Косинус фи импульсного блока питания

Какой брать коэффициент мощности (косинус фи) для оборудования серверной?

В проекте удобно брать 0.9. Допустимо ли это? Если принять косинус фи 0.8, прийдётся брать другой кабель и прийдётся много пересчитывать.
Какое оборудование будут ставить не известно, но думаю не плохое.

Дополнен 14 лет назад

Сергей, спасибо за ответ. Я тоже склонен так думать. Почти во всех новых блоках питания для ПК есть корректировка мощности. Естественно, что и на серверной стойке должно быть это предусмотрено.

Лучший ответ

В компьютере по большому счету нет реактивной нагрузки.. . тоесть брать cos фи по миниму . 0.95
только бред все это.. . у вас что там парк на 1000 машин будет? нет естественно.. . дык чего там считать то?

идеальное значение COS фи =1. и не боле! (да и то так в жизни не бывает)

Остальные ответы

БП компьютера импульсный, потребляет ток только в момент максимума амплитуды.
Смотря с какой точки зрения рассчитывать этот «косинус фи»: если чтобы не допустить перегрева провода, то можно взять его и больше 1 (наверное до 1.3), а если критично падение напряжения на проводе, то лучше перестраховаться и взять значение в районе 0.1-0.2, т. к. импульсный ток примерно на порядок больше среднего. Так что решение зависит от целей.

СергейПросветленный (21981) 14 лет назад
косяк Фи боле единицы. Серег вы что вечный двигатель изобрели. че за бред.

Sergey Andrianov Мудрец (11772) Вы читать умеете? Вы вообще в курсе, что «косинус фи» — это не тригонометрическая функция, а коэффициент подобия? Вы знаете, для чего этот коэффициент используется в электротехнике? PS. Аргументация приведена. Если есть что возразить по существу, готов выслушать.

СергейПросветленный (21981) 14 лет назад

и то что БП импульсный означает работу на высокой частоте узла трансформатора (он ферритовый и имеет магнитную проницаемость боле чем динамо сталь!) сперва ~220V выпрямляется в =220V и после генерируется в высокочастотным генератором порядка нескольких kГц.

Sergey Andrianov Мудрец (11772) Совершенно верно. Только это никак не отменяет написанного мною. Вы рассматриваете процессы ВНУТРИ БП, а автора вопроса интересуют характеристики проводки СНАРУЖИ. Подумайте, как изменяется нагрузка во внешней цепи.

s0ez3Мастер (1037) 14 лет назад
Не то пишите, косинус фи больше единицы не бывает. Это факт.

Sergey Andrianov Мудрец (11772) Это голословное утверждение. Хотелось бы получить обоснование. (собственно, аргументацию я привел выше — это НЕ тригонометрическая функция, а лишь коэффициент). Готов выслушать возражения по существу

Что такое PFC и зачем это нужно

Наверняка многие из вас видели на компьютерном блоке питания таинственные буквы «PFC». Сразу скажем, что на самых дешевых блоках этих букв, скорее всего, не будет. Хотите, я открою вам эту страшную тайну? Внимайте!

Что такое PFC?

PFC – это аббревиатура от слов Power Factor Correction (коррекция коэффициента мощности). Перед тем, как расшифровать этот термин, вспомним какие бывают виды мощности.

Активная и реактивная мощность

Блок питания с PFC

Еще в школьном курсе физики нам рассказывали, что мощность бывает активная и реактивная.

Активная мощность делает полезную работу, в частности, выделяясь в виде тепла.

Классический примеры — утюг и лампа накаливания. Утюг и лампочка — почти чисто активная нагрузка, напряжение и ток на такой нагрузке совпадают по фазе.

Но существует и нагрузка с реактивностью — индуктивная (электродвигатели) и емкостная (конденсаторы). В реактивных цепях существует сдвиг фаз между током и напряжением, так называемый косинус φ (Фи).

