Come funziona la correzione attiva del fattore di potenza negli alimentatori per computer?

Non sto cercando una spiegazione molto dettagliata (anche se sarebbe il benvenuto). Sto più cercando di capire intuitivamente come funziona.

Fondamentalmente nella PSU del computer ho input seguito da filtri seguiti da circuito PFC seguito da interruttore seguito da trasformatore seguito da rettificato e alla fine ho filtrato in uscita e consumer. Da quello che ho letto lo stesso circuito PWM che controlla l'interruttore e regola la tensione in uscita controlla anche la correzione del fattore di potenza attiva.

Quello che non capisco è il modo in cui il fattore di potenza viene effettivamente corretto.

Ecco una foto:

Come funzionano questi due transistor qui e in che modo il controller PFC determinerebbe che il fattore di potenza è negativo?

So che il fattore di potenza viene solitamente corretto con bobine e condensatori e vedo entrambi qui, ma non capisco cosa effettivamente accade quando uno dei transistor inizia a condurre, perché sono necessari due transistor e come ciò influisce sul fattore di potenza.

Il fattore di potenza viene gestito ("corretto" è davvero il termine sbagliato, sebbene sia quello comune) facendo seguire la tensione alla corrente. Nello schema, la tensione del bus sarà leggermente superiore ai picchi per la forma d'onda CA. L'induttore, i FET, il diodo e il condensatore formano un convertitore boost. Questo convertitore prende la tensione di ingresso AC rettificata e genera la tensione del bus.

Se il sistema di controllo regolasse solo la tensione di uscita, non si verificherebbe PFC. Ciò che fa invece è regolare la corrente media attraverso il diodo in modo che sia proporzionale alla tensione di ingresso AC rettificata istantanea. Ricorda che il carico ideale dal punto di vista del fattore di potenza ha la corrente in fase con la tensione. Un altro modo di vederlo è che il carico sulla linea CA deve apparire resistivo. Proprio come un vero resistore, vuoi mantenere la corrente proporzionale alla tensione.

Naturalmente questo è in contrasto con la regolazione della tensione del bus. Questo viene gestito avendo una risposta rapida alla tensione di ingresso AC ma una risposta molto più lenta alla regolazione della tensione del bus. In altre parole, la linea CA vede ancora una resistenza, ma il valore della resistenza viene lentamente modificato in base alle necessità per mantenere la tensione del bus vicino al valore target.

È possibile controllare il mio writeup del controllo PFC digitale per ulteriori informazioni su PFC e un modo in cui mi è venuto in mente di mantenere la corrente proporzionale alla tensione senza dover misurare la corrente. Ho un brevetto su questo, che include anche l'uso del calcolo digitale per controllare la tensione del bus in modo più accurato. Con un po 'di potenza computazionale, è possibile sapere quale ondulazione è causata sul bus a seguito della tensione di linea CA, quindi utilizzarla per determinare cosa è cambiato a causa della domanda variabile dal carico. Ciò consente la regolazione per caricare le modifiche più rapidamente dell'approccio convenzionale ma senza annullare la funzione PFC.

semplificata:

• il controller PFC non "sa" se il fattore di potenza è "cattivo", garantisce che il fattore di potenza è buono
• avere due transistor come illustrato è irrilevante in termini di funzionamento del convertitore boost (entrambi saranno accesi e spenti contemporaneamente)
• la correzione passiva del fattore di potenza con bobine e condensatori è sostanzialmente diversa dalla correzione del fattore di potenza attiva

Il documento canonico sul PFC attivo di Philip C. Todd fornisce una spiegazione molto dettagliata di come funziona il PFC e anche se è scritto per un controller arcaico (UC3854), le idee sono ancora rilevanti e la base di molte moderne implementazioni PFC attive.

Lo scopo fondamentale di un controller PFC attivo è quello di rendere resistivo il carico prelevato dalla rete. Ovviamente, il carico a valle non è resistivo nella maggior parte dei casi (di solito un carico a potenza costante come un convertitore CC / CC). Il modo in cui il controller PFC può ottenere la correzione del fattore di potenza è percependo la forma d'onda CA e modulando il ciclo di lavoro di un convertitore (di solito un boost) per agire come una resistenza - non assorbire corrente ai passaggi a zero e assorbire la massima corrente all'AC vette.

Il PFC passivo (le bobine e i condensatori che hai descritto) comporta l'inserimento di un grande filtro passa-basso sulla rete per contrastare il carico non ideale. Non ci sono "furbi" coinvolti.

Nell'illustrazione fornita mancano le reti di rilevamento utilizzate da un tipico controller PFC:

• il rilevamento della forma d'onda CA in ingresso
• il rilevamento DC in uscita
• la corrente MOSFET

Il rilevamento della forma d'onda fornisce un segnale al controller PFC, solitamente sotto forma di corrente, che rappresenta la forma d'onda CA dopo il raddrizzatore a ponte. Il controller PFC utilizza questo ingresso forma d'onda per controllare il ciclo di lavoro del convertitore.

Il rilevamento DC in uscita è un loop a bassa tensione (solitamente inferiore a 20Hz) che mantiene la regolazione dell'uscita del convertitore boost. Deve avere una larghezza di banda inferiore rispetto all'ingresso AC wavehape, altrimenti PFC non funzionerà.

Il rilevamento della corrente MOSFET è un loop di corrente veloce, utilizzato per il controllo della modalità corrente.

"Fattore di potenza" si riferisce a due preoccupazioni distinte:

• l'angolo di fase tra corrente e tensione (maggiore differenza di fase = potenza inferiore erogata rispetto a I * V)

• la distorsione di corrente causata da carichi non lineari: fattore di cresta = corrente di picco / corrente efficace può essere molto maggiore del sqrt (2) per le onde sinusoidali, portando ad armoniche che causano una maggiore dissipazione nel sistema di trasmissione dell'utilità.

Un circuito PFC in un alimentatore si rivolge principalmente al secondo di questi. Se ti sbarazzassi dell'induttore + dei MOSFET in quel diagramma, finiresti con un carico di fattore di cresta molto alto: il diodo assorbe grandi "fanghi" di corrente nel condensatore.

Il circuito PFC tenta di proteggere l'utilità da questo, trasformando la corrente attraverso l'induttore in un'onda sinusoidale rettificata (in fase con la tensione), facendo apparire la corrente alla rete elettrica come un'onda sinusoidale.

Perché sono necessari due transistor? Non lo sono, questo è un dettaglio di implementazione (forse è più conveniente usare due MOSFET più piccoli in un pacchetto comune piuttosto che usare un MOSFET più grande in un pacchetto non comune).

Il circuito di controllo attiva il MOSFET che aumenta la corrente attraverso l'induttore. La disattivazione del MOSFET consentirà alla corrente di fluire nel carico, il che generalmente riduce la corrente. Il circuito di controllo decide di accenderlo / spegnerlo per controllare la corrente attraverso l'induttore, come un'onda sinusoidale rettificata, come ho affermato in precedenza.

Esso inoltre regola la tensione in uscita.

Per fare ciò richiede un po 'più di complessità rispetto, ad esempio, a un normale convertitore CC / CC, nonché una maggiore capacità di accumulo di energia sia nell'induttore che nel condensatore.