Ce este o sursă de alimentare cu un modul activ de corecție a factorului de putere PFC? Metodologia de testare a surselor de alimentare

Surse de alimentare liniare și comutatoare

Să începem cu elementele de bază. Sursa de alimentare a unui computer îndeplinește trei funcții. În primul rând, curentul alternativ de la sursa de alimentare de uz casnic trebuie convertit în curent continuu. A doua sarcină a sursei de alimentare este reducerea tensiunii de 110-230 V, care este excesivă pentru electronica computerului, la valorile standard cerute de convertoarele de putere ale componentelor individuale ale PC-ului - 12 V, 5 V și 3,3 V. (precum și tensiuni negative, despre care vom vorbi puțin mai târziu) . În cele din urmă, sursa de alimentare joacă rolul unui stabilizator de tensiune.

Există două tipuri principale de surse de alimentare care îndeplinesc funcțiile de mai sus - liniare și comutatoare. Cea mai simplă sursă de alimentare liniară se bazează pe un transformator, pe care tensiunea de curent alternativ este redusă la valoarea necesară, iar apoi curentul este redresat printr-o punte de diode.

Cu toate acestea, sursa de alimentare este, de asemenea, necesară pentru a stabiliza tensiunea de ieșire, care este cauzată atât de instabilitatea tensiunii din rețeaua casnică, cât și de o scădere a tensiunii ca răspuns la o creștere a curentului în sarcină.

Pentru a compensa căderea de tensiune, într-o sursă de alimentare liniară, parametrii transformatorului sunt calculați pentru a furniza puterea în exces. Apoi, la curent mare, se va observa tensiunea necesară în sarcină. Cu toate acestea, tensiunea crescută care va apărea fără niciun mijloc de compensare la curent scăzut în sarcina utilă este, de asemenea, inacceptabilă. Excesul de tensiune este eliminat prin includerea unei sarcini neutile în circuit. În cel mai simplu caz, acesta este un rezistor sau un tranzistor conectat printr-o diodă Zener. Într-o versiune mai avansată, tranzistorul este controlat de un microcircuit cu un comparator. Oricum ar fi, puterea în exces este pur și simplu disipată sub formă de căldură, ceea ce afectează negativ eficiența dispozitivului.

În circuitul de alimentare cu comutație mai apare o variabilă, de care depinde tensiunea de ieșire, pe lângă cele două deja existente: tensiunea de intrare și rezistența de sarcină. Există un comutator în serie cu sarcina (care în cazul care ne interesează este un tranzistor), controlat de un microcontroler în modul de modulare a lățimii de impuls (PWM). Cu cât durata stărilor deschise ale tranzistorului este mai mare în raport cu perioada lor (acest parametru se numește duty cycle, în terminologia rusă se folosește valoarea inversă - duty cycle), cu atât este mai mare tensiunea de ieșire. Datorită prezenței unui comutator, o sursă de alimentare comutată se mai numește și sursă de alimentare în mod comutat (SMPS).

Niciun curent nu trece printr-un tranzistor închis, iar rezistența unui tranzistor deschis este în mod ideal neglijabilă. În realitate, un tranzistor deschis are rezistență și disipează o parte din putere sub formă de căldură. În plus, tranziția între stările tranzistorului nu este perfect discretă. Și totuși, eficiența unei surse de curent pulsat poate depăși 90%, în timp ce eficiența unei surse de alimentare liniare cu stabilizator ajunge la 50% în cel mai bun caz.

Un alt avantaj al surselor de alimentare comutate este reducerea radicală a dimensiunii și greutății transformatorului în comparație cu sursele de alimentare liniare de aceeași putere. Se știe că cu cât este mai mare frecvența curentului alternativ în înfășurarea primară a unui transformator, cu atât dimensiunea necesară a miezului și numărul de spire ale înfășurării sunt mai mici. Prin urmare, tranzistorul cheie din circuit este plasat nu după, ci înaintea transformatorului și, pe lângă stabilizarea tensiunii, este utilizat pentru a produce curent alternativ de înaltă frecvență (pentru sursele de alimentare pentru computer, acesta este de la 30 la 100 kHz și mai mare, și de regulă - aproximativ 60 kHz). Un transformator care funcționează la o frecvență de alimentare de 50-60 Hz ar fi de zeci de ori mai masiv pentru puterea necesară unui computer standard.