Ток может отставать от напряжения (в индуктивной нагрузке) или опережать его (в емкостной нагрузке).

Реактивная мощность не производит полезной работы, а только болтается от генератора к нагрузке и обратно, бесполезно нагревая провода.

Это означает, что проводка должна иметь запас по сечению.

Чем больше сдвиг фаз между током и напряжением, тем большая часть мощности бесполезно рассеивается на проводах.

Реактивная мощность в блоке питания

В компьютерном блоке питания после выпрямительного моста стоят конденсаторы достаточно большой емкости. Таким образом, присутствует реактивная составляющая мощности. Если компьютер используется дома, то обычно проблем никаких не возникает. Реактивная мощность обычным бытовым счетчиком электроэнергии не фиксируется.

Но в здании, где установлена сотня или тысяча компьютеров, учитывать реактивную мощность необходимо!

Типичное значение косинуса Фи для компьютерных блоков питания без коррекции — около 0,7, т. е. проводка должна быть рассчитана с 30% запасом по мощности.

Однако излишней нагрузкой на провода дело не ограничивается!

В самом блоке питания ток через входные высоковольтные диоды протекает в виде коротких импульсов. Ширина и амплитуда этих импульсов может меняться в зависимости от нагрузки.

Большая амплитуда тока неблагоприятно влияет на высоковольтные конденсаторы и диоды, сокращая срок их службы. Если выпрямительные диоды выбраны «впритык» (что часто бывает в дешевых моделях), то надежность всего блока питания еще более снижается.

Как осуществляется коррекция коэффициента мощности?

Дроссель PFC

Для борьбы со всеми этими явлениями и используют устройства, повышающие коэффициент мощности.

Они делятся на активные и пассивные.

Пассивная схема PFC представляет собой дроссель, включенный между выпрямителем и высоковольтными конденсаторами.

Дроссель — это индуктивность, обладающая реактивным (точнее, комплексным) сопротивлением.

Характер ее реактивности противоположен емкостному сопротивлению конденсаторов, поэтому происходит некоторая компенсация. Индуктивность дросселя препятствует нарастанию тока, импульсы тока слегка растягиваются, их амплитуда уменьшается.

Однако косинус φ повышается незначительно и большого выигрыша по реактивной мощности не происходит.

Для более существенной компенсации применят активные схемы PFC.

Активная схема повышает косинус φ до 0,95 и выше. Активная схема содержит в себе повышающий преобразователь на основе индуктивности (дросселя) и силовых коммутирующих элементов, которые управляются отдельным контроллером. Дроссель периодически то запасает энергию, то отдает ее.

На выходе PFC стоит фильтрующий электролитический конденсатор, но меньшей емкости. Блок питания с активной PFC менее чувствителен к кратковременным «провалам» питающего напряжения, что является преимуществом. Однако применение активной схемы удорожает конструкцию.

В заключение отметим, что наличие PFC в конкретном питающем блоке можно идентифицировать по буквам «PFC” или «Active PFC”. Однако могут быть случаи, когда надписи не соответствуют действительности.

Однозначно судить о наличии пассивной схемы можно по наличию достаточно увесистого дросселя, а активной — по наличию еще одного радиатора с силовыми элементами (всего их должно быть три).

Вот так, друзья! Хитро компьютерный блок питания устроен, не правда ли?

До встречи на блоге!

Как отремонтировать блок питания компьютера. Часть 2
Ремонт компьютерного блока питания. Окончание

Обсуждение: 34 комментария

Спасибо, интересная информация .

Информация интересная и не совсем правильная.
Компенсация коэффициента мощности нужна не из-за работы выпрямителя, он тут совершенно не причём,а из-за работы высокочастотного преобразователя напряжения, который после выпрямителя -вся реактивка там.

Это как? Поясните.

