PFC (Power Factor Correction) переводится как «Коррекция фактора мощности», встречается также название «компенсация реактивной мощности». Применительно к импульсным блокам питания (в системных блоках компьютеров в настоящее время используются БП только такого типа) этот термин означает наличие в блоке питания соответствующего набора схемотехнических элементов, который также принято называть «PFC».
Эти устройства предназначены для снижения потребляемой блоком питания реактивной мощности. Cобственно фактором или коэфициентом мощности называется отношение активной мощности (мощности, потребляемой блоком питания безвозвратно) к полной, т.е. к векторной сумме активной и реактивной мощностей. По сути коэффициент мощности (не путать с КПД!) есть отношение полезной и полученной мощностей, и чем он ближе к единице – тем лучше. PFC бывает двух разновидностей – пассивный и активный. При работе импульсный блок питания без каких-либо дополнительных PFC потребляет мощность от сети питания короткими импульсами, приблизительно совпадающими с пиками синусоиды сетевого напряжения.
4# Устройство и принцип работы блоков питания ЖК ТВ. Зачем нужен PFC (ККМ)? Виды PFC.
На условной осциллограмме зеленый «луч» – сетевое напряжение, а желтый – потребляемый блоком питания от сети ток. При такой картине фактор мощности получается равен приблизительно 0,7 – то есть почти треть мощности создаёт дополнительную нагрузку на электропроводку, не производя никакой полезной работы.
Для частных пользователей эта цифра не имеет принципиального значения, т.к. квартирные электросчетчики учитывают только активную мощность, а для крупных офисов и вообще любых помещений, где одновременно работает множество компьютеров и другой техники с импульсными БП, низкий коэффициент мощности представляет собой заметную проблему, ибо вся электропроводка и сопутствующее оборудование должно рассчитываться исходя именно из полной мощности – иначе говоря, при коэффициенте мощности 0,7 оно должно быть на треть мощнее, чем могло бы быть.
Наиболее простым и потому наиболее распространенным является так называемый пассивный PFC, представляющий собой обычный дроссель сравнительно большой индуктивности, включенный в сеть последовательно с блоком питания.
Пассивный PFC несколько сглаживает импульсы тока, растягивая их во времени – однако для серьезного влияния на коэффициент мощности необходим дроссель большой индуктивности, габариты которого не позволяют установить его внутри компьютерного блока питания. Типичный коэффициент мощности БП с пассивным PFC cоставляет всего лишь около 0,75.
Активный PFC представляет собой еще один импульсный источник питания, причем повышающий напряжение.
Как видно, форма тока, потребляемого блоком питания с активным PFC, очень мало отличается от потребления обычной резистивной нагрузки – результирующий коэффициент мощности такого БП без PFCблока может достигать 0,95. 0,98 при работе с полной нагрузкой.Правда, по мере снижения нагрузки коэффициент мощности уменьшается, в минимуме опускаясь примерно до 0,7.
5# Устройство и принцип работы блоков питания ЖК ТВ. Разбор схемы PFC.
0,75 – то есть до уровня блоков с пассивным PFC. Впрочем, надо заметить, что пиковые значения тока потребления у блоков с активным PFC все равно даже на малой мощности оказываются заметно меньше, чем у всех прочих блоков. Помимо того, что активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности, так еще, в отличие от пассивного, он улучшает работу блока питания — он дополнительно стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора блока – блок становится заметно менее чувствительным к пониженному сетевому напряжению, также при использовании активного PFC достаточно легко разрабатываются блоки с универсальным питанием 110. 230В, не требующие ручного переключения напряжения сети. (Такие БП имеют специфическую особенность – их эксплуатация совместно с дешёвыми ИБП, выдающими ступенчатый сигнал при работе от батарей может приводить к сбоям в работе компьютера, поэтому производители рекомендуют использовать в таких случаях ИБП класса Smart, всегда подающие на выход синусоидальный сигнал.) Также использование активного PFC улучшает реакцию блока питания во время кратковременных (доли секунды) провалов сетевого напряжения – в такие моменты блок работает за счет энергии конденсаторов высоковольтного выпрямителя, эффективность использования которых увеличивается более чем в два раза. Ещё одним преимуществом использования активного PFC является более низкий уровень высокочастотных помех на выходных линиях, т.е. такие БП рекомендуются для использования в ПК с периферией, предназначенной для работы с аналоговым аудио/видео материалом.