Sursele de alimentare liniare sunt folosite astăzi în principal în cazul aplicațiilor de putere redusă, unde electronica relativ complexă necesară unei surse de alimentare în comutație constituie un element de cost mai sensibil în comparație cu un transformator. Acestea sunt, de exemplu, surse de alimentare de 9 V, care sunt folosite pentru pedalele de efecte de chitară și o dată pentru console de jocuri etc. Dar încărcătoarele pentru smartphone-uri sunt deja în întregime pulsate - aici costurile sunt justificate. Datorită amplitudinii semnificativ mai mici a ondulației de tensiune la ieșire, sursele de alimentare liniare sunt utilizate și în acele zone în care această calitate este solicitată.

⇡ Schema generală a unei surse de alimentare ATX

Sursa de alimentare a unui computer desktop este o sursă de alimentare în comutație, a cărei intrare este alimentată cu tensiune de uz casnic cu parametri de 110/230 V, 50-60 Hz, iar ieșirea are un număr de linii DC, dintre care principalele sunt evaluate. 12, 5 și 3,3 V În plus, sursa de alimentare oferă o tensiune de -12 V, iar uneori și o tensiune de -5 V, necesară pentru magistrala ISA. Dar acesta din urmă a fost la un moment dat exclus din standardul ATX din cauza sfârșitului suportului pentru ISA în sine.

În schema simplificată a unei surse de alimentare cu comutație standard prezentată mai sus, pot fi distinse patru etape principale. În aceeași ordine, luăm în considerare componentele surselor de alimentare în recenzii, și anume:

1. filtru EMI - interferență electromagnetică (filtru RFI);
2. circuit primar - redresor de intrare (redresor), tranzistori cheie (comutator), creând curent alternativ de înaltă frecvență pe înfășurarea primară a transformatorului;
3. transformator principal;
4. circuit secundar - redresoare de curent din înfășurarea secundară a transformatorului (redresoare), filtre de netezire la ieșire (filtrare).

⇡ Filtru EMF

Filtrul de la intrarea sursei de alimentare este utilizat pentru a suprima două tipuri de interferență electromagnetică: diferențială (mod diferențial) - când curentul de interferență curge în direcții diferite în liniile de alimentare și modul comun - când curentul curge într-o singură direcție.

Zgomotul diferențial este suprimat de condensatorul CX (condensatorul mare de film galben din fotografia de mai sus) conectat în paralel cu sarcina. Uneori, la fiecare fir este atașat suplimentar un șoc, care îndeplinește aceeași funcție (nu pe diagramă).

Filtrul de mod comun este format din condensatoare CY (condensatoare ceramice în formă de picătură albastră din fotografie), conectând liniile de alimentare la masă într-un punct comun etc. o bobină de modul comun (LF1 în diagramă), al cărei curent în cele două înfășurări circulă în aceeași direcție, ceea ce creează rezistență pentru interferența în modul comun.

În modelele ieftine, este instalat un set minim de piese de filtru; în cele mai scumpe, circuitele descrise formează legături repetate (în întregime sau parțial). În trecut, nu era neobișnuit să vezi surse de alimentare fără niciun filtru EMI. Acum, aceasta este mai degrabă o excepție curioasă, deși dacă cumpărați o sursă de alimentare foarte ieftină, puteți totuși să dați cu o astfel de surpriză. Drept urmare, nu numai și nu atât de mult computerul în sine va avea de suferit, ci și alte echipamente conectate la rețeaua casnică - sursele de alimentare comutatoare sunt o sursă puternică de interferență.

În zona de filtrare a unei surse de alimentare bune, puteți găsi mai multe părți care protejează dispozitivul în sine sau proprietarul său de deteriorare. Există aproape întotdeauna o siguranță simplă pentru protecția la scurtcircuit (F1 în diagramă). Rețineți că atunci când siguranța se declanșează, obiectul protejat nu mai este sursa de alimentare. Dacă apare un scurtcircuit, înseamnă că tranzistoarele cheie au spart deja și este important să preveniți cel puțin ca cablurile electrice să ia foc. Dacă o siguranță din sursa de alimentare se arde brusc, atunci înlocuirea acesteia cu una nouă este cel mai probabil inutilă.