Здравствуйте, Виктор! Интересную тему вы затронули, редко её описывают на компьютерных блогах :good: Для полноты картины можно упомянуть, что не все ИБП совместимы с блоками питания с Active PFC, это нужно учитывать при выборе как БП, так и ИБП 🙂

Да, Сергей, вы правы. Бывает так что, не всегда БП с активным PFC совместимы с конкретным ИБП.
Здравствуйте, Виктор! А как определить эту совместимость?
Совместимость БП компьютера с ИБП? Экспериментальным образом.

До раздела «Реактивная мощность в блоке питания» все верно, а дальше куча ерунды. Если коротко и обобщить то: — Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка , там нет реактива. А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности.
— Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения.
— Конденсаторы на входе, после диодного моста, ловят провалы напряжения и естественно не являются реактивной нагрузкой, так как работают уже в сети выпрямленного (постоянного пульсирующего) тока.
— Дроссель в корректоре выполняет абсолютно другую функцию, его ЭДС самоиндукции сглаживает нарастание и спад импульсов входного тока.
— Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.

«Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка», «конденсаторы на входе … не являются реактивной нагрузкой». Блок питания в целом является реактивной нагрузкой. Реактивность там появляется как раз из-за наличия конденсатора. Но вызвана она не тем, что конденсатор представляет собой реактивное сопротивление, а тем, что импульсы потребляемого тока нагруженным выпрямителем имеют импульсный характер. Подводимое напряжение является синусоидальным (в первом приближении), а потребляемый ток — нет.
Несинусоидальные ток и напряжение могут быть представленными рядами Фурье из гармоник, кратных основной. Мгновенная мощность — это произведение рядов Фурье тока и напряжения, и в каждый конкретный момент может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Отрицательное значение мощности значит, что мощность отдается от нагрузки к источнику. Т.е. это и есть реактивная мощность. «А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности».
Раз ставят, значит нужны. С дросселем вы в целом правы, я был менее точен. Он растягивает импульсы тока, что уменьшает реактивность. «Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.» Да, вы правы. Поэтому и уменьшается реактивность. «Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения». Каких нелинейных искажений? Коэффициент мощности — это отношение активной мощности к полной (активной и реактивной). Если есть реактивная мощность, то он будет меньше единицы. Причем тут нелинейные искажения?

У компьютерного блока питания вообще нет понятия «косинус Фи» из-за отсутствия сдвига фазы потребляемого тока ко входному напряжению.

Вы хотите сказать, что в компьютерном блоке питания нет реактивностей, и он представляет собой чисто активную нагрузку?

Надо бы добавить, что у БП, из-за ёмкостного характера нагрузки после диодного моста, косинус Фи отрицательный.

Здраствуйте. Подскажите как определить мощность или емкость дросселя. Моя подгорела и жутко жужит но работает, хочу поменять пока не сгорело все. Не смог найти такой же и хотел поменять другой но с такими же характеристиками

Здравствуйте, Ахмад. Если у вас пассивный PFC, то возьмите любой подходящий по габаритам дроссель от блока питания такой же мощности (или близкой) с пассивной PFC. Толку от него все равно немного.

Косинус фи импульсного блока питания

+38 (066) 605-62-80
+38 (044) 333-85-79
Багатоканальний
+38 (068) 418-91-28
sales@discon.ua

Ваш кошик порожній!

× Заказать обратный звонок!

Головна
Новости
Блоки живлення з функцією PFC

Блоки живлення з функцією PFC

27.09.2021 16290

Чи знаєте ви, що таке блок живлення з PFC?

Думаємо, що ніколи про це не замислювалися.

Функцією PFC (Power Factor Correction або корекція коефіцієнта потужності) не надто відома споживачам і багато хто просто не знають про неї. Хоча в комп’ютерних блоках живлення (БП) вона застосовується вже давно. І кожен хто користується стаціонарним комп’ютером вдома або на роботі вже давно її використовує.

