PFC - Teljesítménytényező-korrekció - InfoTip Compendium
1. Elmélet és alap áramkörök
A háztartásokban egyre több elektromos fogyasztó már nem szinuszosan áramot vesz ki a nyilvános áramellátási hálózatból, mint korábban, hanem impulzusokban. Ennek oka az elektronikusan vezérelt terheléseket képviselő eszközök növekvő elterjedése.
A szokásos szűrővel ellátott egyenirányító áramkör (1. ábra) nagyszámú harmonikust generál, mivel a szűrő kondenzátor impulzusokban töltődik fel az egyenirányító diódákon keresztül. Az áram és a feszültség közötti fáziseltolódás miatt ezek a harmonikusok látszólagos teljesítményt generálnak, amelyet a szállítók csak az ellátó hálózat összes alkatrészének túlméretezésével tudnak kezelni. Ennek az egyensúlyhiánynak a megelőzése érdekében az EU eredetileg elfogadta az EN60555-2 szabványt ("Háztartási készülékek és hasonló elektromos berendezések által okozott hatások az áramellátási hálózatokban. 2. rész: Harmonikusok"), majd 2001-től az EN61000-3-2 európai szabványt ( "Elektromágneses összeférhetőség (EMC); 3. rész: Határértékek; 2. szakasz: Harmonikus áramok határértékei (eszköz bemeneti áram)
A tápegység bemeneti fokozatainak a szabvány által megkövetelt tulajdonságait két áramköri alapelv teljesítheti:
1.1 Passzív teljesítménytényező korrekciója
A Passzív PFC csak a hálózati frekvenciához illesztett szűrőket csatlakoztatják az egyenirányító előtt. Ezek a szűrők általában viszonylag nagy, hatalmas fojtókból és RC kombinációkból állnak, amelyek aluláteresztő vagy sáváteresztő szűrőként működnek. Passzív PFC azonban csak közepesen jó eredményeket érjen el. Költségek miatt többnyire csak alacsonyabb teljesítményű készülékekben használják őket.
2. ábra: A passzív PFC elve
1.2 Aktív teljesítménytényező korrekció
Az aktív teljesítménytényező-korrekciót sokkal összetettebb fejleszteni és gyártani az áramkörök szempontjából. De nagyon jó, csaknem 99% -os korrekciós tényezőt ér el. Aktív PFC áramkörök Szinte mindegyik a kettős szabályozású fokozat-átalakító elvén alapul. Mivel ez az áramkör egyidejűleg kompenzálja a hálózati feszültségingadozásokat, a lefelé áramló tápegységeket sokkal pontosabban lehet megtervezni, hogy stabilizálják szekunder feszültségüket.
Mivel PFC fokozatos átalakító Ha galvánikus hálózati leválasztás nélkül csak egy üzemi feszültségre van szükség, a tárolási induktivitás csökkenthető egy nyomásfokozóra (L). Ennek az elrendezésnek az az előnye is, hogy az átalakítónak nem a teljes elfogyasztott energiát kell biztosítania, hanem csak azt az energiamennyiséget kell ellátnia, amely arányos a konverter kimeneti feszültsége és bemeneti feszültsége közötti különbséggel.
3. ábra: Aktív PFC elve kettős szabályozású fokozatos átalakítóval
Működési módok PFC konverterekhez
Ahogy a hagyományos felfelé szabályozónak két üzemmódja van, folyamatos (nem folyamatos) és szakaszos (folytonos) üzemmóddal, a PFC fokozatos átalakító több használható üzemmód. Minden üzemmódnak megvannak a maga előnyei és hátrányai. Az üzemmód gyakran változik a hálózati feszültség félhulláma alatt is.
DCM (Discontinous Current Mode) mód
A legvalószínűbb a CE-eszközökben található PFC-k munka DCM módban. Ennek az üzemmódnak az a jellemzője, hogy az L1 emlékeztető fojtószelepen keresztüli áram minden kapcsolási ciklusban egyszer nullára esik. Ez azt jelenti, hogy a tároló fojtótekercs teljesen lemerült vagy mágnesezett. Ezt általában speciálisan nulla áram/feszültség detektorral figyelik, hogy gyakorlatilag veszteség nélkül bekapcsolhassák a kapcsoló tranzisztort. A szakaszos működés további előnyt nyújt, mivel a kapcsoló tranzisztorban nincs sem D1 dióda, sem a helyreállítási hatásokkal kapcsolatos problémák. Az átalakító csak egy kapcsolási frekvencián működik. Ennek az üzemmódnak hátránya a magas csúcsáram.
4. ábra: DCM (Discontinous Current Mode) mód
CCM (folyamatos áram) mód
A CCM mód a kapcsoló tranzisztor vezérlő PWM vivőfrekvenciája állandó. A fojtószelepen keresztül áramló állandó áram miatt a csúcsáram csak kissé nagyobb, mint az átlagos áram. Ez azt jelenti, hogy csak kisebb EMC problémák vannak. Ennek az üzemmódnak a fő hátránya a kapcsolási tranzisztor magas be- és kikapcsolási vesztesége.
