PFC - korekcia účinníka - kompendium InfoTip
1. Teória a základné obvody
Stále viac a viac elektrických spotrebiteľov v domácnostiach už nečerpá svoj prúd sinusovo z verejnej elektrickej siete, ako tomu bolo v minulosti, ale pulzne. Dôvodom je rastúce rozšírenie zariadení, ktoré predstavujú elektronicky riadené záťaže.
Zvyčajný usmerňovací obvod s filtrovaním (obr. 1) generuje veľké množstvo harmonických, pretože filtračný kondenzátor je nabíjaný impulzne cez usmerňovacie diódy. Vďaka fázovému posunu medzi prúdom a napätím tieto harmonické vytvárajú zdanlivý výkon, ktorý môžu riadiť iba dodávatelia, a to predimenzovaním všetkých komponentov v napájacej sieti. Aby sa zabránilo tejto nerovnováhe, EÚ pôvodne prijala normu EN60555-2 („Účinky na napájacie siete spôsobené domácimi spotrebičmi a podobnými elektrickými zariadeniami. Časť 2: Harmonické“) a od roku 2001 európsku normu EN61000-3-2 ( „Elektromagnetická kompatibilita (EMC); Časť 3: Medzné hodnoty; Oddiel 2: Medzné hodnoty pre harmonické prúdy (vstupný prúd zariadenia)
Vlastnosti vstupných stupňov napájacej jednotky požadované normou možno dosiahnuť dvoma princípmi zapojenia:
1.1 Pasívna korekcia účinníka
Pri a Pasívny PFC pred usmerňovačom sú pripojené iba filtre prispôsobené sieťovej frekvencii. Tieto filtre zvyčajne pozostávajú z relatívne veľkých, masívnych tlmiviek a RC kombinácií, ktoré fungujú ako dolnopriepustné alebo pásmové priepuste. Pasívny PFC dosiahnuť iba mierne dobré výsledky. Z dôvodu nákladov sa väčšinou používajú iba v zariadeniach s nižším výkonom.
Obrázok 2: Princíp pasívneho PFC
1.2 Aktívna korekcia účinníka
Aktívna korekcia účinníka je z hľadiska obvodov omnoho zložitejšia na vývoj a výrobu. Ale dosahujete veľmi dobré korekčné faktory takmer 99%. Aktívny PFC obvody Takmer všetky sú založené na princípe dvojregulovaného zosilňovača. Pretože tento obvod súčasne kompenzuje kolísanie sieťového napätia, môžu byť napájacie jednotky zapojené za sebou oveľa presnejšie navrhnuté na stabilizáciu ich sekundárnych napätí.
Odv Stupňový prevodník PFC Ak je potrebné iba prevádzkové napätie bez galvanického oddelenia od siete, je možné indukčnosť akumulácie znížiť na tlmivku (L). Toto usporiadanie má tiež výhodu v tom, že prevodník nemusí poskytovať všetku spotrebovanú energiu, ale musí dodávať iba také množstvo energie, ktoré je úmerné rozdielu medzi výstupným napätím a vstupným napätím prevodníka.
Obrázok 3: Princíp aktívneho PFC s dvojito regulovaným zosilňovacím prevodníkom
Prevádzkové režimy pre prevodníky PFC
Rovnako ako konvenčný regulátor smerom hore má dva prevádzkové režimy, nepretržitý (nepretržitý) a prerušovaný (prerušovaný) režim, Stupňový prevodník PFC niekoľko prevádzkových režimov. Každý prevádzkový režim má svoje výhody a nevýhody. Prevádzkový režim sa často mení aj počas polvlny sieťového napätia.
Režim DCM (režim prerušovaného prúdu)
S najväčšou pravdepodobnosťou sa nachádzajú v zariadeniach CE PFC pracovať v režime DCM. Charakteristickým znakom tohto prevádzkového režimu je, že prúd cez tlmivku zosilňovača L1 klesne na nulu jedenkrát v každom spínacom cykle. To znamená, že akumulačná tlmivka je úplne vybitá alebo demagnetizovaná. Toto sa zvyčajne monitoruje špeciálne detektorom nulového prúdu/napätia, aby bolo možné zapnúť spínací tranzistor prakticky bez straty. Prerušovaná prevádzka ponúka ďalšiu výhodu v tom, že v spínacom tranzistore nie sú ani dióda D1, ani problémy s účinkami obnovy. Prevodník pracuje iba na jednej spínacej frekvencii. Nevýhodou tohto prevádzkového režimu je vysoký špičkový prúd.