При цьому оибираючи блок живлення для світлодіодного освітлення (так званий LED-драйвер) або блок живлення для світлодіодної реклами (LED екран) мало хто звертає увагу на такий параметр як PF (Power Factor, укр. Коефіцієнт потужності) або на наявність в БП функції PFC (корекція коефіцієнта потужності).

Що таке коефіцієнт потужності.
Зв’язок коефіцієнта потужності і «косинуса фі».
Для кого важливий коефіцієнт потужності.
Корекція коефіцієнта потужності (PFC) в імпульсних блоках живлення.
- Імпульсний блок живлення без функції PFC.
- Імпульсний блок живлення з функцією PFC.
Що таке коефіцієнт потужності.

«Коефіцієнт потужності (eng. PF — Power Factor) .- безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з точки зору наявності в навантаженні реактивної складової і потужності спотворення (збірна назва — неактивна потужність).»

Кому цікаво може почитати в популярній формі в статті. Вікіпедії, звідки взята цитата.

Потрібно відзначити, що коефіцієнт потужності може бути від нуля до одиниці. І чим ближче його значення до «1», тим краще.

Причому, тут потрібно відрізняти два різних чинники: власне реактивна потужність і спотворення форми напруги (через різкі сплески споживаного струму). Обидва вони істотно збільшує навантаження на електромережі та обладнання:

Реактивна потужність. Це параметр енергопостачання обладнання з індуктивним або емкосним характером навантаження, так званої реактивного навантаження, при якому струм випереджає або відстає від напруги (мережевого) напруги по фазі. Активною є тільки чисто резистивне навантаження на зразок нагрівачів, ТЕН-ів (з деякими застереженнями).

Тут обов’язково потрібно згадати, що окремі категорії такі, як промислові підприємства і організації сплачують за цю реактивну потужність. Побутові споживачі за неї не платять. Але є ще один фактор.

Спотворення форми напруги — це спотворення форми напруги живлення через нерівномірне навантаження в часі. Таке спотворення з одного боку збільшує навантаження на трансформатори. З іншого боку, воно впливає на якість електроенергії на самому об’єкті: призводить до «осіданням напруги» на піку споживання і може впливати на роботу іншого обладнання.

Зв’язок коефіцієнта потужності і «косинуса фі».

У загальному випадку коефіцієнт потужності і «косинус фі» — різні поняття.

«Косинус фі» — дорівнює косинусу зсуву фаз змінного струму, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до неї ж напруги. І цей параметр має значення якщо форма струму і напруги зберігають синусоїдальну форму.

Корекція коефіцієнта потужності (PFC) в імпульсних блоках харчування.

Почнемо з того як працюють вхідні кола простого імпульсного блоку живлення без коректора коефіцієнта потужності.
1. Живлення від мережі подається на вхід блоку живлення.
2. Проходить запобіжник, і вхідний фільтр (якщо вам, звичайно, пощастило і виробник його поставив).
3. Випрямляється діодами до пульсуючої напруги (проміжний етап для отримання постійної напруги). Тобто проходячи через діоди напруга вже може заряджати вхідні конденсатори.
4. Пульсує напруга заряджає вхідні конденсатори. Ємність вхідних конденсаторів блоку живлення досить велика і там запасається енергія для подальшого перетворення.
Далі в справу вступають транзистори для формування високочастотних імпульсів, і високочастотний трансформатор, які використовують енергію з вхідних конденсаторів. але це нам зараз не важливо з точки зору процесів в мережі.

Для мережі імпульсний блок живлення (без функції PFC) являє собою конденсатор великої ємності, який постійно розряджається і кожен напівперіод заряджається від мережі.

Розглянемо два блоки живлення однакової потужності з однаковим навантаженням.

Імпульсний блок живлення без функції PFC.

Вхідні ланцюги абсолютної більшості імпульсних блоків живлення схожі: на вході запобіжник, фільтр перешкод, діодний міст і вхідні ємності (кілька конденсаторів великої ємності).

