В чем отличие блоков питания для светодиодов с корректором фактора мощности от других моделей блоков питания? Не углубляясь в технические вопросы, прежде всего нужно сказать, что различные производители импульсных блоков питания используют разные схемотехнические решения, в соответствии с которыми затем осуществляется изготовление блоков питания.
Одним из наиболее удачных решений, разработанных на сегодняшний день, является схема с корректором фактора мощности (Power Factor Correction или PFC). Блоки питания с PFC имеют ряд преимуществ, наиболее явные — это низкий пусковой ток и высокий коэффициент эффективной мощности (?).
Таким образом, во-первых, при подключении большого количества блоков питания с PFC к электросети, можно использовать стандартные пусковые автоматы. Использование более мощных или более дорогих специальных пусковых автоматов не требуется.
Отпадает также жесткая необходимость в установке устройств плавного запуска и сетевых фильтров, защищающих сеть. К слову сказать, наличие сетевых фильтров, защищающих блоки питания от сетевых всплесков, все же необходимо в любом случае.
5# Устройство и принцип работы блоков питания ЖК ТВ. Разбор схемы PFC.
Во-вторых, обладая высоким КПД, блоки питания расходуют меньше электроэнергии, что снижает финансовые вложения в процессе их эксплуатации.
Хотя реактивная составляющая потребляемой мощности в некоторых случаях не учитывается при начислении оплаты за электроэнергию, тем не менее, она может оказывать существенное влияние на энергоресурс в целом.
Так, например, использование изделий с низким коэффициентом эффективной мощности фактически означает нерациональное расходование первичного энергоресурса, то есть, можно сказать, что электростанция часть времени работает впустую, изнашивая оборудование и загрязняя окружающую среду.
Таким образом, использование блоков питания с PFC еще более увеличивает светодиодных изделий. Не на всех блоках питания есть аббревиатура PFC, но определить эффективность изделия можно, посмотрев на значение индекса ?. Хороший блок питания имеет ? не менее 0,6. Значение ? свыше 0,9 характерно для блоков питания высокого класса.
Источник: adex.ru
Блок PFC источника питания
Обычная, классическая, схема выпрямления переменного напряжения сети 220V состоит из диодного моста и сглаживающего конденсатора. Проблема в том, что ток заряда конденсатора носит импульсный характер (длительность порядка 3mS) и, как следствие этого, очень большим током. Например, для БП с нагрузкой в 200W средний ток из сети 220V будет 1A, а импульсный — в 4 раза больше.
Если таких БП много и (или) они мощнее? . тогда токи будут просто сумасшедшими — не выдержит проводка, розетки, да и платить придется больше за электричество, ведь качество тока потребления весьма сильно учитывается. Например, на больших заводах имеются специальные конденсаторные установки для компенсации «косинуса». В современной компьютерной технике столкнулись с теми же проблемами, но ставить многоэтажные конструкции никто не будет, и пошли другим путем — в блоках питания ставят специальный элемент по уменьшению «импульсности» потребляемого тока — PFC. Он встраивается между выпрямителем и конденсатором, ограничивает ток по амплитуде и растягивает во времени. PFC бывают пассивными и активными, что определяется демпфирующим элементом.
PFC в импульсных блоках питания. Активный PFC. Пассивный PFC
Пассивные PFC
Пассивные PFC делают на реактивном элементе — дросселе. К сожалению, для получения приемлемой эффективности его размеры получаются соизмеримы с размерами трансформаторного варианта построения этого блока питания, что экономически не выгодно.
Большие геометрические размеры дросселя получаются потому, что он должен работать на частоте 50Hz (точнее 100Hz из-за удвоения частоты после выпрямления) и он никак не может быть меньше соответствующего трансформатора на такую же мощность. Довольно часто в БП под вывеской «пассивный PFC» скрывается дроссель весьма малых размеров. Точнее сказать, там не может быть дросселя достаточных размеров из-за весьма ограниченного места в корпусе обычного компьютерного БП. Подобный декоративный PFC может испортить динамические характеристики БП или стать причиной неустойчивой работы.
Если провести моделирование пассивных PFC, то хорошо видна разница между ними:
Разные типы разделены цветами:
- красный — обычный БП без PFC,
- желтый — увы, «обычный БП с пассивным PFC»,
- зеленый — БП с пассивным PFC достаточной индуктивности.