Este asigurată protecție separată împotriva Pe termen scurt supratensiuni folosind un varistor (MOV - Metal Oxide Varistor). Dar nu există mijloace de protecție împotriva creșterilor prelungite de tensiune în sursele de alimentare ale computerelor. Această funcție este îndeplinită de stabilizatori externi cu transformator propriu în interior.

Condensatorul din circuitul PFC după redresor poate păstra o încărcare semnificativă după ce a fost deconectat de la curent. Pentru a împiedica o persoană neatentă care își bagă degetul în conectorul de alimentare să primească un șoc electric, între fire este instalat un rezistor de descărcare de mare valoare (rezistor de purtare). Într-o versiune mai sofisticată - împreună cu un circuit de control care previne scurgerea încărcăturii atunci când dispozitivul funcționează.

Apropo, prezența unui filtru în sursa de alimentare a PC-ului (și sursa de alimentare a unui monitor și aproape orice echipament de computer are, de asemenea, unul) înseamnă că cumpărarea unui „filtru de supratensiune” separat în loc de un prelungitor obișnuit este, în general , fără sens. Totul este la fel în interiorul lui. Singura condiție în orice caz este cablarea normală cu trei pini cu împământare. În caz contrar, condensatorii CY conectați la masă pur și simplu nu își vor putea îndeplini funcția.

⇡ Redresor de intrare

După filtru, curentul alternativ este convertit în curent continuu folosind o punte de diode - de obicei sub forma unui ansamblu într-o carcasă comună. Un radiator separat pentru răcirea podului este binevenit. Un pod asamblat din patru diode discrete este un atribut al surselor de alimentare ieftine. De asemenea, puteți întreba pentru ce curent este proiectat puntea pentru a determina dacă se potrivește cu puterea sursei de alimentare în sine. Deși, de regulă, există o marjă bună pentru acest parametru.

⇡ Bloc PFC activ

Într-un circuit de curent alternativ cu o sarcină liniară (cum ar fi un bec cu incandescență sau o sobă electrică), fluxul de curent urmează aceeași undă sinusoidală ca și tensiunea. Dar nu este cazul dispozitivelor care au un redresor de intrare, cum ar fi comutarea surselor de alimentare. Sursa de alimentare trece curentul în impulsuri scurte, aproximativ coincizând în timp cu vârfurile undei sinusoidale de tensiune (adică tensiunea maximă instantanee) atunci când condensatorul de netezire al redresorului este reîncărcat.

Semnalul de curent distorsionat este descompus în mai multe oscilații armonice în suma unei sinusoide de o amplitudine dată (semnalul ideal care ar apărea cu o sarcină liniară).

Puterea folosită pentru a efectua lucrări utile (care, de fapt, este încălzirea componentelor PC-ului) este indicată în caracteristicile sursei de alimentare și se numește activă. Puterea rămasă generată de oscilațiile armonice ale curentului se numește reactivă. Nu produce muncă utilă, dar încălzește firele și creează o sarcină asupra transformatoarelor și a altor echipamente de alimentare.

Suma vectorială a puterii reactive și active se numește putere aparentă. Iar raportul dintre puterea activă și puterea totală se numește factor de putere - nu trebuie confundat cu eficiența!

O sursă de alimentare comutată are inițial un factor de putere destul de scăzut - aproximativ 0,7. Pentru un consumator privat, puterea reactivă nu este o problemă (din fericire, nu este luată în calcul de contoarele de energie electrică), decât dacă folosește un UPS. Sursa de alimentare neîntreruptibilă este responsabilă pentru întreaga putere a sarcinii. La scara unei rețele de birouri sau oraș, puterea reactivă în exces creată prin comutarea surselor de alimentare deja reduce semnificativ calitatea sursei de alimentare și provoacă costuri, astfel încât este combatată activ.

În special, marea majoritate a surselor de alimentare pentru computere sunt echipate cu circuite de corectare a factorului de putere activă (Active PFC). O unitate cu un PFC activ este ușor de identificat printr-un singur condensator mare și un inductor instalat după redresor. În esență, Active PFC este un alt convertor de impulsuri care menține o încărcare constantă pe condensator cu o tensiune de aproximativ 400 V. În acest caz, curentul din rețeaua de alimentare este consumat în impulsuri scurte, a căror lățime este selectată astfel încât semnalul este aproximată printr-o undă sinusoidală - care este necesară pentru a simula o sarcină liniară. Pentru a sincroniza semnalul de consum de curent cu sinusoidul de tensiune, controlerul PFC are o logică specială.

