Làm thế nào để điều chỉnh hệ số công suất hoạt động trong nguồn cung cấp năng lượng máy tính hoạt động?

Tôi không tìm kiếm lời giải thích rất chi tiết (mặc dù nó sẽ được hoan nghênh). Tôi đang tìm cách trực giác để hiểu nó hoạt động như thế nào.

Về cơ bản trong PSU máy tính, tôi có đầu vào theo sau là các bộ lọc, sau đó là mạch PFC, sau đó là công tắc, sau đó là máy biến áp, sau đó tôi có bộ lọc và người tiêu dùng. Từ những gì tôi đã đọc cùng một mạch PWM điều khiển công tắc và điều chỉnh điện áp ở đầu ra cũng điều khiển việc hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động.

Những gì tôi không nhận được là cách hệ số sức mạnh thực sự được sửa chữa.

Đây là một hình ảnh:

Làm thế nào để hai bóng bán dẫn này hoạt động ở đây và làm thế nào bộ điều khiển PFC xác định rằng hệ số công suất là xấu?

Tôi biết rằng hệ số công suất thường được hiệu chỉnh bằng cuộn dây và tụ điện và tôi thấy cả hai ở đây, nhưng tôi không hiểu điều gì thực sự xảy ra khi một trong các bóng bán dẫn bắt đầu, tại sao cần có hai bóng bán dẫn và điều đó ảnh hưởng đến hệ số công suất như thế nào.

Hệ số công suất được quản lý ("hiệu chỉnh" thực sự là thuật ngữ sai, mặc dù đó là thuật ngữ chung) bằng cách làm cho dòng điện đi theo điện áp. Trong sơ đồ của bạn, điện áp bus sẽ cao hơn một chút so với các đỉnh của dạng sóng AC. Các cuộn cảm, FET, diode và tụ điện tạo thành một bộ chuyển đổi tăng. Bộ chuyển đổi này lấy điện áp đầu vào AC được chỉnh lưu và tạo ra điện áp bus.

Nếu hệ thống điều khiển chỉ điều chỉnh điện áp đầu ra, sẽ không có PFC xảy ra. Những gì nó làm thay vào đó là điều chỉnh dòng điện trung bình thông qua diode tỷ lệ với điện áp đầu vào AC được chỉnh lưu tức thời. Hãy nhớ rằng tải lý tưởng từ quan điểm hệ số công suất có dòng điện cùng pha với điện áp. Một cách khác để xem xét nó là tải trên dòng AC cần nhìn điện trở. Giống như một điện trở thực, bạn muốn giữ dòng điện tỷ lệ với điện áp.

Tất nhiên đó là mâu thuẫn với việc điều chỉnh điện áp xe buýt. Điều này được xử lý bằng cách có phản ứng nhanh với điện áp đầu vào AC nhưng đáp ứng chậm hơn nhiều để điều chỉnh điện áp bus. Nói cách khác, dòng AC vẫn thấy điện trở, nhưng giá trị điện trở được thay đổi từ từ khi cần thiết để giữ điện áp bus gần giá trị đích của nó.

Bạn có thể kiểm tra ghi lại Điều khiển PFC kỹ thuật số của tôi để có thêm thông tin về PFC và cách tôi đưa ra để giữ cho dòng điện tỷ lệ với điện áp mà không phải đo dòng điện. Tôi đã có một bằng sáng chế về điều đó, bao gồm cả việc sử dụng tính toán kỹ thuật số để kiểm soát điện áp xe buýt chính xác hơn. Với một chút sức mạnh tính toán, bạn có thể biết Ripple gây ra những gì trên xe buýt do tuân theo điện áp dòng AC, sau đó sử dụng điều đó để xác định những gì đã thay đổi do nhu cầu thay đổi từ tải. Điều này cho phép điều chỉnh để tải thay đổi nhanh hơn so với cách tiếp cận thông thường nhưng không đánh bại chức năng PFC.

Giản thể:

• bộ điều khiển PFC không "biết" nếu hệ số công suất là "xấu", nó đảm bảo rằng hệ số công suất là tốt
• có hai bóng bán dẫn như được minh họa là không liên quan về hoạt động của bộ chuyển đổi tăng (cả hai sẽ bật và tắt cùng một lúc)
• hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động với cuộn dây và tụ điện về cơ bản khác với hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động

Bài viết chính tắc về PFC hoạt động của Philip C. Todd đưa ra lời giải thích rất chi tiết về cách PFC hoạt động, và mặc dù nó được viết cho một bộ điều khiển cổ (UC3854), các ý tưởng vẫn có liên quan và là cơ sở cho nhiều triển khai PFC hiện đại.

