Güç Faktörü Düzeltme (PFC) Devresi - Eğitim

Gönderi, SMPS tasarımlarında bir güç faktörü düzeltme devresini veya bir PFC devresini yapılandırmanın farklı yöntemlerini detaylandırıyor ve modern PFC kısıtlama yönergelerine uyması için bu topolojiler için en iyi uygulama seçeneklerini açıklıyor.

Verimli güç kaynağı devreleri tasarlamak hiç bu kadar kolay olmamıştı, ancak zamanla araştırmacılar ilgili sorunların çoğunu çözebildiler ve aynı çizgide modern SMPS tasarımları da mümkün olan en iyi sonuçlarla optimize ediliyor. modern güç kaynağı üniteleri için daha katı kalite parametrelerinin uygulanmasında önemli bir rol oynayan yeni düzenleyici standartlar.

PFC Yönergeleri

Modern güç kaynağı kalite kısıtlamaları, imalatçıların, tedarikçilerin ve diğer ilgili yönetim organlarının çabalarıyla toplu olarak oldukça agresif bir şekilde ortaya konmaktadır.

Modern güç kaynağı tasarımları için ortaya konan birçok kalite parametresi arasında, aslında harmonik iptal şeklinde olan güç faktörü düzeltme düzeltmesi (PFC), IEC 61000-3-2 kuralları tarafından zorunlu bir gereklilik olarak ilan edilmiştir.

Bu nedenle tasarımcılar, bu katı modern yasaları karşılamak için güç kaynağı tasarımlarında güç faktörü düzeltme aşamalarını tasarlarken daha zorlu zorluklarla yüzleşmek zorunda kalıyorlar ve güç kaynakları, özellikleri ve uygulama aralığı ile giderek daha zorlu hale geliyor ve uygun PFC devrelerini yapılandırıyor. arenadaki birçok üretici için kolaylaşmıyor.

Sunulan eğitimler, üretim veya üretim ile ilgilenen tüm dernekler ve profesyoneller için özel olarak hazırlanmıştır. geri dönüş SMPS tasarımı bireysel gereksinimlerine göre en ideal PFC tasarımları ve hesaplamaları ile bunları kolaylaştırmak için.

Bu eğitimlerde yer alan tartışmalar, 400 watt, 0,75 amper aralığındaki önemli ölçüde büyük üniteler için bile PFC devreleri tasarlamanıza yardımcı olacaktır.

Okuyucular ayrıca, LED sürücüleri de içeren tek aşamalı izole dönüştürücüler seçme hakkında bilgi edinme fırsatı bulacaklar. Adım adım tasarım eğitimi ve talimatların yanı sıra sistem seviyesi karşılaştırmaları, güç elektroniği alanında aktif olarak yer alan birçok tasarımcı hakkında bilgi sahibi olacaklar. özel uygulama ihtiyaçları için en uygun yaklaşımla devam edin

Güç Faktörü Düzeltme Hedefi

Modern SMPS (anahtar modu güç kaynağı) ünitelerindeki güç faktörü düzeltme devresi optimizasyonu, belirli özelliklere sahip farklı PFC tasarımlarını yerleştirmeyi mümkün kılan bir dizi gelişmiş ilgili entegre devrenin (IC'ler) ortaya çıkması nedeniyle yakın geçmişte gelişebilir. operasyon modları ve bireysel zorlukların üstesinden gelme yeteneği.

SMPS topolojilerinin çeşitliliğinin artmasıyla birlikte, PFC tasarım ve uygulamasındaki karmaşıklık da günümüzde daha da artmıştır.

İlk eğitimde, çoğunlukla herhangi bir profesyonel tarafından düzeltmelerin tercih edildiği tasarımın operasyonel ayrıntılarını öğreneceğiz.

Temel olarak, güç faktörü düzeltmesi, çevrim dışı güç kaynakları içindeki giriş akımını optimize etmeye yardımcı olur, böylece bunlar mevcut şebeke girişinden gerçek gücü artırabilirler.