Circuitul activ PFC conține una sau două tranzistoare cheie și o diodă puternică, care sunt plasate pe același radiator cu tranzistoarele cheie ale convertorului principal de alimentare. De regulă, controlerul PWM al cheii convertizorului principal și cheia PFC activă sunt un singur cip (Combo PWM/PFC).

Factorul de putere al comutării surselor de alimentare cu PFC activ ajunge la 0,95 și mai mult. În plus, au un avantaj suplimentar - nu necesită un întrerupător de rețea de 110/230 V și un dublator de tensiune corespunzător în interiorul sursei de alimentare. Majoritatea circuitelor PFC gestionează tensiuni de la 85 la 265 V. În plus, sensibilitatea sursei de alimentare la căderile de tensiune pe termen scurt este redusă.

Apropo, pe lângă corecția PFC activă, există și una pasivă, care implică instalarea unui inductor de inductanță mare în serie cu sarcina. Eficiența sa este scăzută și este puțin probabil să găsiți acest lucru într-o sursă de alimentare modernă.

⇡ Convertor principal

Principiul general de funcționare pentru toate sursele de alimentare cu impulsuri ale unei topologii izolate (cu un transformator) este același: un tranzistor cheie (sau tranzistori) creează curent alternativ pe înfășurarea primară a transformatorului, iar controlerul PWM controlează ciclul de lucru al comutarea lor. Cu toate acestea, circuitele specifice diferă atât în ​​ceea ce privește numărul de tranzistori cheie și alte elemente, cât și în caracteristicile calitative: eficiență, forma semnalului, zgomot etc. Dar aici depinde prea mult de implementarea specifică pentru ca aceasta să merite să ne concentrăm. Pentru cei interesați, punem la dispoziție un set de diagrame și un tabel care vă va permite să le identificați în dispozitive specifice în funcție de compoziția pieselor.

În plus față de topologiile enumerate, în sursele de alimentare scumpe există versiuni rezonante ale Half Bridge, care sunt ușor de identificat printr-un inductor mare suplimentar (sau două) și un condensator care formează un circuit oscilator.

⇡ Circuit secundar

Circuitul secundar este tot ceea ce vine după înfășurarea secundară a transformatorului. În majoritatea surselor de alimentare moderne, transformatorul are două înfășurări: de la una dintre ele se scot 12 V și de la cealaltă 5 V. Curentul este mai întâi redresat folosind un ansamblu de două diode Schottky - una sau mai multe pe magistrală magistrală încărcată - 12 V - în sursele de alimentare puternice există patru ansambluri). Mai eficiente din punct de vedere al eficienței sunt redresoarele sincrone, care folosesc tranzistori cu efect de câmp în loc de diode. Dar aceasta este apanajul surselor de alimentare cu adevărat avansate și scumpe care revendică certificatul 80 PLUS Platinum.

Șina de 3,3 V este de obicei condusă din aceeași înfășurare ca șina de 5 V, doar tensiunea este redusă folosind un inductor saturabil (Mag Amp). O înfășurare specială pe un transformator pentru o tensiune de 3,3 V este o opțiune exotică. Dintre tensiunile negative din standardul actual ATX, rămâne doar -12 V, care este îndepărtat din înfășurarea secundară sub magistrala de 12 V prin diode separate de curent scăzut.

Controlul PWM al cheii convertorului modifică tensiunea pe înfășurarea primară a transformatorului și, prin urmare, pe toate înfășurările secundare simultan. În același timp, consumul de curent al computerului nu este în niciun caz distribuit uniform între magistralele de alimentare. În hardware-ul modern, magistrala cea mai încărcată este 12-V.