Осцилограма вхідної напруги і вхідного струму блоку живлення без PFC показана на малюнку 1.

Малюнок 1. Процеси в мережі при роботі БЖ без функція PFC

На малюнку 1 блакитна лінія — мережеве напруга, жовта — струм у вхідному ланцюзі живлення блоку живлення. Тут дуже добре видно, що споживання струму не постійне, а проходить імпульсами. Це відбувається в ті моменти, коли мережева напруга перевищує залишкову напругу на вхідних конденсаторах. Так само добре видно, що в моменти споживання струму спотворюється форма напруги.

Попри те, що говорили нам в навчальних закладах на уроках електротехніки, мережа — не зовсім джерело напруги. Сувора реальність приходить у вигляді:
- трансформатора на підстанції, який має цілком нормовані обмеження у вигляді номінальної потужності,
- і у вигляді кабелів і шнурів живлення, що мають малеий але кінцевий опір.
У данного блоку живлення без PFC пікова амплітуда імпульсів струму досягає 25А і цього достатньо, щоб в даному колі спотворювати форму напруги.

Імпульсний блок живлення з функцією PFC.

В такому блоці живлення після випрямних діодів є схема коректора коефіцієнта потужності (PFC).

На малюнку 2 показана осцилограма вхідної напруги і вхідного струму блоку живлення такої ж потужності як в першому випадку, але з функцією PFC.

Малюнок 2. Процеси в мережі при роботі БП з функція PFC

Добре помітно, що з функцією PFC споживання струму з мережі відбувається більш рівномірно, і форма напруги практично не спотворена. Крім того, піковий струм став істотно менше (10,6 А проти 25 А без функції PFC).

На що впливає практичне збільшення коефіцієнта потужності.

Практично коефіцієнт потужності 0,95 і вище вважається відмінним показником. Поліпшення коефіцієнта потужності (eng. PF — Power Factor) до прийнятної величини 0,93 — 0,95 дозволяє:
- зменшення перешкод в мережу внаслідок більш низького коефіцієнта гармонік струму живлення;
- зниження вимог до площадки поперечного перерізу проводів живлення і енергетичної інфраструктури;
- дозволяє експлуатувати мережі із зниженою напругою або з періодичним зниженням напруги живлення (так званими «осіданням»);
- відсутність претензій від замовника по реактивній складової потужності на об’єкті.
Кому важливо збільшення коефіцієнта потужності блоків живлення.

Збільшення коефіцієнта потужності для блоків живлення важливо:
- промисловим споживачам;
- організаціям, які експлуатують великі рекламні світлодіодні екрани (LED-екрани);
- ЖК організаціям, що забезпечує освітлення.
У нашому інтернет магазині представлені блоки живлення як з функцією PFC так без функції PFC (виробництва CZCL і Mean Well).

Кілька прикладів блоків живлення з функцією PFC.

Блок живлення для світлодіодних екранів (гарантія 2 роки)

Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 60А (максимальний), Вихідна напруга 5В, Потужність 300 Вт, Вхідна напруга 85 ~ 264VAC, Робоча температура -20 ~ + 70 ° С (до + 50 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …

Аналог Mean Well RSP-320-5.

Промислові LED-драйвери серії (гарантія 5 років)

Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 12,5А (максимальний), Вихідна напруга 12 В, Потужність 150 Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання , від перенапруги, від перегріву, Функция PFC …

Аналог Mean Well ELG-150-12.

Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 4,17А (максимальний), Вихідна напруга 36 В, Потужність 151,2 Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …

Аналог Mean Well ELG-150-36A.

Стабілізація по току, з діммірованіем 3-in-1 (0-10VDC, 10V PWM сигнал і 0-100K резистор). Вихідний струм 4,17А, Вихідна напруга 18 . 36 В, Потужність 151,2Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …

Аналог Mean Well ELG-150-36AB.