Normal gereksinime göre, belirli bir elektrikli cihaz, sıfır reaktif güç tüketimine sahip olmasını sağlamak için kendisini saf bir dirence sahip bir yük olarak taklit etmelidir.

Bu durum, neredeyse sıfır giriş harmonik akımlarının üretilmesine neden olur, başka bir deyişle tüketilen akımın, normalde bir sinüs dalgası şeklinde olan giriş besleme voltajı ile mükemmel bir şekilde aynı fazda olmasına izin verir.

Bu başarı, cihazın ana şebekeden en uygun ve verimli seviyelerde 'gerçek gücü' tüketmesini kolaylaştırır ve bu da elektrik israfını en aza indirir ve verimliliğini artırır.

Elektriğin bu etkili kullanımı, yalnızca cihazın kendisini en verimli şekilde göstermesine yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda hizmet şirketleri ve süreç için ilgili sermaye ekipmanı için de yardımcı olur.

Yukarıdaki özellik ayrıca güç hatlarının harmoniklerden ve ağ içindeki cihazlar arasında ortaya çıkan parazitten arındırılmasını sağlar.

Modern güç kaynağı ünitelerinde bir PFC dahil olmak üzere yukarıda belirtilen avantajların yanı sıra, tüm elektrikli ekipmanların uygun olması gereken IEC61000-3-2 ile Avrupa ve Japonya'da belirlenen düzenleyici gerekliliklere uymak içindir.

Yukarıda bahsedilen durum, Sınıf D ekipman standartlarına göre 75 watt'ın üzerinde derecelendirilebilen veya daha da yüksek olan elektronik cihazların çoğu için düzenlenmiştir ve 39. harmoniğe kadar hat frekansı harmoniklerinin en yüksek genliğini belirtir.

Bu standartların yanı sıra PFC, 2008'den beri bilgisayarlar için hayati önem taşıyan Energy Star 5.0 ve Güç Kaynakları sistemleri ve TV setleri için Energy Star 2.0 gibi diğer verimlilikleri sağlamak için de kullanılmaktadır.

Güç Faktörünün Tanımı

PFC veya Güç faktörü Düzeltmesi, gerçek gücün görünen güce oranı olarak tanımlanabilir ve şu şekilde ifade edilebilir:

PF = Gerçek Güç / Görünen Güç, burada Gerçek Gücün ifade edildiği yer
Watt, Görünen Güç VA cinsinden ifade edilirken.

Bu ifadede, gerçek güç, bir faz veya döngü boyunca akım ve gerilimin anlık ürününün ortalaması olarak belirlenirken, görünen güç, akımın gerilim ile çarpımının RMS değeri olarak kabul edilir.

Bu, akım ve gerilim karşılıkları sinüzoidal olduğunda ve birbirleriyle fazda olduğunda, ortaya çıkan güç faktörünün 1.0 olduğunu gösterir.

Bununla birlikte, akım, gerilim parametrelerinin sinüzoidal olduğu ancak fazda olmadığı bir durumda, faz açısının kosinüsü olan bir güç faktörüne yol açar.

Yukarıda açıklanan güç faktörü koşulları, eşlik eden yükün doğası gereği doğrusal olmayan dirençli, endüktif ve kapasitif bileşenlerden oluştuğu bir durumla bağlantılı olarak gerilim ve akımın her ikisinin de saf sinüs dalgaları olduğu durumlarda geçerlidir. giriş akımı ve gerilim parametreleri ile ayarlanmıyor.

SMPS topolojileri tipik olarak, devrelerinin yukarıda açıklanan yapısı nedeniyle şebeke hattına doğrusal olmayan empedans ekler.

SMPS Nasıl Çalışır?

Bir SMPS devresi temel olarak, girişte yarım dalga veya tam dalga doğrultucu olabilen bir doğrultucu aşaması ve bir sonraki tepe noktasına kadar giriş kaynağı sinüs dalgasının tepe seviyesine kadar doğrultulmuş gerilimi tutmak için tamamlayıcı bir filtre kapasitörü içerir. Sinüs dalgası belirir ve bu kapasitörün şarj döngüsünü tekrarlayarak, bunun üzerinde gerekli tepe sabit voltajı ile sonuçlanır.