Источник: radio-hobby.org
PFC коррекция коэффициента мощности
Коэффициент мощности и фактор наличия гармоник сетевой частоты являются важными показателями качества электроэнергии, особенно для электронного оборудования, которое этой электроэнергией питается.
Для поставщика переменного тока желательно, чтобы коэффициент мощности потребителей был приближен к единице, а для электронных приборов важно чтобы гармонических искажений было бы как можно меньше. В таких условиях и электронные компоненты устройств проживут дольше, и нагрузке будет более комфортно работать.
В реальности же имеет место проблема, которая состоит в том, что обычный линейный источник питания не способен обеспечить электронное оборудование электроэнергией должного качества, да еще и с высоким КПД. В итоге приходится мириться с тем, что КПД сетевого блока питания в 80% при коэффициенте мощности стремящимся к 0,7 стало принято считать нормой.
А причина данной проблемы кроется в том, что на входе обычного импульсного блока питания стоит диодный мост с конденсатором фильтра, и будь потребитель выпрямленного тока даже линейной нагрузкой, все равно ток, подаваемый из сети на диодный мост, будет иметь всплески, ярко выраженные обособленные пики, между которыми расположены промежутки нулевого потребления тока от сети.
Это происходит потому, что конденсатор фильтра заряжается и разряжается не равномерно, что и приводит к снижению коэффициента мощности, — фактически энергия из сети потребляется в течение коротких импульсов, — по одному импульсу тока на каждые пол периода сетевой синусоиды.
В схеме, которая получает питание от такого конденсатора фильтра, данное явление порождает высокие гармонические искажения. А коэффициент мощности у нагрузки, питаемой от такого простого выпрямителя с конденсатором, как правило не превысит и 0,3.
Существует простой «пассивный» способ немного сгладить острые токовые пики, чуть-чуть повысить коэффициент мощности и слегка снизить таким образом гармоники. Способ заключается в добавлении катушки индуктивности между диодным мостом и конденсатором фильтра. Это немного округлит пики в сторону сближения с синусоидальной формой.
Однако и в данном случае коэффициент мощности окажется по-прежнему далеким от единицы (около 0,7), ведь форма потребляемого тока снова совсем не синусоидальна. И когда такого плана потребителей различной мощности к сети подключено много, это становится серьезной проблемой для генерирующей электроэнергию стороны.
Лучший способ повышения коэффициента мощности и снижения гармоник сетевой частоты — применение в импульсных блоках питания относительно простых схем активной коррекции коэффициента мощности (PFC) на базе импульсного повышающего преобразователя типа boost converter. Здесь в схему входного выпрямителя добавляется не только катушка индуктивности, но и полевой транзистор с драйвером и контроллером, а также диод.
В процессе работы схемы активной коррекции коэффициента мощности (active PFC) полевой транзистор быстро переключается между двумя состояниями.
Первое состояние — когда ключ замкнут, дроссель получает питание от выпрямителя, запасает энергию в магнитном поле, при этом диод смещен в обратном направлении, и нагрузка получает питание только от конденсатора фильтра.
Второе состояние — когда транзистор разомкнут, в эту часть цикла диод переходит в проводящее состояние, и дроссель теперь передает энергию к нагрузке и заряжает конденсатор. Такие переключения происходят с частотой в несколько десятков килогерц на каждой полуволне сетевой синусоиды.
Схема управления ключом регулирует длительность промежутков времени, — как долго дроссель подключен к сети и как долго отдает энергию в конденсатор, с тем, чтобы напряжение на конденсаторе поддерживалось на постоянном уровне, как и средний ток дросселя. Данная схема позволяет повысить коэффициент мощности блока питания до 0,98.
Грамотное управление ключом необходимо для того, чтобы ток потребления находился в фазе с переменным напряжением сети. С этой целью контроллер формирует ШИМ сигнал управления затвором полевого транзистора, чтобы на пике синусоиды дроссель получал энергию менее продолжительно, чем вблизи нулевого напряжения (более продолжительно).
Контроллер PFC имеет цепь обратной связи по выходному напряжению (которое сравнивается с опорным и поддерживается постоянным посредством ШИМ) а также датчик входного напряжения и тока дросселя, чтобы точно, в режиме реального времени, отслеживать средний ток дросселя для обеспечения нагрузке максимального коэффициента мощности.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник: electricalschool.info
Pfc в блоке питания телевизора что это
Блок питания в компьютере является одним из самых важных компонентов. От его качества в большой степени зависит надежность работы и безотказность дорогостоящих видеокарт, выполняющих вычисления при майнинге.