Стабілізація по напрузі. Вихідний струм 3,15А (максимальний), Вихідна напруга 48В, Потужність 151,2Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист: від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву, Функція PFC …

Аналог Mean Well ELG-150-48A.

Стабілізація по току, з діммірованіе 3-in-1 (0-10VDC, 10V PWM сигнал і 0-100K резистор). Вихідний струм 3,15А, Вихідна напруга 24 . 48 В, Потужність 151,2 Вт, Вхідна напруга 90 ~ 305VAC, Робоча температура -40 ~ + 70 ° С (до + 60 ° С 100% навантаження), Захист від перевантаження, від короткого замикання, від перенапруги, від перегріву , Функція PFC …

Аналог Mean Well ELG-150-48AB.

О коррекции коэффициента мощности в блоках питания

Иногда вследствие увеличения доли реактивной мощности, наличия нелинейных искажений и гармоник, значительно увеличивается полная мощность, потребляемая устройствами, подключенными к электрической сети. Обычно это происходит вследствие недостаточной коррекции коэффициента мощности (cos φ).

Уменьшение величины косинуса фи приводит к потерям на нагрев силовых проводников, повышенному износу нейтрали (в трехфазной сети) и другим негативным последствиям. Для борьбы с ними используют схемы коррекции фактора мощности (PFC, Power Factor Control).

Все современные импульсные блоки питания мощностью более 50-100 ватт обязательно содержат схемы, корректирующие фактор мощности. К сожалению, введение дополнительных компонентов, работающих в сильно нагруженной высоковольтной части блока питания, снижает его надежность. Поломки в узлах блоков питания, отвечающих за компенсацию фактора мощности, очень часто встречаются и при эксплуатации майнинг ригов.

В связи с этим стоит иметь представление о том, на что влияют и как работают типовые схемы коррекции фактора мощности.

Влияние фактора мощности на потребление электрической энергии

Рассмотрим электрическую схему, использующуюся для измерения потребления тока и мощности нагрузкой, подключенной к сети переменного тока с действующим значением напряжения, равным 240 вольтам:

В этой схеме ваттметр показывает потребляемую (активную) мощность, равную двум киловаттам, при этом среднеквадратичный (RMS) ток в цепи с синусоидальным переменным напряжением 240 вольт равен 10 амперам.

Чтобы найти полную мощность S (Apparent Power), нужно перемножить среднеквадратичные (RMS) значения тока (I) на напряжение (E):
```
S = IE, или S = 10A * 240V = 2400 kVA
```
Разница между активной мощностью, потребляемой нагрузкой, и полной составляет 2400-2000=400 ватт. Эта величина связана с реактивной мощностью Q, обусловленной негативным влиянием фактора мощности (Power Factor).

Power Factor равен отношению активной мощности к полной:
```
Power Factor = P/S,
```
в данном случае PF = 2kW / 2.4kVA = 0.833

На практике форма переменного тока в сети далека от идеальной синусоидальной формы, поэтому для измерения реальных значений токов и напряжений лучше использовать величину True RMS — истинное среднеквадратичное значение:

При учете значения True RMS величина потерь на реактивную составляющую будет еще больше, так как дополнительно появятся потери, связанные с искажениями синусоидальной формы тока.
```
Для справки:
```
```
Действующее значение напряжения (тока) также называют среднеквадратичным или эффективным напряжением — Urms (для тока Irms).
```
```
Период, амплитуда, действующее (Urms) и среднее значения переменного синусоидального тока:
```
```
Среднеквадратичное значение напряжения Vrms (именно это напряжение измеряется обычным вольтметром) связано с величиной пикового напряжения Vpk неизменным коэффициентом:  Иллюстрация разницы между значениями пикового (амплитудного) и действующего синусоидального напряжения частотой 60 Герц:  Пиковое напряжение Vpk в сети равно Vrms / 0.707, или, в данном случае 240 / 0.707 = 340 вольт. Изображение, иллюстрирующее разницу между пиковым и действующим (среднеквадратичным) синусоидальными напряжениями:  Величина действующего напряжения (Uд) в сети переменного тока меньше пикового (или амплитудного вольтажа Uа) в √2 раз или в 1.41 раза. Формулы перевода действующего напряжения в амплитудное и наоборот: Uд=Uа/√2 или Uд=Uа/1.41 Uа=Uд*√2 или Uа=Uд*1.41 Величину √2 (или 1.41), определяющую соотношение пикового и действующего значения переменного напряжения (тока) называют пик-фактором (Crest Factor или крест-фактор): 
```
Для компенсации реактивных потерь, обеспечения равномерной нагрузки на электрическую сеть, снижения нагрузки на нулевой провод, уменьшения негативного влияния блоков питания на синусоидальную форму тока в сети, улучшения КПД, используют специальные схемы, увеличивающие значение фактора мощности.

Существуют пассивные и активные схемы коррекции косинуса фи (фактора мощности), которые сглаживают нагрузку на сеть, обусловленную пульсирующим характером работы диодных выпрямителей со сглаживающими конденсаторами.

Формы входного тока (Input Current), входного напряжения (Vline) и тока на выходном сглаживающем конденсаторе (Vcap):

Почему возникают проблемы с фактором мощности в блоках питания?

Негативное влияние на коэффициент мощности в блоках питания, преобразующих высокое сетевое переменное напряжение в низкое постоянное, оказывает импульсный характер тока на выходе диодного выпрямителя, а также переходные процессы, происходящие при заряде-разряде сглаживающих электролитических конденсаторов, которые устанавливаются после выпрямителя.

Электрическая схема выпрямительного диодного моста (Bridge Rectifier) со сглаживающим накопительным конденсатором:

Форма напряжений на входе и выходе выпрямительного диодного моста:

Благодаря введению в схему сглаживающего конденсатора сглаживаются пульсации выходного выпрямленного напряжения:

Величина пульсаций на выходном конденсаторе связана со временем его заряда-разряда, которое, в свою очередь, связано с мощностью нагрузки.

Связь между формой напряжения Vce на сглаживающем конденсаторе Ce с током на диодах и конденсаторе при постоянной нагрузке:

Как видно из приведенных выше графиков, при выпрямлении синусоидального напряжения значительно изменяется величина входного тока, образуя пики потребления на участках, подобных t1-t2, когда происходит заряд конденсатора.

График зарядного тока для сглаживающего конденсатора Cф однофазного однополупериодного выпрямителя (хорошо виден импульсный характер тока заряда и значительное увеличение его амплитуды во время рабочего цикла):

Эти пики приводят к увеличению потерь и уменьшают значение величины фактора мощности. Кроме того, с увеличением потребляемой мощности возрастает амплитуда пульсаций выходного напряжения и уменьшается КПД.

Для компенсации неравномерного потребления входного тока и сглаживания выходных пульсаций напряжения используют узлы, отвечающие за коррекцию фактора мощности. Их устанавливают в высоковольтной части блоков питания, до сглаживающих электролитических конденсаторов.

Как работают схемы коррекции фактора мощности в блоках питания?

Основной задачей схем коррекции коэффициента мощности (ККМ) является сведение к минимуму отставания потребляемого тока от сетевого напряжения, а также сохранение его синусоидальной формы. Синусоидальное потребление тока из сети должно осуществляться на протяжении всего периода питающего импульса. Благодаря использованию схем коррекции блок питания для питающей сети должен выглядеть как нагрузка с чисто активным сопротивлением.

Для выполнения этих требований в схему БП добавляют индуктивный накопитель, который отдает в электрическую цепь энергию на обратном ходу. Работа индуктивности, увеличивающей значение коэффициента мощности, осуществляется как в пассивном, так и в активном (управляемом) режиме.