Kapasitörün AC'nin her tepe döngüsünde şarj edilmesi işlemi, girişin bu tepe aralıkları arasında SMPS'nin yük tüketimini karşılamaya yetecek kadar akımla donatılmasını gerektirir.

Çevrim, kapasitör içine hızlı bir şekilde büyük bir akımın boşaltılmasıyla gerçekleştirilir ve bu, bir sonraki tepe çevrimi gelene kadar boşaltma yoluyla yüke uygulanır.

Bu eşit olmayan şarj ve deşarj modeli için, kapasitörden gelen darbe akımının, yükün ortalama gereksiniminin% 15 üzerinde derecelendirilmesi önerilir.

Yukarıdaki şekilde, önemli miktarda distorsiyona rağmen gerilim ve akım parametrelerinin görünüşte birbirleriyle aynı fazda olduğunu görebiliriz.

Bununla birlikte, 'faz açısı kosinüs' terimini yukarıdakilere uygularsak, güç kaynağının 1.0 güç faktörüne sahip olduğu konusunda yanlış bir çıkarıma yol açacaktır.

Üst ve alt dalga formları, akımın harmonik içeriğinin miktarını gösterir.

Burada 'temel harmonik içeriği'% 100'lük bir genlikle karşılaştırılarak belirtilirken, yüksek harmonikler temel genliğin tamamlayıcı yüzdeleri olarak sunulur.

Bununla birlikte, gerçek güç yalnızca temel bileşen tarafından belirlendiğinden, diğer tamamlayıcı harmonikler yalnızca görünen gücü temsil ettiğinden, gerçek güç faktörü 1.0'ın oldukça altında olabilir.

Bu sapmaya, temelde SMPS birimlerinde birlik-dışı bir güç faktörünün ortaya çıkmasından temelde sorumlu olan bozulma faktörü terimi ile diyoruz.

Gerçek ve Görünen Güç için İfade

Gerçek ve görünen güç arasındaki bağlantıya değinen genel bir ifade şu şekilde verilebilir:

CosΦ, akım / gerilim dalga biçimleri arasındaki faz açısından Φ ortaya çıkan yer değiştirme faktörünü oluşturduğunda ve cosΦ, bozulma faktörünü belirtir.

Aşağıdaki diyagrama bakarak, mükemmel bir güç faktörü düzeltmesi gösteren bir duruma tanık olabiliriz.

Burada, akım dalga biçiminin, her ikisi de görünüşte fazda ve birbirleriyle senkronize çalıştığından, voltaj dalga biçimini oldukça ideal bir şekilde kopyaladığını görebiliriz.

Bu nedenle, burada giriş akımı harmoniklerinin neredeyse sıfır olduğu varsayılabilir.

Güç Faktörü Düzeltmesi - Harmonik Azaltma

Önceki resimlere bakıldığında, güç faktörünün ve düşük harmoniklerin birbiriyle senkronize çalıştığı açıktır.

Genel olarak, ilgili harmonikler için sınırların ana hatlarının çizilmesi durumunda, yakındaki diğer cihazlarla parazit akım parazitlerini ortadan kaldırarak güç hatlarındaki giriş akımı kirlenmesinin sınırlandırılmasına yardımcı olabileceği düşünülmektedir.

Bu nedenle, giriş akımının işlenmesi 'güç faktörü düzeltmesi' olarak adlandırılabilirken, bu işlemenin uluslararası yönergelere göre harmonik içerik a olarak anlaşıldığı düşünülen iyileştirmenin çıktı büyüklüğü.

SMPS topolojileri için, normalde güç faktörü ile harmonik distorsiyon arasında aşağıdaki ilişkileri ortaya çıkaran, yaklaşık olarak birlik halinde olan yer değiştirme elemanıdır.

