Hiệu chỉnh hệ số công suất PFC

Hệ số công suất và hệ số hài của tần số nguồn điện là các chỉ số quan trọng về chất lượng điện năng, đặc biệt đối với thiết bị điện tử sử dụng nguồn điện này.

Điều mong muốn đối với nhà cung cấp AC là Hệ số công suất của người tiêu dùng gần như thống nhất và đối với các thiết bị điện tử, điều quan trọng là độ méo hài càng thấp càng tốt. Trong những điều kiện như vậy, các linh kiện điện tử của thiết bị sẽ hoạt động lâu hơn và tải sẽ hoạt động thoải mái hơn.

Trên thực tế, có một vấn đề, đó là nguồn điện tuyến tính thông thường không thể cung cấp cho các thiết bị điện tử dòng điện có chất lượng phù hợp và thậm chí hiệu suất cao. Do đó, chúng ta phải chấp nhận thực tế rằng hiệu suất của bộ cấp nguồn là 80% với hệ số công suất có xu hướng 0,7 được coi là tiêu chuẩn.

Và lý do của vấn đề này nằm ở chỗ ở lối vào cung cấp năng lượng chuyển đổi thông thường có một cầu đi-ốt với một tụ lọc và bất kể người tiêu dùng dòng điện đã chỉnh lưu có phải là tải tuyến tính hay không, dòng điện được cung cấp từ mạng đến cầu đi-ốt vẫn sẽ có các đợt bùng phát, các đỉnh cách ly rõ rệt, giữa các khoảng đó có các khoảng trống bằng 0 tiêu thụ hiện tại từ mạng.

Điều này xảy ra do tụ điện lọc nạp và xả không đều, dẫn đến giảm hệ số công suất—thực ra, điện năng từ lưới điện được tiêu thụ theo các xung ngắn—một xung dòng điện cho mỗi nửa chu kỳ sóng hình sin của lưới điện.

Trong một mạch được cung cấp bởi một tụ lọc như vậy, hiện tượng này tạo ra độ méo hài cao. Và hệ số công suất của tải được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu đơn giản như vậy với tụ điện, theo quy luật, sẽ không vượt quá 0,3.

Có một cách "thụ động" đơn giản để làm phẳng nhẹ các đỉnh dòng điện sắc nét, tăng nhẹ hệ số công suất và giảm nhẹ theo cách này đàn phong cầm… Phương pháp này bao gồm thêm một cuộn cảm giữa cầu đi-ốt và tụ lọc. Điều này sẽ hơi làm tròn các đỉnh thành hình sin.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, hệ số công suất vẫn sẽ không thống nhất (khoảng 0,7), vì hình dạng của dòng điện tiêu thụ một lần nữa không phải là hình sin. Và khi nhiều kế hoạch của người dùng với các công suất khác nhau được kết nối với lưới điện, nó sẽ trở thành một vấn đề nghiêm trọng đối với bên phát điện.

Cách tốt nhất để cải thiện hệ số công suất và giảm sóng hài tần số đường dây là sử dụng sơ đồ hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động (PFC) tương đối đơn giản dựa trên bộ biến đổi tăng xung trong nguồn điện chuyển mạch.Ở đây, không chỉ một cuộn cảm được thêm vào mạch chỉnh lưu đầu vào, mà còn có một bóng bán dẫn hiệu ứng trường với trình điều khiển và bộ điều khiển, cũng như một diode.

Trong quá trình điều chỉnh hệ số công suất hoạt động (PFC hoạt động), FET nhanh chóng chuyển đổi giữa hai trạng thái.

Trạng thái đầu tiên — khi đóng công tắc, cuộn cảm nhận điện từ bộ chỉnh lưu, tích trữ năng lượng trong từ trường, trong khi điốt được phân cực ngược và tải chỉ được cấp nguồn bởi tụ lọc.

Trạng thái thứ hai là khi bóng bán dẫn mở, trong phần này của chu kỳ, đi-ốt chuyển sang trạng thái dẫn điện và cuộn cảm lúc này truyền năng lượng cho tải và nạp điện cho tụ điện. mỗi nửa sóng của sóng hình sin chính.

Mạch điều khiển chính điều chỉnh thời lượng của các khoảng thời gian—thời gian cuộn cảm được kết nối với lưới điện và thời gian cấp điện cho tụ điện để điện áp trên tụ điện được duy trì ở mức không đổi, chẳng hạn như dòng điện trung bình của cuộn cảm. Mạch này tăng hệ số công suất của nguồn lên 0,98.

Quản lý chuyển mạch có thẩm quyền là cần thiết để mức tiêu thụ hiện tại cùng pha với điện áp xoay chiều của mạng. Với mục đích này, bộ điều khiển tạo tín hiệu PWM để điều khiển cổng FET, sao cho ở đỉnh sóng hình sin, cuộn cảm nhận năng lượng trong thời gian ngắn hơn ở điện áp gần bằng 0 (lâu hơn).

Bộ điều khiển PFC có vòng phản hồi điện áp đầu ra (được so sánh với giá trị tham chiếu và được giữ cố định thông qua PWM), cũng như điện áp đầu vào và cảm biến dòng điện cuộn cảm để theo dõi chính xác dòng điện cuộn cảm trung bình trong thời gian thực để đảm bảo rằng tải có hệ số công suất tối đa.