PFC korekcija faktora snage
Faktor snage i harmonički faktor mrežne frekvencije važni su pokazatelji kvalitete električne energije, posebno za elektroničku opremu koja se napaja tom snagom.
Opskrbljivaču izmjeničnom strujom poželjno je da Faktor snage potrošača bila blizu jedinici, a za elektroničke uređaje važno je da harmonijska izobličenja budu što manja. U takvim će uvjetima elektroničke komponente uređaja živjeti duže, a opterećenje će raditi ugodnije.
Zapravo, postoji problem, a to je da konvencionalni linearni izvor energije nije u mogućnosti opskrbiti elektroničku opremu električnom energijom odgovarajuće kvalitete, pa čak ni visoke učinkovitosti. Kao rezultat toga, moramo prihvatiti činjenicu da se učinkovitost jedinice napajanja od 80% s faktorom snage koji teži 0,7 smatra normom.
A razlog ovog problema leži u činjenici da na ulazu konvencionalno prekidačko napajanje postoji diodni most s filtarskim kondenzatorom, i bez obzira na to je li potrošač ispravljene struje čak i linearno opterećenje, struja koja se dovodi iz mreže u diodni most i dalje će imati praske, izražene izolirane vrhove, između kojih postoje praznine s nulom potrošnja struje iz mreže.
To se događa jer se kondenzator filtera neravnomjerno puni i prazni, što rezultira smanjenjem faktora snage—zapravo, energija iz mreže se troši u kratkim impulsima—jedan strujni impuls za svaku polovicu perioda sinusnog vala mreže.
U krugu koji se napaja takvim filterskim kondenzatorom, ova pojava generira visoko harmonijsko izobličenje. A faktor snage opterećenja napajanog tako jednostavnim ispravljačem s kondenzatorom u pravilu neće prelaziti 0,3.
Postoji jednostavan "pasivni" način da se lagano izglade oštri vrhovi struje, malo poveća faktor snage i malo smanji na ovaj način harmonike… Metoda se sastoji od dodavanja induktora između diodnog mosta i filterskog kondenzatora. Ovo će lagano zaokružiti vrhove u sinusoidalni oblik.
U ovom slučaju, međutim, faktor snage će i dalje biti daleko od jedinice (oko 0,7), budući da oblik potrošene struje opet uopće nije sinusoidan. A kada je mnogo takvih korisnika s različitim kapacitetima priključeno na mrežu, to postaje ozbiljan problem za proizvođače električne energije.
Najbolji način za poboljšanje faktora snage i smanjenje harmonika mrežne frekvencije je korištenje relativno jednostavnih shema korekcije aktivnog faktora snage (PFC) koje se temelje na pretvaračima impulsnog pojačanja u sklopnim izvorima napajanja.Ovdje se u krug ulaznog ispravljača ne dodaje samo induktor, već i tranzistor s efektom polja s pokretačem i regulatorom, kao i dioda.
Tijekom aktivne korekcije faktora snage (aktivni PFC), FET se brzo prebacuje između dva stanja.
Prvo stanje — kada je sklopka zatvorena, prigušnica dobiva napajanje od ispravljača, pohranjuje energiju u magnetskom polju, dok je dioda obrnuto prednaponska, a opterećenje se napaja samo iz filterskog kondenzatora.
Drugo stanje je kada je tranzistor otvoren, tijekom ovog dijela ciklusa dioda prelazi u vodljivo stanje, a prigušnica sada predaje energiju trošilu i puni kondenzator. Takvo prebacivanje se događa s frekvencijom od nekoliko desetaka kiloherca za svaki poluval glavnog sinusnog vala.
Krug upravljanja ključem podešava trajanje vremenskih intervala — koliko dugo je prigušnica spojena na mrežu i koliko dugo napaja kondenzator tako da se napon na kondenzatoru održava na konstantnoj razini, kao što je prosječna struja prigušnice. Ovaj krug povećava faktor snage napajanja na 0,98.
Potrebno je kompetentno upravljanje sklopkama kako bi potrošnja struje bila u fazi s izmjeničnim naponom mreže. U tu svrhu kontroler generira PWM signal za kontrolu vrata FET-a, tako da na vrhuncu sinusnog vala prigušnica prima energiju kraće nego pri naponu blizu nule (duže).
PFC kontroler ima povratnu petlju izlaznog napona (koja se uspoređuje s referentnom i održava konstantnom preko PWM-a), kao i senzor ulaznog napona i struje induktora za točno praćenje prosječne struje induktora u stvarnom vremenu kako bi se osiguralo da opterećenje ima maksimalni faktor snage.