İfadede THD, temel içerik üzerindeki zararlı harmoniklerin ikinci dereceden toplamı olarak Toplam Harmonik Bozulmayı temsil eder ve ilişkili harmonik içeriğin göreceli ağırlığını temel karşılığa referansla ifade eder.Diğer denklem THD'nin mutlak rakamını ilişkilendirir ve % oranında değil, bir PF birliği oluşturmak için THD'nin esasen sıfır olması gerektiğini ifade eder.

Güç Faktörü Düzeltme Türleri

Yukarıdaki şekildeki giriş dalga biçimi karakteristiği, bir giriş redresörü konfigürasyonu ile bir filtre kondansatörü arasına yerleştirilen bir SMPS cihazı için tipik bir 'aktif' tip güç faktörü düzeltmesini ve ilgili devre ile birlikte işlemleri kontrol eden bir PFC entegre devresini gösterir. giriş akımının giriş voltajı dalga formunu uyumlu bir şekilde takip etmesini sağlamak.

Bu tür bir işlem, aşağıdaki şekilde görülebileceği gibi, modern SMPS devrelerinde kullanılan en yaygın PFC türü olarak kabul edilebilir.

Bunu söyledikten sonra, önerilen PFC için yalnızca “aktif” versiyonların ve yarı iletkenlerin kullanılması zorunlu değildir; belirlenen düzenlemelerin altında makul bir PFC miktarını garanti edebilecek diğer tüm tasarım türleri normalde memnuniyetle karşılanır.

Gerçekte, 'aktif' karşıtın konumunu değiştiren tek bir indüktörün, zirveleri kontrol ederek ve akımı giriş voltajı ile eşzamanlı olarak oldukça verimli bir şekilde eşit şekilde dağıtarak harmonikleri oldukça tatmin edici bir şekilde reddedebildiği fark edilmiştir.

Pasif PFC Tasarımı

Bununla birlikte, pasif PFC kontrolünün bu formu, önemli ölçüde hacimli bir demir çekirdekli indüktör gerektirebilir ve bu nedenle, kompaktlığın çok önemli bir gereklilik olmadığı uygulamalarda kullanılabilir. (sayfa 12)

Pasif tek bir indüktör, PFC için hızlı bir çözüm gibi görünebilir, ancak yüksek voltajlı uygulamalar için, pratik olmayan büyük boyutları nedeniyle boyut ilginçleşmeye başlayabilir.

Aşağıdaki grafikte, her biri eşdeğer bir ölçek faktöründe bir akım dalga biçimini temsil eden 250 watt'lık PC SMPS varyantlarının üç numaralı giriş özelliklerine tanık olabiliriz.

Pasif indüktör bazlı PFC'den elde edilen sonucun, aktif PFC filtresi muadiline göre% 33 daha yüksek akım tepe noktaları olduğunu kolayca görebiliriz.

Bu, IEC61000-3-2 standartlarını geçebilse bile, son zamanlardaki daha katı 0.9PF gereksinim kuralıyla kesinlikle aynı olmayacak ve bu yeni standartlara göre belirlenen QC kabul seviyesinde başarısız olacaktır.

Temel Blok Şeması

Manyetik çekirdekler sürecindeki artış ve modern, çok daha ucuz yarı iletken malzemelerin piyasaya sürülmesiyle birlikte artan bakır maliyetlerini görebildiğimiz devam eden elektronik pazar trendi nedeniyle, aktif PFC yaklaşımını fark edersek sürpriz olmayacak pasif muadilinden fazlasıyla popüler hale geliyor.

Ve bu eğilimin, birçok SMPS tasarımcısı ve üreticisi için daha gelişmiş ve geliştirilmiş PFC çözümleri sunarak, önümüzdeki gelecekte daha da güçleneceği düşünülebilir.

Giriş Hat Harmoniklerinin IEC610003-2 Standartlarıyla Karşılaştırılması

Figurebelow'da IEC6000-3-2 kısıtlamalarına referansla üç ayrı 250 watt PC SMPS sonucunun izlerini görebiliriz. Belirtilen kısıtlama, PC'ler, TV'ler ve monitörleri gibi tüm D sınıfı cihazlar için geçerlidir.

