В этой статье речь пойдет о корректоре мощности, в русскоязычной
литературе называемой ККМ, в англоязычной PFC, на основе бустерного конвертора, о котором уже шла речь ранее. В наше время чаще всего используются импульсные источники питания, искажающие синусоидальную форму входного напряжения и приводящие к сдвигу фаз между током и напряжением. Когда фазы тока и напряжения не совпадают, коэффициент мощности оказывается меньше 1. Кроме потерь коэффициент мощности меньший единицы вызывает появление гармоник, которые смещают напряжение нейтрали и отрицательно влияют на работу других устройств, подключенных к сети.
В Европе разработан стандарт EN61000-3-2, определяющий допуск по отражению гармоник от электронных устройств обратно в электросеть.
В России ГОСТ IEC 61000-3-2-2017 определяет нормы по гармоническим составляющим потребляемого тока и коэффициенту мощности для систем электропитания мощностью более 50 Вт.
Проблемой классического выпрямителя с конденсатором, работающего от синусоидального напряжения, является то, что отбор энергии от сети происходит только в те моменты времени, когда напряжение в ней больше, чем напряжение на накопительном конденсаторе. Причем в те моменты, когда напряжение сети становится больше напряжения конденсатора, ток зарядки очень велик, а все остальное время он нулевой. Получается что, для синусоидального напряжения питания, наблюдаются всплески тока при достижении напряжением амплитудных значений. Если Ваше устройство потребляет небольшую мощность, то это можно стерпеть. Но для нагрузки, скажем, 1 кВт 220В всплески тока могут достигать 100А .
Государственные стандарты на силовые устройства запрещают их изготовление и продажу, если не обеспечивается равномерный отбор мощности.
Прежде всего рассмотрим пассивный корректор мощности, схема которого очень проста.
Здесь зарядка накопительного конденсатора C1 осуществляется через дроссель L1. Ток через дроссель не может измениться мгновенно. Соответственно, дроссель усредняет ток зарядки. При правильном выборе дросселя, ток зарядки будет идти постоянно, вне зависимости от текущего значения напряжения. Мощность, соответственно, от сети тоже будет отбираться постоянно, а не только при пиках напряжения. Сила тока не будет иметь ярко выраженных всплесков.
Для нормального функционирования схемы нужен дроссель, который не будет насыщаться при максимально возможном потребляемом токе.
Размеры дросселя будут достаточно большими а коэффициент корректора мощности не будет превышать 0,6-0,7. Устранить указанные недостатки можно использовав активный корректор мощности. изобразим его схему.
Стандартный корректор коэффициента мощности представляет собой AD/DC-преобразователь с широтно-импульсной (PWM) модуляцией. Модулятор управляет мощным (обычно MOSFET) ключом, который преобразует выпрямленное сетевое напряжение в последовательность импульсов, после выпрямления которых на выходе получают постоянное напряжение. При включенном MOSFET-ключе ток в дросселе L1 линейно нарастает — при этом диод заперт, а конденсатор С2 разряжается на нагрузку. Затем, когда транзистор запирается, напряжение на дросселе «открывает» диод и накопленная в дросселе энергия заряжает конденсатор С2 (и одновременно питает нагрузку). В приведенной схеме (в отличие от источника без коррекции) конденсатор С1 имеет малую емкость и служит для фильтрации высокочастотных помех. Частота преобразования составляет 50…100 кГц. В простейшем случае схема работает с постоянным рабочим циклом.
А теперь создадим рабочую модель корректора мощности на микросхеме UC2854, производитель техасинструмент. Откроем даташит на 12 странице и видим две ссылки на рекомендованные аппноты производителя:
По данным одной из них создадим модель корректора мощности в программе схемотехнического моделирования LTSpice. Лишь введем некоторые изменения в схему усилителя ошибки тока используя для этого рекомендацию из второй аппноты.
В аппноте slua144 найдем расчетные данные на преобразователь с выходной мощностью 250 вт. с входным диапазоном 80-270 вольт. При
необходимости можно выбрать и другие данные, но у меня нет
сейчас времени на расчеты, поэтому просто примем их данные, сам расчет приведен в указанной аппноте, повторить его не сложно. Выберем рабочую частоту преобразователя 100 кгц.
Выберем время моделирования 300 миллисекунд и уберем переходные процессы первых 100 миллисекунд. Вот что получим в результате:
Как видим выходное напряжение на накопительном конденсаторе напряжения приближается к 400 вольтам - красный цвет. Входное напряжение после выпрямительного моста -синий цвет. Eсли есть вопросы задавайте в комментариях , или пишите на sergei11212324@yandex.ru.