На модели показаны процессы при включении БП и кратковременном провале через 250mS. Большой выброс напряжения при наличии пассивного PFC получается потому, что в дросселе накапливается слишком большая энергия при заряде сглаживающего конденсатора.
Для борьбы с этим эффектом производят постепенное включение БП — вначале последовательно с дросселем подключается резистор для ограничения стартового тока, потом он закорачивается. Для БП без PFC или с декоративным пассивным PFC эту роль выполняет специальный терморезистор с положительным сопротивлением, т.е. его сопротивление сильно возрастает при нагревании.
При большом токе такой элемент очень быстро нагревается и величина тока уменьшается, в дальнейшем он охлаждается из-за уменьшения тока и никакого влияния на схему не оказывает. Т.о., терморезистор выполняет свои ограничивающие функции только при очень больших, стартовых токах. Для пассивных PFC импульс тока при включении не так велик и терморезистор зачастую не выполняет свою ограничивающую функцию. В нормальных, больших пассивных PFC кроме терморезистора ставится еще специальная схема, а в «традиционных», декоративных этого нет.
И по самим графикам. Декоративный пассивный PFC дает всплеск напряжения, что может привести к пробою силовой схемы БП, усредненное напряжение несколько меньше случая без_PFC и при кратковременном пропадании питания напряжение падает на бОльшую величину, чем без_PFC. На лицо явное ухудшение динамических свойств. Нормальный пассивный PFC также имеет свои особенности. Если не учитывать начального всплеска, который в обязательном порядке должен быть компенсирован последовательностью включения, то можно сказать следующее:
- Выходное напряжение стало меньше. Это правильно, ведь оно равно не пиковому входному, как для первых двух типов БП, а «действующему». Отличие пикового от действующего равно корню из двух.
- Пульсации выходного напряжения значительно меньше, ведь часть сглаживающих функций переходит на дроссель.
- Провал напряжения при кратковременном пропадании напряжения также меньше по той же причине.
- После провала следует всплеск. Это очень существенный недостаток и это основная причина, почему пассивные PFC не распространены. Этот всплеск происходит потому же, почему он происходит при включении, но для случая начального включения специальная схема может что-то откорректировать, то в работе это сделать много труднее.
- При кратковременном пропадании входного напряжения выходное меняется не так резко, как в других вариантах БП. Это очень ценно, т.к. медленное изменение напряжения схема управления БП отрабатывает весьма успешно и никаких помех на выходе БП не будет.
Для других вариантов БП при подобных провалах на выходах БП обязательно пойдет помеха, что может сказаться на надежности функционирования. Как часты кратковременные пропадания напряжения? По статистике, 90% всех нестандартных ситуаций с сетью 220V приходится как раз на такой случай. Основной источник возникновения, это переключения в энергосистеме и подключение мощных потребителей.
На рисунке показана эффективность PFC по уменьшению импульсов тока:
Для БП без PFC сила тока достигает 7.5A, пассивный PFC уменьшает ее в 1.5 раза, а нормальный PFC уменьшает ток значительно больше.
Активные PFC
Активный PFC это, по сути, еще один преобразователь, который встраивается между выпрямителем и конденсатором. Обычно, это повышающий преобразователь (StepUp) и он стабилизирует напряжение на выпрямительном конденсаторе на уровне, несколько бОльшем, чем максимальное напряжение в входной сети, обычно это 400V. Отличие активного PFC от простого преобразователя в том, что он питается от несглаженного напряжения и ограничивает свой ток из источника так, чтобы он соответствовал желательному, приближал форму тока к виду резистивной нагрузки. У активного PFC все свойства хорошего пассивного PFC без его недостатков. К достоинствам PFC в целом надо отнести:
- хорошую фильтрацию помех из сети 220V, особенно в пассивных PFC;
- вообще говоря, емкость конденсатора входного выпрямителя можно уменьшить в 2 раза — из-за накопления энергии в схеме PFC требования к емкости конденсатора смягчаются. Для случая декоративного пассивного PFC этот конденсатор нельзя уменьшать — стартовый бросок напряжения увеличится еще больше;
- значительно бОльший рабочий диапазон входного напряжения для активного PFC. Дело в том, что при заниженном входном напряжении активный PFC будет пытаться стабилизировать напряжение на выпрямительном конденсаторе.
Т.е. у всей схемы появились положительные свойства FlyBack без ее недостатков в превышении мощности и напряжения питания. Недостаток PFC один — повышение стоимости и увеличение размера БП.