Pentru a stabiliza separat tensiunile pe diferite magistrale, sunt necesare măsuri suplimentare. Metoda clasică presupune folosirea unui sufoc de stabilizare a grupului. Trei magistrale principale sunt trecute prin înfășurările sale și, ca urmare, dacă curentul crește pe o magistrală, tensiunea scade pe celelalte. Să presupunem că curentul pe magistrala de 12 V a crescut și, pentru a preveni căderea de tensiune, controlerul PWM a redus ciclul de lucru al tranzistoarelor cheie. Ca urmare, tensiunea de pe magistrala de 5 V ar putea depăși limitele admise, dar a fost suprimată de șocul de stabilizare a grupului.

Tensiunea de pe magistrala de 3,3 V este reglată suplimentar de un alt inductor saturabil.

O versiune mai avansată asigură stabilizarea separată a magistralelor de 5 și 12 V datorită șocurilor saturabile, dar acum acest design a făcut loc convertoarelor DC-DC în surse de alimentare scumpe de înaltă calitate. În acest din urmă caz, transformatorul are o singură înfășurare secundară cu o tensiune de 12 V, iar tensiunile de 5 V și 3,3 V sunt obținute datorită convertoarelor DC-DC. Această metodă este cea mai favorabilă pentru stabilitatea tensiunii.

Filtru de ieșire

Etapa finală pe fiecare magistrală este un filtru care netezește ondulația de tensiune cauzată de tranzistoarele cheie. În plus, pulsațiile redresorului de intrare, a cărui frecvență este egală cu dublul frecvenței rețelei de alimentare, pătrund într-un grad sau altul în circuitul secundar al sursei de alimentare.

Filtrul de ondulare include un șoc și condensatoare mari. Sursele de alimentare de înaltă calitate se caracterizează printr-o capacitate de cel puțin 2.000 uF, dar producătorii de modele ieftine au rezerve pentru economii atunci când instalează condensatori, de exemplu, de jumătate din valoarea nominală, ceea ce afectează inevitabil amplitudinea ondulației.

⇡ Putere de așteptare +5VSB

O descriere a componentelor sursei de alimentare ar fi incompletă fără menționarea sursei de tensiune standby de 5 V, care face posibil modul de repaus al PC-ului și asigură funcționarea tuturor dispozitivelor care trebuie pornite în orice moment. „Camera de serviciu” este alimentată de un convertor separat de impulsuri cu un transformator de putere redusă. În unele surse de alimentare, există și un al treilea transformator, care este utilizat în circuitul de feedback pentru a izola controlerul PWM de circuitul primar al convertorului principal. În alte cazuri, această funcție este realizată de optocuplere (un LED și un fototranzistor într-un singur pachet).

⇡ Metodologia de testare a surselor de alimentare

Unul dintre principalii parametri ai sursei de alimentare este stabilitatea tensiunii, care se reflectă în așa-numitul. caracteristica de sarcină încrucișată. KNH este o diagramă în care curentul sau puterea de pe magistrala de 12 V este reprezentată pe o axă, iar curentul sau puterea totală de pe magistralele de 3,3 și 5 V este reprezentată pe cealaltă. La punctele de intersecție pentru diferite valori ale ambele variabile, abaterea tensiunii de la valoarea nominală se determină o anvelopă sau alta. În consecință, publicăm două KNH-uri diferite - pentru magistrala de 12 V și pentru magistrala de 5/3,3 V.

Culoarea punctului indică procentul de abatere:

• verde: ≤ 1%;
• verde deschis: ≤ 2%;
• galben: ≤ 3%;
• portocaliu: ≤ 4%;
• roșu: ≤ 5%.
• alb: > 5% (nu este permis de standardul ATX).

Pentru a obține KNH, se folosește un banc de testare a sursei de alimentare personalizat, care creează o sarcină prin disiparea căldurii pe tranzistoare puternice cu efect de câmp.

Un alt test la fel de important este determinarea amplitudinii ondulației la ieșirea sursei de alimentare. Standardul ATX permite ondularea în intervalul de 120 mV pentru o magistrală de 12 V și 50 mV pentru o magistrală de 5 V. Se face o distincție între ondularea de înaltă frecvență (la frecvența dublă a comutatorului convertorului principal) și frecvența joasă (la dublul frecvența rețelei de alimentare).

Măsurăm acest parametru utilizând un osciloscop USB Hantek DSO-6022BE la sarcina maximă a sursei de alimentare specificată de specificații. În oscilograma de mai jos, graficul verde corespunde magistralei de 12 V, graficul galben îi corespunde 5 V. Se poate observa că ondulațiile sunt în limite normale, și chiar cu o marjă.