Gösterilen harmonik içerik limiti, cihazların giriş gücüne göre sabitlenmiştir. LED ışıkları, CFL ışıkları, C sınıfı kısıtlamalar gibi ışıklarla ilgili ürünler için normalde giriş watt sınırlarıyla aynı olan sınırlamalar uygulanır.

Geleneksel olmayan diğer elektronik ürünler, PFC sınırlarını minimum 600 watt giriş gücüyle orantılı olarak bulur.

Pasif PFC izine bakarsak, bunun belirlenen kısıtlama sınırına neredeyse hiç uymadığını görürüz, sadece bir dokun ve git türü durum (harmonik no3'te)

Pasif PFC Özelliklerini Analiz Etme

Aşağıdaki şekilde, geleneksel bir PC güç kaynağı için tasarlanmış klasik bir pasif PFC devresi örneğini görebiliriz. Burada kayda değer olan şey, PFC indüktörünün merkez bağlantısının giriş hattı giriş voltajı ile bağlantısıdır.

220V seçim modunda (anahtar açık) iken, indüktörün iki bölümünün tamamı, tam bir köprü doğrultucu devresi gibi çalışan doğrultucu ağ ile uygulanır.

Bununla birlikte, 110V modunda (anahtar kapalı), bobinin yalnızca% 50'si veya yarısı, uygulanan bobinin sol taraf bölümü boyunca kullanılırken, doğrultucu bölümü artık bir yarım dalga doğrultucu katlayıcı devresine dönüştürülmüştür.

220V seçimi, tam dalga doğrultusundan sonra yaklaşık 330V üretmeye mecbur olduğundan, bu SMPS için veri yolu girişini oluşturur ve giriş hattı voltajına göre önemli ölçüde dalgalanma olasılığına sahiptir.

Örnek Devre Şeması

Bu pasif PFC tasarımı, performansıyla oldukça basit ve etkileyici görünse de, birkaç önemli dezavantaj sergileyebilir.

PFC'nin hacimli doğası ile birlikte, performansını etkileyen diğer iki şey, ilk olarak, sistemi üniteyi çalıştırırken olası bir insan hatasına karşı savunmasız hale getiren mekanik bir anahtarın eklenmesi ve ayrıca ilgili aşınma ve yıpranma sorunlarıdır.

İkinci olarak, hat voltajının stabilize edilmemesi, maliyet etkinliği cephelerinde göreceli verimsizliklere ve PFC çıkışı ile bağlantılı DC'den DC'ye güç dönüştürme doğruluğuna neden olur.

Kritik İletim Modu (CrM) Denetleyicileri

Geçiş modu veya sınırda iletim modu (BCM) denetleyicisi olarak da adlandırılan kritik iletim modu olarak adlandırılan denetleyici aşaması, aydınlatma elektroniği uygulamalarında etkin bir şekilde kullanılabilen devre konfigürasyonlarıdır. Kullanılabilirliği ile sorunsuz olmasına rağmen, bu kontrolörler nispeten pahalıdır.

Aşağıdaki şema 1-8, normal bir CrM denetleyici devre tasarımını gösterir.

Tipik olarak bir CrM kontrolörü PFC, aşağıdaki noktaların yardımıyla anlaşılabilecek yukarıda gösterilen devre türüne sahip olacaktır:

Bir referans çoğaltıcı aşamasının bir girişi, düşük bir frekans kutbuna sahip bir ilişkili hata amplifikatör çıkışından uygun şekilde boyutlandırılmış bir sinyal alır.

Çarpanın diğer girişi, düzeltilmiş bir AC hat girişinden çıkarılan stabilize edilmiş bir DC kıskaçlı voltaj ile referans olarak görülebilir.

Dolayısıyla, çarpandan elde edilen sonuç, hata amp çıkışından gelen göreceli DC'nin ve AC girişinden gelen tam dalga AC sinüs darbeleri formundaki referans verilen sinyalin ürünüdür.