Основные элементы блока PFC — полевой транзистор трансформатор диод Шоттки и ШИМ.
Встречающиеся неисправности:
1. Работает дежурный режим. Телевизор включается, но он тут же после включения выключается. Это может говорить о выходе из строя PFC. Проверяется следующим образом: Меряем напряжение на входном кондере в дежурном режиме (должно быть 280В — 290В), затем включаем ТВ. Вмсте с включением ТВ должен включаться PFC и напряжение на конденсаторе должно повыситься до ~400В.
Если этого не происходит — надо смотреть PFC. Если напряжение поднимается — это нормально и можно смотреть дальше: драйвер подсветки, прошивку и прочее.
2. На блок PFC идет «+» с диодного моста, выход идет на конденсатор, и переменка через резисторы — это необходимо, чтобы PFC «знал синусоиду» на входе и исходя из этого управлял зарядкой конденсатор. Эти резисторы иногда обрывает, на них тоже стоит обращать внимание.
Источник: varyag-nord.livejournal.com
Что такое PFC и зачем это нужно
Наверняка многие из вас видели на компьютерном блоке питания таинственные буквы «PFC». Сразу скажем, что на самых дешевых блоках этих букв, скорее всего, не будет. Хотите, я открою вам эту страшную тайну? Внимайте!
Что такое PFC?
PFC – это аббревиатура от слов Power Factor Correction (коррекция коэффициента мощности). Перед тем, как расшифровать этот термин, вспомним какие бывают виды мощности.
Активная и реактивная мощность
Еще в школьном курсе физики нам рассказывали, что мощность бывает активная и реактивная.
Активная мощность делает полезную работу, в частности, выделяясь в виде тепла.
Классический примеры — утюг и лампа накаливания. Утюг и лампочка — почти чисто активная нагрузка, напряжение и ток на такой нагрузке совпадают по фазе.
Но существует и нагрузка с реактивностью — индуктивная (электродвигатели) и емкостная (конденсаторы). В реактивных цепях существует сдвиг фаз между током и напряжением, так называемый косинус φ (Фи).
Ток может отставать от напряжения (в индуктивной нагрузке) или опережать его (в емкостной нагрузке).
Реактивная мощность не производит полезной работы, а только болтается от генератора к нагрузке и обратно, бесполезно нагревая провода.
Это означает, что проводка должна иметь запас по сечению.
Чем больше сдвиг фаз между током и напряжением, тем большая часть мощности бесполезно рассеивается на проводах.
Реактивная мощность в блоке питания
В компьютерном блоке питания после выпрямительного моста стоят конденсаторы достаточно большой емкости. Таким образом, присутствует реактивная составляющая мощности. Если компьютер используется дома, то обычно проблем никаких не возникает. Реактивная мощность обычным бытовым счетчиком электроэнергии не фиксируется.
Но в здании, где установлена сотня или тысяча компьютеров, учитывать реактивную мощность необходимо!
Типичное значение косинуса Фи для компьютерных блоков питания без коррекции — около 0,7, т. е. проводка должна быть рассчитана с 30% запасом по мощности.
Однако излишней нагрузкой на провода дело не ограничивается!
В самом блоке питания ток через входные высоковольтные диоды протекает в виде коротких импульсов. Ширина и амплитуда этих импульсов может меняться в зависимости от нагрузки.
Большая амплитуда тока неблагоприятно влияет на высоковольтные конденсаторы и диоды, сокращая срок их службы. Если выпрямительные диоды выбраны «впритык» (что часто бывает в дешевых моделях), то надежность всего блока питания еще более снижается.
Как осуществляется коррекция коэффициента мощности?
Для борьбы со всеми этими явлениями и используют устройства, повышающие коэффициент мощности.
Они делятся на активные и пассивные.
Пассивная схема PFC представляет собой дроссель, включенный между выпрямителем и высоковольтными конденсаторами.
Дроссель — это индуктивность, обладающая реактивным (точнее, комплексным) сопротивлением.
Характер ее реактивности противоположен емкостному сопротивлению конденсаторов, поэтому происходит некоторая компенсация. Индуктивность дросселя препятствует нарастанию тока, импульсы тока слегка растягиваются, их амплитуда уменьшается.
Однако косинус φ повышается незначительно и большого выигрыша по реактивной мощности не происходит.
Для более существенной компенсации применят активные схемы PFC.