5. ábra: CCM (folyamatos áram) mód
CRM (kritikus vezetés) mód
A CRM művelet az átalakító a szakaszos működés határán működik. Ez azt jelenti, hogy a diódában vagy a kapcsoló tranzisztorban nincsenek helyreállítási hatások. A magas csúcsáramok és a kapcsolási frekvencia szórása azonban hátrányos. Különösen a hálózati feszültség nulla keresztezése körüli magas frekvenciák igényelnek további intézkedéseket az interferencia-sugárzás ellen.
6. ábra: CRM (kritikus vezetés) mód
DCM/CRM mód
Kis terhelésű üzemben és a hálózati feszültség nulla kereszteződésének közelében az átalakító működik DCM mód, nagyobb áramnál egybe megy CRM divat ról ről. Bár ez a vegyes művelet ötvözi a "tiszta" üzemmódok összes előnyét, fejlesztése nagyon összetett és nagyon szoros tűrésű alkatrészeket igényel.
7. ábra: DCM/CRM mód
2. A PFC átalakító gyakorlati megvalósítása az IC TDA4863 IC-vel
Nulla áram érzékelő
Az 5. tűs nulla áram érzékelővel a fojtószelepen átáramló áramot egy segédfeszültség figyelemmel kíséri, amelyet az átalakító fojtótekercsének tekercsében váltanak ki. Csak akkor, amikor a kiegészítő feszültség 0 V-ra válik, a fojtótekercs teljesen lemerül, és a Q01 tranzisztor bekapcsolásával újra feltölthető. Az RS flip-flopot az érzékelő blokkolja (visszaállítja), amíg az 5. tű feszültsége 0 V-ra nem csökken. Ily módon csökken a kapcsolási tranzisztor és az emlékeztető dióda (D02) energiavesztesége. Mivel a fojtószelepen átáramló áram majdnem háromszög alakú és nincs hézag, a hálózat energiafogyasztása szinte folyamatos.
Alulfeszültség-védelem (UVLO = Undervoltage Lookout) figyeli a TDA4863 üzemi feszültségét. Amikor a készülék beindul, a VCC üzemi feszültségnek a 8. érintkezőnél meg kell haladnia a 12,5 V-ot, hogy az UVLO bekapcsolja az IC-t. Ha a VCC 10 V alá esik, akkor az IC kikapcsol.
Egyéb alkatrészek
Egy hurokszűrő (R910/C912, C911) található az 1. és 2. érintkező között a feszültségerősítő (egyenfeszültség-erősítő) frekvenciakompenzálásához. Az erősítő úgy működik, mint egy integrátor, amelynek vágási frekvenciája 20 Hz alatt van, hogy elnyomja az egyenirányított hálózati feszültség 100 Hz-es hullámzását. Ennek az alacsony sávszélességnek köszönhetően a terhelés gyors változása vagy a bemeneti áram gyors növekedése a készülék bekapcsolásakor ésszerű időn belül nem szabályozható. Egy túlfeszültség-szabályozó (OVR) figyeli az áramot a külső hurokszűrőn keresztül. Ha az áram meghaladja a belső értéket, az OVR csökkenti a szorzó kimeneti feszültségét, és így lerövidíti a kapcsoló tranzisztor vezetési idejét.
8. ábra: PFC átalakító a TDA4863-2 IC-vel
HITELESÍTŐ ADATOK
web Linkek
Jogi nyilatkozat
Amennyiben ezen a oldalon védjeggyel ellátott kifejezéseket, védett (szó és/vagy kép) márkákat vagy védett termékneveket említenek, kifejezetten felhívjuk a figyelmet arra, hogy ezeket a márkákat, neveket és kifejezéseket itt kizárólag a termékek szerkesztői leírása vagy azonosítása céljából említjük. megnevezett termékeket és/vagy gyártókat vagy a leírt technológiákat.
A jelen összefoglalóban említett védett márkanévre és/vagy terméknévre vonatkozó minden jog a megfelelő tulajdonosok tulajdonát képezi, és ezennel kifejezetten elismert. A cikkekben említett és harmadik felek által esetlegesen védett összes márkára és védjegyre korlátozás nélkül vonatkoznak a vonatkozó védjegyjog rendelkezései és az adott bejegyzett tulajdonos tulajdonjoga.
A terméknevek, termékek és/vagy az adott termékgyártó megnevezése csak tájékoztató jellegű, és nem minősül reklámnak. Az InfoTip nem vállal felelősséget e termékek kiválasztásával, teljesítményével vagy használhatóságával kapcsolatban.
Amennyiben szándékunkkal megsértik harmadik felek jogait, ingyenes értesítést kérünk.