Çarpan aşamasından gelen bu çıktı, tam dalga sinüs dalgası darbeleri şeklinde de görülebilir, ancak giriş voltajı için referans olarak uygulanan hata sinyali (kazanç faktörü) kullanımıyla orantılı olarak uygun şekilde küçültülür.

Bu kaynağın sinyal genliği, belirtilen doğru ortalama gücü uygulamak ve uygun bir düzenlenmiş çıkış voltajı sağlamak için uygun şekilde ayarlanır.

Akım genliğinin işlenmesinden sorumlu olan aşama, akımın çarpandan çıkış dalga biçimine uygun olarak akmasına neden olur, ancak hat frekansı akım sinyal genliğinin (yumuşatmadan sonra) çarpan aşamasından bu referansın yarısı olması beklenebilir. .

Burada akım şekillendirme devresi ile yapılan işlemler şu şekilde anlaşılabilir:

Yukarıdaki diyagrama atıfta bulunularak, Vref çarpan aşamasından çıkan sinyali ifade eder ve ikinci girişi mevcut dalga formu sinyali ile referans verilen bir karşılaştırıcının opamplarından birine beslenir.

Güç şalterinde, şönt üzerindeki sinyal Vref seviyesine ulaşana kadar indüktör üzerindeki akım yavaşça artar.

Bu, karşılaştırıcıyı çıkışını Açık'tan KAPALI'ya değiştirmeye zorlar ve devreye giden gücü KAPALI konuma getirir.

Bu olur olmaz, indüktör boyunca kademeli olarak yükselen voltaj yavaşça sıfıra düşmeye başlar ve sıfıra dokunduğunda, opamp çıkışı geri döner ve tekrar açılır ve döngü tekrar etmeye devam eder.

Yukarıdaki karakteristiğin adından da anlaşılacağı gibi, sistemin kontrol modeli, indüktör akımının sürekli ve kesintili anahtarlama modları boyunca önceden belirlenmiş sınırın üzerinde ateşlenmesine asla izin vermez.

Bu düzenleme, opamptan elde edilen çıktının ortalama tepe akım seviyesi arasındaki ilişkiyi tahmin etmeye ve hesaplamaya yardımcı olur. Tepki üçgen dalgalar biçiminde olduğundan, dalga biçiminin ortalaması, üçgen dalga biçimlerinin gerçek tepe noktalarının tam olarak% 50'sini belirtir.

Bu, üçgen dalgaların mevcut sinyalinin sonuçta ortaya çıkan ortalama değerinin = İndüktör akımı x R algısı olacağı veya sadece opampın önceden ayarlanmış referans seviyesinin (Vref) yarısını koyacağı anlamına gelir.

Yukarıdaki prensibi kullanan bir regülatörün frekansı, hat voltajına ve yük akımına bağlı olacaktır. Frekans, daha yüksek hat voltajlarında çok daha yüksek olabilir ve hat girişi değiştikçe değişebilir.

Frekans Kenetli Kritik İletim Modu (FCCrM)

Çeşitli endüstriyel güç kaynağı PFC kontrol uygulamalarındaki popülaritesine rağmen, yukarıda açıklanan CrM kontrolörü bazı doğal dezavantajlar içerir.

Bu tür aktif PFC kontrolünün ana kusuru, daha hafif yükler ve daha yüksek hat voltajları ile frekansta bir artış gösteren ve ayrıca giriş sinüs dalgası sıfır geçişlere her yaklaştığında, hat ve yük koşullarına göre frekans kararsızlığıdır.

Bu sorunu bir frekans kelepçesi ekleyerek düzeltmek için bir girişimde bulunulursa, 'Ton' un bu prosedür için ayarlanmamış kalması nedeniyle kaçınılmaz görünen, bozuk akım dalga formuna sahip bir çıkışla sonuçlanır.

Bununla birlikte, alternatif bir tekniğin geliştirilmesi, kesintili modda (DCM) bile gerçek bir güç faktörü düzeltmesinin elde edilmesine yardımcı olur. Çalışma prensibi Figurebelow'da ve ekli denklemlerle incelenebilir.

