Как работает коррекция активного коэффициента мощности в блоке питания компьютера?

Я не ищу очень подробное объяснение (хотя это будет приветствоваться). Я больше смотрю, чтобы интуитивно понять, как это работает.

В основном в компьютерном блоке питания у меня есть вход, за которым следуют фильтры, за которыми следует схема PFC, за которой следует переключатель, за которым следует трансформатор, за которым следует выпрямление, и в конце я имею выходную фильтрацию и потребителя. Из того, что я прочитал, та же схема ШИМ, которая управляет переключателем и регулирует напряжение на выходе, также контролирует активную коррекцию коэффициента мощности.

Что я не понимаю, так это то, как коэффициент мощности действительно корректируется.

Вот картинка:

Как работают эти два транзистора и как контроллер PFC определит, что коэффициент мощности плохой?

Я знаю, что коэффициент мощности обычно корректируется с помощью катушек и конденсаторов, и я вижу оба здесь, но я не понимаю, что на самом деле происходит, когда один из транзисторов начинает работать, зачем нужны два транзистора и как это влияет на коэффициент мощности.

Коэффициент мощности управляется («исправленный» - действительно неправильный термин, хотя он и является общим), заставляя ток следовать напряжению. В вашей схеме напряжение на шине будет немного выше, чем пики для сигнала переменного тока. Индуктор, полевые транзисторы, диод и конденсатор образуют повышающий преобразователь. Этот преобразователь принимает выпрямленное входное напряжение переменного тока и формирует напряжение на шине.

Если бы система управления регулировала только выходное напряжение, PFC не происходило бы. Вместо этого он регулирует средний ток через диод, чтобы он был пропорционален мгновенному выпрямленному входному напряжению переменного тока. Помните, что идеальная нагрузка с точки зрения коэффициента мощности имеет ток в фазе с напряжением. Другой способ взглянуть на это - нагрузка на линию переменного тока должна выглядеть резистивной. Как настоящий резистор, вы хотите, чтобы ток был пропорционален напряжению.

Конечно, это противоречит регулированию напряжения на шине. Это достигается благодаря быстрому отклику на входное напряжение переменного тока, но гораздо более медленному отклику на регулирование напряжения на шине. Другими словами, линия переменного тока все еще видит сопротивление, но значение сопротивления медленно изменяется по мере необходимости, чтобы поддерживать напряжение на шине вблизи его целевого значения.

Вы можете проверить мою рецензию на Digital PFC Control для получения дополнительной информации о PFC и способе, которым я придумал, чтобы держать ток пропорциональным напряжению без необходимости измерения тока. У меня есть патент на это, который также включает использование цифровых вычислений для более точного управления напряжением шины. Имея небольшую вычислительную мощность, вы можете узнать, какая пульсация возникает на шине из-за следования напряжению линии переменного тока, а затем использовать ее для определения того, что изменилось из-за изменяющегося спроса от нагрузки. Это позволяет скорректировать загрузку изменений быстрее, чем традиционный подход, но без ущерба для функции PFC.

Упрощенная:

• контроллер PFC не «знает», является ли коэффициент мощности «плохим», он гарантирует, что коэффициент мощности хороший
• наличие двух транзисторов, как показано, не имеет значения с точки зрения работы повышающего преобразователя (оба будут включены и выключены одновременно)
• Пассивная коррекция коэффициента мощности с катушками и конденсаторами принципиально отличается от коррекции активного коэффициента мощности.

Каноническая статья об активном PFC от Филиппа Тодда дает очень подробное объяснение того, как работает PFC, и хотя он написан для архаичного контроллера (UC3854), идеи все еще актуальны и являются основой для многих современных активных реализаций PFC.

Основная цель активного контроллера PFC - сделать нагрузку, питаемую от сети, резистивной. Очевидно, что нисходящая нагрузка в большинстве случаев нерезистивна (обычно это нагрузка постоянной мощности, такая как преобразователь постоянного тока). Способ, которым контроллер PFC может добиться коррекции коэффициента мощности, заключается в измерении формы волны переменного тока и модуляции коэффициента заполнения преобразователя (обычно усиления), чтобы он действовал как резистор - не потребляет ток на переходах через ноль и получает максимальный ток на переменном токе. пики.

Пассивный PFC (катушки и конденсаторы, которые вы описали) включает установку большого фильтра нижних частот на сеть, чтобы противодействовать неидеальной нагрузке. Здесь нет никаких «умов».

На приведенной вами иллюстрации отсутствуют сенсорные сети, которые использует типичный контроллер PFC:

• входной сигнал переменного тока, определяющий форму волны
• выход постоянного тока зондирования
• МОП-транзистор тока

Восприятие формы волны обеспечивает сигнал для контроллера PFC, обычно в форме тока, который представляет форму волны переменного тока после мостового выпрямителя. Контроллер PFC использует этот вход формы волны для управления рабочим циклом преобразователя.

Датчик постоянного тока на выходе представляет собой контур с медленным напряжением (обычно менее 20 Гц), который поддерживает регулировку выходного сигнала повышающего преобразователя. Он должен иметь меньшую полосу пропускания, чем входной сигнал переменного тока, иначе PFC не будет работать.

Датчик тока MOSFET представляет собой быструю токовую петлю, используемую для управления режимом тока.

«Коэффициент мощности» относится к двум отдельным аспектам:

• фазовый угол между током и напряжением (большая разность фаз = меньшая мощность по сравнению с I * V)

• искажения тока, вызванные нелинейными нагрузками: коэффициент амплитуды = пиковый ток / среднеквадратичный ток может быть намного больше, чем sqrt (2) для синусоидальных волн, что приводит к гармоникам, которые вызывают большее рассеяние в системе передачи коммунального предприятия.

Схема PFC в блоке питания в основном предназначена для второго из них. Если вы избавитесь от индуктивности + полевых МОП-транзисторов на этой диаграмме, вы получите очень высокую нагрузочную нагрузку: диод подает большие «проблески» тока в конденсатор.

Схема PFC пытается оградить сеть от этого, превращая ток через индуктор в выпрямленную синусоидальную волну (в фазе с напряжением), делая ток в сети электропитания похожим на синусоидальную.

Зачем нужны два транзистора? Это не так, это деталь реализации (возможно, более выгодно использовать два меньших MOSFET в общем пакете, чем один больший MOSFET в необычном пакете).

Схема управления включает полевой МОП-транзистор, который увеличивает ток через индуктор. Отключение MOSFET позволит току течь в нагрузку, что обычно уменьшает ток. Схема управления решает включить / выключить его для управления током через индуктор - как выпрямленная синусоида, как я уже говорил ранее.

Он также регулирует напряжение на выходе.

Для этого требуется немного больше сложности, чем, скажем, у обычного преобразователя постоянного тока, а также большая емкость накопления энергии как в индуктивности, так и в конденсаторе.