При подборе комплектующих для сборки майнинг рига следует обращать особое внимание на выбор качественного блока питания. Дешевое устройство может с легкостью отправить в мир иной дорогостоящее оборудование, поэтому экономия в этом случае не всегда оправдана.
К сожалению, даже качественные блоки питания (БП) иногда выходят из строя. В случае использования хорошего БП последствия для остального оборудования обычно не столь печальны, но все же ощутимы из-за вынужденных простоев и трат на приобретение нового блока.
Неотъемлемой частью всех относительно мощных импульсных блоков питания (выше 75 ватт) является схема, отвечающая за коррекцию фактора мощности. Она нужна для обеспечения полноценного отбора мощности из сети переменного тока.
Очень часто в современных компьютерных блоках питания используются APFC (Active Power Correction Circuit) — схемы коррекции, работающие в активном режиме с повышающим преобразованием. Они выполняют задачу по синхронизации фаз тока и напряжения высоковольтной части блока питания, которая возникает из-за зарядки-разрядки конденсатора, сглаживающего пульсации.
Упрощенная схема APFC с boost-преобразованием с помощью накопления энергии на катушке индуктивности:
Электронные элементы APFC работают на высоких напряжениях, подвергаются повышенной температурной и токовой нагрузке из-за чего достаточно часто выходят из строя. В связи с этим стоит разобраться с принципами их работы и возможными проблемами. В данной статье рассматриваются некоторые аспекты работы схем активной коррекции фактора мощности компьютерных импульсных блоков питания.
Общие сведения о схемах коррекции активной мощности
Коррекция коэффициента мощности обычно производится на входе высоковольтной части блока питания, до сглаживающего конденсатора на ее выходе. Существует множество различных топологий схем PFC с активной и пассивной коррекцией:
По ряду причин в компьютерных блоках питания обычно используются активные корректоры мощности, работающие в импульсном режиме с повышением напряжения.
Блок-схемы коррекции активной мощности (boost, dual boost bridgless и totem-pole bridgless) с контроллерами фирмы Texas Instruments:
Типовая схема boostPFC-корректора (с импульсным повышающим преобразователем) с ключом на сдвоенном полевом транзисторе:
Схемы, в которых используется повышающая катушка индуктивности с мостовым выпрямителем на входе блока питания являются одними из самых распространенных. Они имеют эффективность порядка 95-97% и состоят из относительно дешевых компонентов. Потери энергии в таких цепях зависят от 4 факторов:
- прямое падение напряжения (Vf) на выпрямительных диодах (чем меньше величина Uобр, тем лучше);
- потери в катушке индуктивности из-за наличия сопротивления обмотки и в сердечнике (из-за вихревых токов и перемагничивания материала);
- потери на бустерных диодах;
- потери на ключевых транзисторах.
Рассмотрим подробнее особенности работы классической схемы активной коррекции с импульсным повышающим преобразователем (boost-APFC).
Как работает схема активной коррекции мощности с boost-конвертером?
Чаще всего в мощных компьютерных блоках питания используется схема активной boost PFC-коррекции (с импульсным повышающим преобразователем) с накопительной катушкой индуктивности L, работа которой управляется силовым ключом S1. Ее энергия используется для постоянного заряда выходного конденсатора C импульсами, амплитуда которых меняется в соответствии с синусоидальной формой входного напряжения:
Ток в этой схеме протекает поочередно:
- при замкнутом ключе S1 — через накопительную катушку индуктивности и разомкнутый ключ S2. При этом катушке заряжается, а питание нагрузки осуществляется от конденсатора C;
- при размыкании ключа S1 энергия, накопленная в катушке индуктивности складывается с питающим напряжением Vin и питает нагрузку через замкнутый ключ S2. Благодаря этому напряжение на выходе схемы становиться выше, чем питающее.
На практике в качестве ключа S2 используется диод с малым сопротивлением при прямом включении:
Два состояния, в которых находится схема с импульсным повышающим преобразованием напряжения:
Изменяя время On и Off-state с помощью импульсов ШИМ, можно управлять зарядным током конденсатора, приводя его в соответствие с входным синусоидальным напряжением:
Это позволяет снизить до минимума реактивные потери и обеспечить равномерную нагрузку на сеть. Кроме того, такая схема обеспечивает стабильность напряжений на выходе блока питания даже при значительных колебаниях входного напряжения.