Yukarıdaki şemaya istinaden, bobin tepe akımı şu çözülerek değerlendirilebilir:

Anahtarlama döngüsüne referansla ortalama bobin akımı (ek olarak verilen anahtarlama döngüsü için anlık hat akımı olarak kabul edilir, çünkü anahtarlama frekansı genellikle hat voltajındaki değişikliklerin gerçekleştiği hat frekansından daha yüksektir. ), aşağıdaki formülle ifade edilir:

Yukarıdaki ilişkiyi ve terimlerin basitleştirilmesini birleştirmek aşağıdakileri verir:

Yukarıdaki ifade, bir algoritmanın ton.tycle / Tsw'yi sabit bir seviyede tutmaya özen gösterdiği bir yöntemin uygulanması durumunda, kesintili durumda bile bir birim güç faktörüne sahip bir sinüs dalgası hat akımı elde etmemizi sağlayacağını açıkça belirtir ve ima eder. Kullanma usulü, çalışma şekli.

Yukarıdaki hususlar, önerilen DCM denetleyici tekniğinin bazı belirgin avantajlarını ortaya koysa da, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi, ilişkili yüksek tepe akımı seviyeleri nedeniyle ideal seçim gibi görünmemektedir:

İdeal bir PFC koşullarını elde etmek için, mantıklı bir yaklaşım, DCM ve Crm operasyon modlarının bu iki muadilden en iyi sonucu elde etmek için birleştirildiği bir koşul uygulamak olacaktır.

Bu nedenle, yük koşulları ağır olmadığında ve CrM yüksek bir frekansta çalıştığında, devre bir DCM çalışma moduna geçer ve yük akımı yüksek olduğunda, Crm koşulunun devam etmesine izin verilir, böylece akım tepe noktaları istenmeyen yüksek sınırları aşma eğiliminde değildir.

Önerilen iki kontrol modu arasında bu tür bir optimizasyon, en çok arzu edilen çözümleri elde etmek için iki kontrol modunun faydalarının birleştirildiği aşağıdaki şekilde en iyi şekilde görselleştirilebilir.

İletim Moduna Devam Ediyor

PFC'nin sürekli iletim modu, esnek uygulama özellikleri ve aralığı ve ilişkili çeşitli avantajları nedeniyle SMPS tasarımlarında oldukça popüler hale gelebilir.

Bu modda, mevcut tepe gerilimi daha düşük bir seviyede tutularak ilgili bileşenlerde minimuma indirilmiş anahtarlama kayıpları sağlanır ve ayrıca giriş dalgalanması, nispeten sabit bir frekansla minimum seviyede oluşturulur ve bu da, düzeltme işleminin daha basit olmasını sağlar. aynısı.
CCM tipi PFC ile ilişkili aşağıdaki niteliklerin biraz daha ayrıntılı olarak tartışılması gerekir.

Vrms2 Kontrolü

Çoğu PFC tasarımının evrensel olarak uygulandığı hayati özelliklerden biri, düzeltilmiş giriş voltajının aşağı yönlü bir taklidi olması gereken referans sinyalidir.

Giriş voltajının bu en aza indirilmiş düzeltilmiş eşdeğeri, çıkış akımı için doğru dalga biçimini şekillendirmek için nihayet devreye uygulanır.

Yukarıda tartışıldığı gibi, bu işlem için normal olarak bir çarpan devre aşaması kullanılır, ancak bir çoğaltıcı devre aşamasının geleneksel bir twn-girdi çarpan sisteminden nispeten daha az maliyet etkin olabileceğini biliyoruz.

Klasik bir örnek yerleşim düzeni, sürekli mod PFC yaklaşımını gösteren Figurebelow'da görülebilir.

Görülebileceği gibi, burada yükseltici dönüştürücü, komut akımı sinyali V (i) referans alınarak indüktör akımının (dönüştürücü için giriş akımı) boyutlandırılmasından sorumlu olan ortalama bir akım modu PWM'nin yardımıyla tetiklenir. , giriş voltajının V (in) bir VDIV oranına küçültülmüş eşdeğeri olarak görülebilir.