Mục đích cơ bản của bộ điều khiển PFC hoạt động là làm cho tải được rút ra từ nguồn điện chính xuất hiện điện trở. Rõ ràng, tải hạ lưu không có điện trở trong hầu hết các trường hợp (thường là tải công suất không đổi như bộ chuyển đổi DC / DC). Cách mà bộ điều khiển PFC có thể đạt được hiệu chỉnh hệ số công suất là bằng cách cảm nhận sóng điện xoay chiều và điều chỉnh chu kỳ làm việc của bộ biến đổi (thường là tăng) để hoạt động như một điện trở - không có dòng điện ở giao điểm 0 và rút ra dòng điện cực đại tại AC đỉnh núi.

PFC thụ động (cuộn dây và tụ điện mà bạn mô tả) liên quan đến việc đặt một bộ lọc thông thấp lớn trên nguồn điện để chống lại tải không lý tưởng. Không có bất kỳ "thông minh" nào liên quan.

Hình minh họa bạn cung cấp thiếu các mạng cảm biến mà bộ điều khiển PFC thông thường sử dụng:

• cảm biến waveshape AC đầu vào
• cảm biến DC đầu ra
• dòng điện MOSFE

Cảm biến sóng waveshape cung cấp tín hiệu cho bộ điều khiển PFC, thường ở dạng dòng điện, đại diện cho sóng điện xoay chiều sau bộ chỉnh lưu cầu. Bộ điều khiển PFC sử dụng đầu vào waveshape này để điều khiển chu kỳ làm việc của bộ chuyển đổi.

Cảm biến DC đầu ra là một vòng lặp điện áp chậm (thường dưới 20Hz) duy trì quy định đầu ra bộ chuyển đổi tăng. Nó phải có băng thông thấp hơn đầu vào waveshape AC, hoặc PFC sẽ không hoạt động.

Cảm biến dòng MOS MOS là một vòng lặp nhanh, được sử dụng để điều khiển chế độ hiện tại.

"Yếu tố sức mạnh" đề cập đến hai mối quan tâm riêng biệt:

• góc pha giữa dòng điện và điện áp (chênh lệch pha nhiều hơn = công suất thấp hơn so với I * V)

• méo hiện tại gây ra bởi tải phi tuyến: hệ số đỉnh = dòng cực đại / dòng rms có thể lớn hơn nhiều so với sqrt (2) đối với sóng hình sin, dẫn đến sóng hài gây ra sự phân tán nhiều hơn trong hệ thống truyền tải của tiện ích.

Một mạch PFC trong một nguồn cung cấp chủ yếu giải quyết thứ hai trong số này. Nếu bạn đã loại bỏ cuộn cảm + MOSFET trong sơ đồ đó, bạn sẽ kết thúc với tải yếu tố cực lớn: diode hút "dòng điện" lớn vào tụ điện.

Mạch PFC cố gắng bảo vệ tiện ích khỏi điều này, bằng cách biến dòng điện qua cuộn cảm thành một sóng hình sin được chỉnh lưu (cùng pha với điện áp), làm cho dòng điện ở nguồn điện chính trông giống như một sóng hình sin.

Tại sao hai bóng bán dẫn cần thiết? Chúng không phải, đó là một chi tiết triển khai (có lẽ sẽ hiệu quả hơn khi sử dụng hai MOSFET nhỏ hơn trong một gói chung hơn là sử dụng một MOSFET lớn hơn trong gói không phổ biến).

Mạch điều khiển bật MOSFET làm tăng dòng điện qua cuộn cảm. Tắt MOSFET sẽ cho phép dòng điện chạy vào tải, thường làm giảm dòng điện. Mạch điều khiển quyết định bật / tắt để điều khiển dòng điện qua cuộn cảm - như một sóng hình sin được chỉnh lưu, như tôi đã nói trước đó.

Nó cũng điều chỉnh điện áp ở đầu ra.

Để làm điều này đòi hỏi sự phức tạp hơn một chút so với, một bộ chuyển đổi DC / DC thông thường, cũng như khả năng lưu trữ năng lượng nhiều hơn ở cả cuộn cảm và tụ điện.