Активная схема повышает косинус φ до 0,95 и выше. Активная схема содержит в себе повышающий преобразователь на основе индуктивности (дросселя) и силовых коммутирующих элементов, которые управляются отдельным контроллером. Дроссель периодически то запасает энергию, то отдает ее.
На выходе PFC стоит фильтрующий электролитический конденсатор, но меньшей емкости. Блок питания с активной PFC менее чувствителен к кратковременным «провалам» питающего напряжения, что является преимуществом. Однако применение активной схемы удорожает конструкцию.
В заключение отметим, что наличие PFC в конкретном питающем блоке можно идентифицировать по буквам «PFC” или «Active PFC”. Однако могут быть случаи, когда надписи не соответствуют действительности.
Однозначно судить о наличии пассивной схемы можно по наличию достаточно увесистого дросселя, а активной — по наличию еще одного радиатора с силовыми элементами (всего их должно быть три).
Вот так, друзья! Хитро компьютерный блок питания устроен, не правда ли?
До встречи на блоге!
Как отремонтировать блок питания компьютера. Часть 2
Ремонт компьютерного блока питания. Окончание
Обсуждение: 30 комментариев
Спасибо, интересная информация .
Информация интересная и не совсем правильная.
Компенсация коэффициента мощности нужна не из-за работы выпрямителя, он тут совершенно не причём,а из-за работы высокочастотного преобразователя напряжения, который после выпрямителя -вся реактивка там.
Это как? Поясните.
Здравствуйте, Виктор! Интересную тему вы затронули, редко её описывают на компьютерных блогах :good: Для полноты картины можно упомянуть, что не все ИБП совместимы с блоками питания с Active PFC, это нужно учитывать при выборе как БП, так и ИБП 🙂
Да, Сергей, вы правы. Бывает так что, не всегда БП с активным PFC совместимы с конкретным ИБП.
Здравствуйте, Виктор! А как определить эту совместимость?
Совместимость БП компьютера с ИБП?
Экспериментальным образом.
До раздела «Реактивная мощность в блоке питания» все верно, а дальше куча ерунды. Если коротко и обобщить то: — Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка , там нет реактива. А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности.
— Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения.
— Конденсаторы на входе, после диодного моста, ловят провалы напряжения и естественно не являются реактивной нагрузкой, так как работают уже в сети выпрямленного (постоянного пульсирующего) тока.
— Дроссель в корректоре выполняет абсолютно другую функцию, его ЭДС самоиндукции сглаживает нарастание и спад импульсов входного тока.
— Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.
«Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка», «конденсаторы на входе … не являются реактивной нагрузкой». Блок питания в целом является реактивной нагрузкой. Реактивность там появляется как раз из-за наличия конденсатора. Но вызвана она не тем, что конденсатор представляет собой реактивное сопротивление, а тем, что импульсы потребляемого тока нагруженным выпрямителем имеют импульсный характер. Подводимое напряжение является синусоидальным (в первом приближении), а потребляемый ток — нет.
Несинусоидальные ток и напряжение могут быть представленными рядами Фурье из гармоник, кратных основной. Мгновенная мощность — это произведение рядов Фурье тока и напряжения, и в каждый конкретный момент может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Отрицательное значение мощности значит, что мощность отдается от нагрузки к источнику. Т.е. это и есть реактивная мощность. «А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности».
Раз ставят, значит нужны. С дросселем вы в целом правы, я был менее точен. Он растягивает импульсы тока, что уменьшает реактивность. «Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.» Да, вы правы. Поэтому и уменьшается реактивность. «Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения».
Каких нелинейных искажений? Коэффициент мощности — это отношение активной мощности к полной (активной и реактивной). Если есть реактивная мощность, то он будет меньше единицы. Причем тут нелинейные искажения?
У компьютерного блока питания вообще нет понятия «косинус Фи» из-за отсутствия сдвига фазы потребляемого тока ко входному напряжению.
Вы хотите сказать, что в компьютерном блоке питания нет реактивностей, и он представляет собой чисто активную нагрузку?
Здраствуйте. Подскажите как определить мощность или емкость дросселя. Моя подгорела и жутко жужит но работает, хочу поменять пока не сгорело все. Не смог найти такой же и хотел поменять другой но с такими же характеристиками
Здравствуйте, Ахмад. Если у вас пассивный PFC, то возьмите любой подходящий по габаритам дроссель от блока питания такой же мощности (или близкой) с пассивной PFC. Толку от него все равно немного.
Источник: vsbot.ru