Korekcija faktorja moči PFC

Faktor moči in harmonski faktor omrežne frekvence sta pomembna pokazatelja kakovosti električne energije, zlasti za elektronsko opremo, ki se napaja s to močjo.

Za dobavitelja klimatske naprave je zaželeno, da Faktor moči porabnikov je bila blizu enotnosti, pri elektronskih napravah pa je pomembno, da so harmonska popačenja čim manjša. V takih pogojih bodo elektronske komponente naprav živele dlje, obremenitev pa bo delovala bolj udobno.

Pravzaprav obstaja težava, ki je v tem, da konvencionalni linearni vir energije ne more elektronski opremi zagotoviti električne energije ustrezne kakovosti in celo visoke učinkovitosti. Posledično se moramo sprijazniti z dejstvom, da velja za normo učinkovitost napajalne enote 80% s faktorjem moči, ki se nagiba k 0,7.

In razlog za to težavo se skriva v tem, da na vhodu konvencionalni stikalni napajalnik obstaja diodni most s filtrirnim kondenzatorjem in ne glede na to, ali je popravljeni porabnik toka celo linearna obremenitev, bo tok, doveden iz omrežja na diodni most, še vedno imel izbruhe, izrazite izolirane vrhove, med katerimi so vrzeli z ničlo trenutna poraba iz omrežja.

To se zgodi, ker se filtrirni kondenzator neenakomerno polni in prazni, kar ima za posledico zmanjšanje faktorja moči – pravzaprav se energija iz omrežja porablja v kratkih impulzih – en tokovni impulz za vsako polovico periode sinusnega vala omrežja.

V vezju, ki ga napaja tak filtrirni kondenzator, ta pojav ustvarja visoko harmonično popačenje. In faktor moči obremenitve, ki jo napaja tako preprost usmernik s kondenzatorjem, praviloma ne bo presegel 0,3.

Obstaja preprost "pasiven" način za rahlo izravnavo ostrih tokovnih vrhov, rahlo povečanje faktorja moči in rahlo zmanjšanje na ta način harmonike… Metoda je sestavljena iz dodajanja induktorja med diodni most in filtrirni kondenzator. To bo rahlo zaokrožilo vrhove v sinusno obliko.

V tem primeru pa bo faktor moči še vedno daleč od enote (približno 0,7), saj oblika porabljenega toka spet sploh ni sinusna. In ko je na omrežje priključenih veliko takšnih uporabnikov z različnimi zmogljivostmi, postane to resen problem za proizvajalca električne energije.

Najboljši način za izboljšanje faktorja moči in zmanjšanje harmonikov omrežne frekvence je uporaba razmeroma preprostih shem aktivne korekcije faktorja moči (PFC), ki temeljijo na impulznih pretvornikih v stikalnih napajalnikih.Tu v vhodno usmerniško vezje ni dodan samo induktor, temveč tudi poljski tranzistor z gonilnikom in krmilnikom ter dioda.

Med aktivno korekcijo faktorja moči (aktivni PFC) FET hitro preklaplja med obema stanjema.

Prvo stanje - ko je stikalo zaprto, dušilka prejema napajanje iz usmernika, shranjuje energijo v magnetnem polju, medtem ko je dioda obratno prednapeta, obremenitev pa napaja samo filtrirni kondenzator.

Drugo stanje je, ko je tranzistor odprt, v tem delu cikla dioda preide v prevodno stanje, dušilka pa zdaj prenaša energijo na breme in polni kondenzator. Takšno preklapljanje poteka s frekvenco nekaj deset kilohercev za vsak polval omrežnega sinusnega vala.

Krmilno vezje ključa prilagodi trajanje časovnih intervalov – kako dolgo je dušilka povezana z omrežjem in kako dolgo napaja kondenzator, tako da se napetost na kondenzatorju vzdržuje na konstantni ravni, kot je povprečni tok dušilke. To vezje poveča faktor moči napajanja na 0,98.

Potrebno je kompetentno upravljanje preklapljanja, da je poraba toka v fazi z izmenično napetostjo omrežja. V ta namen krmilnik generira signal PWM za krmiljenje vrat FET, tako da na vrhu sinusnega vala dušilka prejme energijo krajši čas kot pri napetosti blizu nič (dlje).

Krmilnik PFC ima povratno zanko izhodne napetosti (ki se primerja z referenčno in ostane konstantna). prek PWM), kot tudi senzor vhodne napetosti in induktorskega toka za natančno spremljanje povprečnega toka induktorja v realnem času, da se zagotovi, da ima breme največji faktor moči.