Активная схема коррекции коэффициента мощности

Этот пример демонстрирует процесс проектирования повышающей схемы коррекции коэффициента мощности на 180 Вт, работающей в прерывистом режиме. Ее можно масштабировать для получения выходных мощностей до 200 Вт. Каскад коррекции коэффициента мощности разработан для работы от любой бытовой системы питания в мире — то есть, при напряжениях от 85 до 270 VRMS и частотах 50 или 60 Гц без необходимости использования перемычек. Проектная спецификация:
• диапазон входного переменного напряжения: 85-270 VRMS;
• частоты линии переменного тока: 50-60 Гц;
• выходное напряжение: 400 VDC ± 10 В;
• коэффициент входной мощности при номинальной нагрузке: > 98%;
• суммарный коэффициент гармоник (THD): в пределах ограничений стандарта EN1000-3-2.
Предпроектные оценки
Номинальная мощность ниже 200 Вт имеет много преимуществ для каскада коррекции коэффициента мощности, главное из которых заключается в том, что каскад может работать в прерывистом режиме. Для более мощных проектов следует реализовать непрерывный режим коррекции коэффициента мощности, что приводит к значительным потерям, обусловленным временем обратного восстановления выходного выпрямителя. В схемах управления коррекцией коэффициента мощности, работающих на фиксированной частоте в прерывистом режиме, присутствует также период, когда схема работает в непрерывном режиме (Vin < 50 В). Путем разработки контроллера, работающего в режиме критичной проводимости, проектировщик может гарантировать, что коррекция коэффициента мощности никогда не перейдет в непрерывный режим.

Определение коэффициента мощности и гармоник

Настоятельно рекомендуем для тестирования изделий на предмет электромагнитных помех обращаться в специализированные тестовые лаборатории. Даже минимальный набор тестового оборудования, необходимый для тестирования обсуждаемых сейчас факторов, стоит довольно дорого и требует много времени на обучение.
Дальнейший материал основан, главным образом, на стандарте EN61000-3-2. Стандарт EN60555 — это более новая версия стандарта IEC-555, освещающая испускание гармоник в бытовых приборах. Для проектирования интерфейса схемы коррекции коэффициента мощности с линией переменного тока очень важно знать класс изделия. Для изделий, потребляющих менее 75 Вт сегодня и 50 Вт в ближайшем будущем, нельзя соглашаться на относительные ограничения, но только — на абсолютные максимумы, определенными в спецификациях. Ограничения,могут изменяться, поэтому советуем обращаться к последним версиям стандартов. Эта область только развивается, поэтому перед выпуском изделия следует всегда сверяться с последними спецификациями.В терминах строго пассивных реактивных нагрузок коэффициент мощности представляет собой результирующую фазу между сигналами напряжения и тока, однако в источниках питания это — искажение формы волны волновой напряжения, обусловленное временем, в течение которого выпрямитель проводит ток. Коэффициент мощности принимает значения от 0 до 1, причем 1 соответствует использованию нагрузкой всей входной мощности (полностью активная). Средний коэффициент мощности типичного конденсаторного входного фильтра, используемого в источниках питания, составляет 0,5-0,7.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекции коэффициента мощности становится все более насущной в мире источников питания. Добавление новых генерирующих мощностей в мировой электрический фонд — очень дорогостоящее предприятие, которое, к тому же, будет потреблять дополнительные ресурсы. Одним из методов создания около 30% дополнительной генерируемой мощности заключается в более эффективном использовании мощности переменного тока путем коррекции коэффициента мощности. Около 40% электроэнергии в мире потребляют двигатели, электронные источники питания и флуоресцентное освещение, которые также извлекают выгоду из коррекции коэффициентов мощности. С середины 1990-х годов многие страны мира адаптируют требования по коррекции коэффициента мощности для новых изделий, продаваемых на их территории. Дополнительная цепь повышает стоимость источника питания на 20-30%, однако экономия энергии очень скоро превышает начальные затраты.
Смысл термина "коэффициент мощности'" в сфере источников питания несколько отличается от традиционного, имеющего отношение к реактивным нагрузкам переменного тока, наподобие электродвигателей, питающихся от линии переменного тока. В этом случае ток, потребляемый двигателем, будет смещенным по фазе относительно напряжения. В результате потребляемое питание будет иметь очень большую реактивную составляющую и лишь небольшой процент мощности фактически используется для выполнения работы. Если двигатель является основной нагрузкой, то для смещения фазы ближе к нулю градусов обычно используются конденсаторные батареи.
В импульсных источниках питания проблема заключается во входной цепи выпрямления и фильтрации.