PFC力率補正

主電源周波数の力率と高調波率は、特にこの電力によって電力供給される電子機器にとって、電力品質の重要な指標です。

AC 供給者にとって望ましいのは、 力率 消費者の割合はほぼ 1 つに近く、電子機器にとっては高調波歪みが可能な限り低いことが重要です。このような条件下では、デバイスの電子コンポーネントの寿命が長くなり、負荷はより快適に動作します。

実は、従来のリニア電源では電子機器に適切な品質で高効率な電気を供給できないという問題がありました。その結果、電源ユニットの効率は 80%、力率は 0.7 程度が標準であると考えられているという事実を受け入れなければなりません。

そして、この問題の原因は、入り口にあるという事実にあります。 従来のスイッチング電源 フィルタコンデンサを備えたダイオードブリッジがあり、整流された電流消費者が線形負荷であるかどうかに関係なく、ネットワークからダイオードブリッジに供給される電流には依然としてバースト、つまり顕著な孤立したピークがあり、その間にはゼロのギャップがあります。ネットワークからの消費電流。

これは、フィルタ コンデンサが不均一に充電および放電し、その結果力率が低下するために発生します。実際、グリッドからの電力は短いパルスで消費されます。グリッドの正弦波周期の半分ごとに 1 つの電流パルスが消費されます。

このようなフィルタコンデンサによって給電される回路では、この現象により高調波歪みが発生します。そして、コンデンサを備えたこのような単純な整流器によって給電される負荷の力率は、原則として0.3を超えません。

このようにして、鋭い電流ピークをわずかに平滑化し、力率をわずかに増加させ、わずかに減少させる簡単な「パッシブ」方法があります。 アコーディオン… この方法は、ダイオード ブリッジとフィルタ コンデンサの間にインダクタを追加することで構成されます。これにより、ピークが正弦波状にわずかに丸くなります。

ただし、この場合、消費される電流の形状がまったく正弦波ではないため、力率は依然として 1 (約 0.7) からは程遠いものになります。そして、このような容量の異なるユーザーのプランが多数系統に接続されると、発電側にとっては深刻な問題となります。

力率を改善し、電源周波数高調波を低減する最良の方法は、スイッチング電源のパルスブーストコンバータに基づく比較的単純なアクティブ力率補正 (PFC) スキームを使用することです。ここでは、入力整流回路にインダクタが追加されるだけでなく、ドライバとコントローラを備えた電界効果トランジスタ、およびダイオードも追加されます。

アクティブ力率改善 (アクティブ PFC) 中に、FET は 2 つの状態の間で急速に切り替わります。

最初の状態 — スイッチが閉じているとき、チョークは整流器から電力を受け取り、磁界にエネルギーを蓄積しますが、ダイオードは逆バイアスされ、負荷にはフィルター コンデンサーのみから電力が供給されます。

2 番目の状態は、トランジスタが開いているときであり、サイクルのこの部分では、ダイオードが導通状態になり、チョークがエネルギーを負荷に伝達し、コンデンサを充電します。このようなスイッチングは、数十 kHz の周波数で発生します。電源正弦波の各半波。

主要な制御回路は、時間間隔の継続時間、つまりチョークをグリッドに接続する時間と、コンデンサにかかる電圧が平均チョーク電流などの一定レベルに維持されるようにコンデンサに通電する時間を調整します。この回路により、電源の力率が 0.98 に増加します。

電流消費がネットワークの交流電圧と一致するように、適切なスイッチング管理が必要です。この目的のために、コントローラーは PWM 信号を生成して FET のゲートを制御し、正弦波のピーク時にチョークがゼロに近い電圧よりも短い時間 (長く) エネルギーを受け取るようにします。

PFC コントローラーには、出力電圧フィードバック ループ (基準電圧と比較され、一定に保持されます) が備わっています。 PWM経由）のほか、平均インダクタ電流をリアルタイムで正確に監視して負荷の力率が最大であることを確認する入力電圧およびインダクタ電流センサも備えています。