Obrázok 4: Režim DCM (režim prerušovaného prúdu)
Režim CCM (nepretržitý prúd)
Na Režim CCM nosná frekvencia riadiaceho PWM spínacieho tranzistora je konštantná. Vďaka konštantnému prietoku prúdu cez tlmivku je špičkový prúd iba o málo väčší ako stredný prúd. To znamená, že existujú iba malé problémy s EMC. Hlavnou nevýhodou tohto prevádzkového režimu sú vysoké straty pri zapnutí a vypnutí v spínacom tranzistore.
Obrázok 5: Režim CCM (trvalý prúd)
CRM (Critical Conduction) režim
Na Prevádzka CRM prevodník je prevádzkovaný na hranici prerušovanej činnosti. To znamená, že nie sú žiadne problémy s efektmi obnovy v dióde alebo spínacom tranzistore. Vysoké špičkové prúdy a odchýlka spínacej frekvencie sú však nevýhodné. Najmä vysoké frekvencie okolo prechodu nuly sieťovým napätím vyžadujú ďalšie opatrenia proti rušivému žiareniu.
Obrázok 6: Režim CRM (Critical Conduction)
Režim DCM/CRM
Pri prevádzke s nízkym zaťažením a pri prechode cez sieťové napätie nulou pracuje prevodník Režim DCM, pri vyšších prúdoch ide do jedného CRM móda o. Aj keď táto zmiešaná prevádzka kombinuje všetky výhody „čistých“ prevádzkových režimov, je veľmi zložité ju vyvinúť a vyžaduje komponenty s veľmi malými toleranciami.
Obrázok 7: Režim DCM/CRM
2. Praktická implementácia PFC prevodníka s IC TDA4863
Detektor nulového prúdu
S detektorom nulového prúdu na kolíku 5 je prúd cez tlmivku monitorovaný pomocou pomocného napätia, ktoré je indukované vo vinutí v tlmivke prevodníka. Iba keď pomocné napätie dosiahne 0 V, je tlmivka úplne vybitá a je možné ju znovu nabiť zapnutím spínacieho tranzistora Q01. Klopný obvod RS je detektorom blokovaný (resetovaný), kým napätie na kolíku 5 neklesne na 0V. Týmto spôsobom sa zníži strata výkonu v spínacom tranzistore a v zosilňovacej dióde (D02). Pretože prúd cez tlmivku je takmer trojuholníkový a nemá medzery, je spotreba energie v sieti takmer nepretržitá.
Ochrana proti podpätiu (UVLO = Lookout podpätia) sleduje prevádzkové napätie TDA4863. Po spustení zariadenia musí prevádzkové napätie VCC na kolíku 8 presiahnuť 12,5 V, aby UVLO zaplo IC. Ak VCC klesne pod 10 V, IC sa vypne.
Ostatné komponenty
Smyčkový filter (R910/C912, C911) je umiestnený medzi pinmi 1 a 2 na kompenzáciu frekvencie zosilňovača napätia (zosilňovača jednosmerného napätia). Zosilňovač funguje ako integrátor, ktorého medzná frekvencia je nižšia ako 20 Hz, aby potlačil 100 Hz zvlnenie usmerneného sieťového napätia. Z dôvodu tejto nízkej šírky pásma nie je možné v rozumnom čase regulovať rýchle zmeny záťaže alebo rýchle zvýšenie vstupného prúdu pri zapnutí zariadenia. Regulátor prepätia (OVR) monitoruje prúd cez filter vonkajšej slučky. Ak prúd presahuje interne zadanú hodnotu, OVR znižuje výstupné napätie multiplikátora a tým skracuje čas vedenia spínacieho tranzistora.
Obrázok 8: PFC prevodník s IC TDA4863-2
ZMLUVNÉ ÚVODY
Webové odkazy
Právne oznámenie
Pokiaľ sú výrazy chránené ochrannou známkou, chránené (slovné alebo obrazové) značky alebo chránené názvy produktov uvedené na tejto stránke, výslovne upozorňujeme, že tieto značky, názvy a výrazy sú tu uvedené iba kvôli redakčnému popisu alebo identifikácii produktu. menovaných výrobkov a/alebo výrobcov alebo opísaných technológií.
Všetky práva na chránené značky a/alebo názvy produktov uvedené v tomto prehľade sú majetkom ich príslušných vlastníkov a sú týmto výslovne uznané. Všetky značky a ochranné známky uvedené v našich článkoch a prípadne chránené tretími stranami podliehajú bez obmedzenia ustanoveniam príslušného zákona o ochranných známkach a vlastníckym právam príslušného registrovaného vlastníka.
Pomenovanie názvov výrobkov, výrobkov a/alebo príslušných výrobcov výrobkov slúži iba na informačné účely a nepredstavuje reklamu. InfoTip nepreberá nijakú zodpovednosť za výber, výkon alebo použiteľnosť týchto výrobkov.
Ak dôjde k porušeniu práv tretích strán proti nášmu zámeru, požiadame o bezplatné oznámenie.