Bu, hata voltajı sinyalini giriş voltajı sinyalinin karesine bölerek gerçekleştirilir (giriş voltajı düzeyine göre basitleştirilmiş bir ölçekleme faktörü oluşturmak için kapasitör Cf tarafından yumuşatılır).

Hata sinyalinin giriş voltajının karesine bölünmesini görmek biraz garip olsa da, bu önlemin arkasındaki sebep, giriş voltajına bağlı olmayabilecek bir döngü kazancı (veya geçici bir bağımlı yanıt) yaratmaktır. tetikleme.

Paydadaki gerilimin karesi, PWM kontrolünün transfer fonksiyonu (indüktörün akım grafik eğiminin giriş gerilimi ile orantılılığı) ile birlikte Vsin değeri ile nötralize olur.

Bununla birlikte, bu PFC biçiminin bir dezavantajı, çarpanın esnekliğidir; bu, bu aşamayı, özellikle devrenin güç işleme bölümlerini biraz fazla tasarlamaya zorlar, böylece en kötü durumdaki güç dağıtımı senaryolarını bile sürdürür.

Ortalama Akım Modu Kontrolü

Yukarıdaki şekilde, çarpan V (i) 'den üretilen referans sinyalinin dalga formunun şeklini ve PFC giriş akımının ölçekleme aralığını nasıl gösterdiğini görebiliriz.

Belirtilen PWM aşaması, ortalama bir giriş akımının referans değer ile eşit olmasını sağlamaktan sorumlu hale gelir. Prosedür, aşağıda verilen şekilde görülebileceği gibi, ortalama bir akım modu kontrol aşaması aracılığıyla yürütülür.

Ortalama akım modu kontrolü, temelde, bir hata amplifikatörü devre aşaması aracılığıyla düşük frekanslı bir DC döngüsü kullanılarak oluşturulan Icp kontrol sinyaline referansla ortalama akımı (giriş / çıkış) düzenlemek için yapılandırılmıştır ve bu, başka bir şey değildir. buna daha önceki şekilde gösterilen Vi sinyaline karşılık gelen eşdeğer akım.

Aşama akım amplifikatörü, dalga formunun şeklini düzenlemek için bir akım entegratörü ve bir hata amplifikatörü olarak işlev görürken, Rcp boyunca üretilen Icp sinyali, DC giriş voltaj kontrolünün yürütülmesinden sorumlu hale gelir.

Akım amplifikatöründen doğrusal bir yanıt sağlamak için, girişinin benzer olması gerekir, bu da R (şönt) boyunca üretilen potansiyel farkın Rcp çevresinde üretilen voltaja benzer olması gerektiği anlamına gelir, çünkü bir DC'ye sahip olamayız. akım yükselticisinin ters çevirmeyen direnç girişi.

Akım amplifikatörü tarafından üretilen çıkışın, şöntün ortalama akımına ve ayrıca Isp'den gelen sinyale bağlı olarak 'düşük frekanslı' bir hata sinyali olduğu varsayılır.

Şimdi bir osilatör, voltaj modu kontrol tasarımında olduğu gibi yukarıdaki sinyali onunla karşılaştırmak için kullanılan bir testere dişi sinyali üretir.

Bu, yukarıda bahsedilen iki sinyalin karşılaştırılmasıyla belirlenen PWM'lerin yaratılmasıyla sonuçlanır.

Gelişmiş PFC Çözümleri

Yukarıda tartışılan çeşitli PFC kontrol yöntemleri (CrM, CCM, DCM) ve bunların varyantları, tasarımcılara PFC devrelerini yapılandırmak için çeşitli seçenekler sunar.

Ancak bu seçeneklere rağmen, verimlilik açısından daha iyi ve daha gelişmiş modüller elde etmeye yönelik tutarlı arayışlar, bu uygulamalar için daha karmaşık tasarımların teşhis edilmesini mümkün kılmıştır.

Bu makale konuyla ilgili en son gelişmelerle güncellendiğinden bu konuda daha fazla tartışacağız.