Corrección del factor de potencia PFC
El factor de potencia y el factor armónico de la frecuencia de la red son indicadores importantes de la calidad de la energía, especialmente para los equipos electrónicos alimentados por esta potencia.
Es deseable para el proveedor de CA que Factor de potencia de los consumidores estaba cerca de la unidad, y para los dispositivos electrónicos es importante que las distorsiones armónicas sean lo más bajas posible. En tales condiciones, los componentes electrónicos de los dispositivos vivirán más tiempo y la carga funcionará más cómodamente.
De hecho, existe un problema, que es que la fuente de alimentación lineal convencional es incapaz de proporcionar a los equipos electrónicos electricidad de calidad adecuada e incluso de alta eficiencia. Como resultado, tenemos que aceptar el hecho de que la eficiencia de la fuente de alimentación del 80% con un factor de potencia que tiende a 0,7 se considera la norma.
Y la razón de este problema radica en el hecho de que en la entrada fuente de alimentación conmutada convencional hay un puente de diodos con un condensador de filtro, e independientemente de si el consumidor de corriente rectificada es incluso una carga lineal, la corriente suministrada desde la red al puente de diodos seguirá teniendo ráfagas, picos aislados pronunciados, entre los cuales hay espacios con cero consumo de corriente de la red.
Esto sucede porque el capacitor del filtro se carga y descarga de manera desigual, lo que resulta en una reducción del factor de potencia; en realidad, la energía de la red se consume en pulsos cortos, un pulso de corriente por cada mitad del período de onda sinusoidal de la red.
En un circuito alimentado por un condensador de filtro de este tipo, este fenómeno genera una alta distorsión armónica. Y el factor de potencia de una carga alimentada por un rectificador tan simple con un condensador, por regla general, no excederá de 0,3.
Hay una forma "pasiva" simple de suavizar ligeramente los picos de corriente agudos, aumentar ligeramente el factor de potencia y disminuirlo ligeramente de esta manera. acordeones… El método consiste en agregar un inductor entre el puente de diodos y el capacitor del filtro. Esto redondeará ligeramente los picos a una forma sinusoidal.
En este caso, sin embargo, el factor de potencia todavía estará lejos de la unidad (alrededor de 0,7), ya que la forma de la corriente consumida tampoco es sinusoidal en absoluto. Y cuando muchos de esos planes de usuarios con diferentes capacidades se conectan a la red, se convierte en un problema grave para la parte generadora de energía.
La mejor manera de mejorar el factor de potencia y reducir los armónicos de la frecuencia de línea es utilizar esquemas de corrección activa del factor de potencia (PFC) relativamente simples basados en convertidores de refuerzo de impulsos en fuentes de alimentación conmutadas.Aquí, no solo se agrega un inductor al circuito rectificador de entrada, sino también un transistor de efecto de campo con un controlador y un controlador, así como un diodo.
Durante la corrección activa del factor de potencia (PFC activo), el FET cambia rápidamente entre los dos estados.
El primer estado: cuando el interruptor está cerrado, el estrangulador recibe energía del rectificador, almacena energía en el campo magnético, mientras que el diodo tiene polarización inversa y la carga solo recibe energía del capacitor del filtro.
El segundo estado es cuando el transistor está abierto, durante esta parte del ciclo el diodo pasa al estado conductor, y el estrangulador ahora transfiere energía a la carga y carga el capacitor, dicha conmutación ocurre con una frecuencia de varias decenas de kilohercios durante cada media onda de la onda sinusoidal de red.
El circuito de control clave ajusta la duración de los intervalos de tiempo: cuánto tiempo está conectado el estrangulador a la red y cuánto tiempo energiza el capacitor para que el voltaje a través del capacitor se mantenga a un nivel constante, como la corriente promedio del estrangulador. Este circuito aumenta el factor de potencia de la fuente a 0,98.
Es necesaria una gestión de conmutación competente para que el consumo de corriente esté en fase con la tensión alterna de la red. Para ello, el controlador genera una señal PWM para controlar la puerta del FET, de modo que en el pico de la onda sinusoidal, el estrangulador recibe energía durante un tiempo más corto que con una tensión cercana a cero (más larga).
El controlador PFC tiene un circuito de retroalimentación de voltaje de salida (que se compara con una referencia y se mantiene constante). a través de PWM), así como un sensor de voltaje de entrada y corriente del inductor para monitorear con precisión la corriente promedio del inductor en tiempo real para garantizar que la carga tenga el factor de potencia máximo.