Pentru comparație, prezentăm o imagine a ondulațiilor la ieșirea sursei de alimentare a unui computer vechi. Acest bloc nu a fost grozav de la început, dar cu siguranță nu s-a îmbunătățit în timp. Judecând după mărimea ondulației de joasă frecvență (rețineți că diviziunea de baleiaj a tensiunii este crescută la 50 mV pentru a se potrivi cu oscilațiile de pe ecran), condensatorul de netezire de la intrare a devenit deja inutilizabil. Ondularea de înaltă frecvență pe magistrala de 5 V este în pragul valorii admisibile de 50 mV.

Următorul test determină eficiența unității la o sarcină de la 10 la 100% din puterea nominală (comparând puterea de ieșire cu puterea de intrare măsurată cu ajutorul unui wattmetru de uz casnic). Pentru comparație, graficul arată criteriile pentru diferitele categorii 80 PLUS. Cu toate acestea, acest lucru nu provoacă prea mult interes în zilele noastre. Graficul arată rezultatele sursei de alimentare Corsair de top în comparație cu Antec-ul foarte ieftin, iar diferența nu este atât de mare.

O problemă mai presantă pentru utilizator este zgomotul de la ventilatorul încorporat. Este imposibil să o măsuram direct aproape de standul de testare a sursei de alimentare, așa că măsuram viteza de rotație a rotorului cu un tahometru laser - tot la putere de la 10 la 100%. Graficul de mai jos arată că atunci când sarcina de pe această sursă de alimentare este scăzută, ventilatorul de 135 mm rămâne la viteză mică și nu se aude deloc. La sarcina maximă zgomotul poate fi deja deslușit, dar nivelul este încă destul de acceptabil.

Ce este o sursă de alimentare cu un modul activ de corecție a factorului de putere PFC?

1. PFC (corecție factor de putere)

   Circuitul obișnuit, clasic, de redresare a tensiunii de 220 V AC constă dintr-o punte de diode și un condensator de netezire. Problema este că curentul de încărcare a condensatorului este de natură pulsat (durată aproximativ 3mS) și, în consecință, un curent foarte mare. De exemplu, pentru o sursă de alimentare cu o sarcină de 200W, curentul mediu dintr-o rețea de 220V va fi de 1A, iar curentul de impuls va fi de 4 ori mai mare. Ce se întâmplă dacă există multe astfel de surse de alimentare și (sau) sunt mai puternice? ..atunci curenții vor fi pur și simplu nebuni - cablajul și prizele nu vor rezista și va trebui să plătiți mai mult pentru electricitate, deoarece se ia foarte mult în considerare calitatea consumului de curent. De exemplu, fabricile mari au unități speciale de condensatoare pentru compensarea cosinusului. În tehnologia computerelor moderne, ne confruntăm cu aceleași probleme, dar nimeni nu va instala structuri cu mai multe etaje și au mers în sens invers - în sursele de alimentare instalează un element special pentru a reduce „pulsul” curentului consumat - PFC . Este construit între redresor și condensator, limitează curentul în amplitudine și îl extinde în timp. PFC-urile sunt fie pasive, fie active, ceea ce este determinat de elementul de amortizare.