Наиболее распространенные виды однофазных схем коррекции фактора мощности:

Сравнение схемотехники пассивной (слева) и активной (справа) коррекции фактора мощности:

Простейшим элементом, который может сгладить форму тока на сглаживающем конденсаторе, является катушка индуктивности, включаемая в цепь последовательно.

Схемы пассивной коррекции коэффициента мощности в блоках питания

Схемы с пассивной коррекцией cos fi (Passive Power Factor Control) не имеют активных компонентов.

Пример реализации пассивной коррекции коэффициента мощности с помощью последовательного включения катушки индуктивности на входе выпрямителя:

Дроссель пассивной коррекции коэффициента мощности компьютерного блока питания (справа внизу):

Добавление дросселя до диодного выпрямителя увеличивает длительность пика синусоиды, что улучшает коэффициент мощности:

В схеме с подключенной ко входу катушкой индуктивности значение ККМ не может быть выше 0.76:

Если подключить катушку индуктивности после выпрямительных диодов, то при достаточной индуктивности (намного большей, чем при включении на входе выпрямителя) можно достичь ККМ, равного 0.9. Добавление в схему конденсатора Ca (на рисунке ниже показан пунктиром), может увеличить ККМ до 0.905:

Практическая схема входной части импульсного блока питания с пассивной коррекцией коэффициента мощности:

В старых, маломощных блоках питания компьютеров, использовалось именно такое решение. Так как частота пульсаций напряжения на выходе диодного моста мала (100-120 Гц для сети переменного тока с частотой 50-60 Гц), то размер компенсирующих катушек должен быть очень велик. Более эффективно работают схемы активной коррекции коэффициента мощности, собранные на полевых транзисторах, работающих в качестве ключей, управляемых ШИМ-контроллером.

Часть блок-схемы компьютерного блока питания фирмы FSP на 19 вольт (входной фильтр, диодный мост и блок активной коррекции коэффициента мощности):

Упрощенная схема активной коррекции фактора мощности:

Схема активной коррекции коэффициента мощности включает в себя следующие компоненты:
- контроллер (PFC Control);
- катушка индуктивности L (дроссель);
- ключевой MOSFET-транзистор Q;
- выпрямительный диод D;
- выходная емкость C0;
- цепи обратной связи.
Пример схемы PFC boost-преобразователя со схемой контроля:

Примеры практической реализации схем активной коррекции мощности в блоках питания

Упрощенная схема блока питания с APFC-контроллером NCP1653:

Схема активной коррекции коэффициента мощности в блоке питания FSP OPS550-80GLN:

Схема первичной части блока питания HP DPS-300AB-49A 300Watt с активной системой коррекции мощности с контроллером FAN7529:

Схема компьютерного блока питания мощностью 450 ватт с отдельной платой ШИМ и APFC (элемент PC83):

Заключение

Активные схемы коррекции коэффициента мощности предоставляют ряд преимуществ, среди которых:
- максимальное приближение к активному характера потребления нагрузки, сведение к минимуму пиковых перегрузок;
- расширение диапазона допустимого входного переменного напряжения;
- снижение уровня пульсаций на выходе сглаживающего конденсатора при сохранении его емкости за счет уменьшения длительности токовых пауз;
- улучшение режима работы инвертора блока питания и КПД блока питания за счет стабилизации подающегося на него напряжения.
К недостаткам схем коррекции коэффициента мощности блоков питания можно отнести:
- увеличение стоимости готового изделия из-за добавления электронных элементов, отвечающих за коррекцию cos φ;
- уменьшение надежности блока питания из-за включения в его состав еще одного блока, работающего в критических условиях (высокие напряжения и токи).
Вам также может понравиться

О коннекторах и проводах кабелей питания видеокарт

11 июля, 2022

О модификации драйверов для видеокарт Nvidia в Windows

17 октября, 2022
Похожие публикации: