer Frequenz von mehreren zehn Kilohertz jede Halbwelle der Netzsinuswelle.
Der Schlüsselsteuerkreis passt die Dauer der Zeitintervalle an – wie lange die Drossel mit dem Netz verbunden ist und wie lange sie den Kondensator mit Strom versorgt, sodass die Spannung am Kondensator auf einem konstanten Niveau gehalten wird, beispielsweise dem durchschnittlichen Drosselstrom. Diese Schaltung erhöht den Leistungsfaktor der Versorgung auf 0,98.
Damit die Stromaufnahme phasengleich mit der Wechselspannung des Netzes ist, ist ein kompetentes Schaltmanagement notwendig. Zu diesem Zweck erzeugt der Controller ein PWM-Signal zur Steuerung des Gates des FET, sodass die Drossel am Höhepunkt der Sinuswelle für kürzere Zeit Energie erhält als bei einer Spannung nahe Null (länger).
Der PFC-Controller verfügt über eine Ausgangsspannungs-Rückkopplungsschleife (die mit einer Referenz verglichen und konstant gehalten wird). über PWM) sowie einen Eingangsspannungs- und Induktorstromsensor zur genauen Überwachung des durchschnittlichen Induktorstroms in Echtzeit, um sicherzustellen, dass die Last den maximalen Leistungsfaktor hat.