В схеме импульсного повышающего преобразования обязательно используется контроллер (Control Circuit), управляющий работой ключевого транзистора:
В работе классической схемы активной boost-коррекции мощности участвуют:
- входной (обычно мостовой) выпрямитель;
- ключевой транзистор Q1, работающий как активный управляемый силовой ключ;
- быстродейстующий диод D1 (обычно диод Шоттки);
- схема управления (control circuit);
- нагрузка R1 Load;
- фильтрующий/накопительный конденсатор C1;
- катушка индуктивности L1 (boost inductor).
В приведенной выше схеме контролирующий узел постоянно производит измерение входного напряжения (вывод 2 контроллера), а также тока через шунт на выводах 3 и 11. Полученные данные используются для управления временем переключения и скважностью (duty cycle) импульсов на ключевом транзисторе Q1.
Схема управления на основании действующего значения напряжения Vg(t) и тока Ig(t) формирует ШИМ-сигнал, управляющий открытием и закрытием ключевого транзистора.
Периодическое замыкание/размыкание транзисторного ключа обеспечивает заряд выходного конденсатора пульсирующим током в соответствии с формой входного синусоидального напряжения:
Осциллограммы напряжений и токов на элементах активного корректора мощности:
Использование сигнала обратной связи с выхода схемы коррекции мощности позволяет осуществить стабилизацию выходного напряжения. Для этого обычно используются резисторы обратной связи Roc1, Roc2 и перемножитель выпрямленного и выходного напряжения:
В блоках питания, питающихся от сети 220В, величина напряжения на выходе схемы APFC для обеспечения запаса по регулированию достигает 400В. Для получения квазисинусоидальной формы тока на выходе корректора мощности используют достаточно высокие частоты коммутации ключа (обычно от 300 КГц до 1 МГц).
Протекание тока в схеме boost-APFC с мостовым выпрямителем и сдвоенными ключевыми транзисторами и диодами (рисунки a и c — On-state, b и d — Off-state):
Исходя из того, что наибольшая нагрузка в схеме APFC приходится на ключевые транзисторы и диоды, именно они, а также микросхема-контроллер, чаще всего выходят из строя.
Элементная база, использующаяся в APFC-цепях блоков питания
Для обеспечения накопления отдачи энергии, дроссель схемы APFC должен иметь достаточную индуктивность (количество витков ) и размер сердечника для накопления магнитной энергии, а также диаметр провода, соответствующий протекающему току. Для выполнения этих требований он должен иметь большие размеры.
Накопительная катушка в БП Be Quiet Dark Power Pro 11 мощностью 1200 ватт выделяется внушительными габаритами:
Для обеспечения большой отдаваемой мощности в схему APFC блока питания устанавливают по нескольку ключевых транзисторов и диодов.
Два диода Шоттки CREE C3D06060G (600 вольт/9.5 ампер) и три N-канальных Mdmesh силовых MOSFET-транзистора 31N65M5 (31A 650V) 1200-ваттного блока питания Be Quiet Dark Power Pro 11:
Цоколевка транзисторов 31N65M5:
Цоколевка диодов C3D06060G:
В блоке питания той же серии на 850 ватт используется два полевых транзистора Infineon IPA60R165CP и диод CREE C3D06060G (слева):
В качестве контроллера APFC-схемы в БП Be Quiet Dark Power Pro 11 используется микросхема Infineon ICE2PCS02:
Назначение пинов у ШИМ-контроллера ICE2PCS02 (вид сверху):
Блок-схема контроллера ICE2PCS02 и его типовое включение:
Место контроллера ICE2PCS02 в схеме boostAPFC:
Примеры схем активной коррекции фактора мощности
Пример схемы APFC блока питания на 300 ватт с микросхемой ICE2PCS02:
Пример схемы активной коррекции фактора мощности на микросхеме UCC28019:
Схема активной коррекции фактора мощности в следующем примере состоит из параллельно включенных MOSFET-ов Q3 и Q10, индуктивности L11, диода D27 и накопительных конденсаторов C4 и C5:
Еще одна схема, отвечающая за коррекцию фактора мощности:
Для защиты блока питания от чрезмерной нагрузки в этом блоке в момент включения используется терморезистор RT1 сопротивлением 2.5 Ом. Сигнал VCCP включает реле RL1 (модель 835NL-1A-B-C с нормально разомкнутыми контактами) только после перехода блока питания в рабочий режим. В момент включения ток проходит через защитный терморезистор, что уменьшает нагрузку на БП. Аналогичные решения используются во многих качественных блоках питания, например, в БП Be Quiet Dark Power Pro 11, где используется реле 507-1CH-F-C.
Источник: www.cryptoprofi.info