2. Nu știu exact, dar acesta este un filtru de zgomot încorporat în rețeaua electrică. Adică, un astfel de computer nu are nevoie de un protector la supratensiune.
3. PFC (Power Factor Correction) este tradus ca Power Factor Correction, numită și compensarea puterii reactive.
4. O sursă de alimentare comutată convențională este alimentată de o undă sinusoidală (aceeași care este de 220V) printr-un redresor (punte) cu sarcină capacitivă. Prin urmare, curentul consumat este departe de a fi sinusoidal; are forma unor vârfuri scurte situate în vârfurile sinusoidei. Adică, din punctul de vedere al teoriei circuitelor, este un element neliniar și provoacă o interferență puternică (armonici de 50 Hz) care să fie emise în rețea. Cu un număr mare de astfel de sarcini, funcționarea normală a stației de transformare este, de asemenea, perturbată - pierderile cresc, eficiența scade. PFC este un convertor suplimentar care este alimentat de un redresor fără sarcină capacitivă (tensiune pulsativă cu o frecvență de 100 Hz) și produce o tensiune constantă de la care convertizorul principal este deja alimentat. Avantajul unei astfel de scheme este că curentul consumat este aproape de o sinusoidă, nivelul de interferență este redus și transformatorul funcționează în regim normal. Dezavantajul este complexitatea și prețul. De obicei, astfel de circuite se găsesc în sursele de alimentare de mare putere, variind de la sute de wați, inclusiv convertoarele populare pentru motoare asincrone.
5. PFC (Power Factor Correction) este tradus ca Power Factor Correction, numită și compensarea puterii reactive. Cel mai simplu și deci cel mai comun este așa-numitul PFC pasiv, care este un inductor convențional de inductanță relativ mare, conectat la rețea în serie cu sursa de alimentare.
   PFC activ este o altă sursă de alimentare comutată și crește tensiunea.
   PFC activ, spre deosebire de cel pasiv, îmbunătățește funcționarea sursei de alimentare - stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a stabilizatorului principal al unității; unitatea devine vizibil mai puțin sensibilă la tensiunea de rețea scăzută; de asemenea, atunci când se utilizează PFC activ, unitățile cu o sursă de alimentare universală de 110...230V sunt destul de ușor de dezvoltat, nefiind necesară comutarea manuală a tensiunii de rețea. (Asemenea surse de alimentare au o caracteristică specifică; funcționarea lor în combinație cu UPS-uri ieftine (sursă neîntreruptibilă) care produc un semnal de pas atunci când funcționează pe baterii poate duce la defecțiuni ale computerului, așa că producătorii recomandă utilizarea UPS-urilor de clasă Smart în astfel de cazuri)
   De asemenea, utilizarea PFC activă îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul scăderilor de scurtă durată (fracții de secundă) ale tensiunii rețelei; în astfel de momente, unitatea funcționează folosind energia condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune, eficiența care mai mult decât se dublează. Un alt avantaj al utilizării unui PFC activ este un nivel mai scăzut de interferență de înaltă frecvență pe liniile de ieșire, adică astfel de surse de alimentare sunt recomandate pentru utilizare la PC-uri cu periferice proiectate să funcționeze cu material audio/video analogic.

Nu este un secret că unul dintre principalele blocuri ale unui computer este unitate de putere. La cumpărare, acordăm atenție diverselor caracteristici: puterea maximă a unității, caracteristicile sistemului de răcire și nivelul de zgomot. Dar nu toată lumea se întreabă ce este PFC?

Deci, să ne dăm seama ce oferă PFC

În ceea ce privește comutarea surselor de alimentare (numai acest tip de alimentare este utilizat în prezent în unitățile de sistem informatic), acest termen înseamnă prezența în sursa de alimentare a unui set corespunzător de elemente de circuit.

Corecția factorului de putere- tradus ca „Correcție factor de putere”, numit și „compensare putere reactivă”.

De fapt, factorul sau factorul de putere este raportul dintre puterea activă (puterea consumată irevocabil de sursa de alimentare) și total, adică. la suma vectorială a puterilor active și reactive. În esență, factorul de putere (a nu se confunda cu eficiența!) este raportul dintre puterea utilă și cea primită, iar cu cât este mai aproape de unitate, cu atât mai bine.

PFC vine în două soiuri − pasiv și activ.
Când funcționează, o sursă de alimentare comutată fără PFC-uri suplimentare consumă energie de la rețea în impulsuri scurte, care coincid aproximativ cu vârfurile sinusoidei tensiunii rețelei.

Cel mai simplu și, prin urmare, cel mai comun este așa-numitul PFC pasiv, care este un inductor convențional de inductanță relativ mare, conectat la rețea în serie cu sursa de alimentare.

PFC pasiv netezește oarecum impulsurile de curent, întinzându-le în timp - totuși, pentru a influența serios factorul de putere, este necesar un inductor cu inductanță mare, ale cărui dimensiuni nu permit instalarea acestuia în interiorul unei surse de alimentare a computerului. Factorul de putere tipic al unei surse de alimentare cu PFC pasiv este doar aproximativ 0,75.

PFC activ este o altă sursă de alimentare comutată, care crește tensiunea.
După cum puteți vedea, forma curentului consumat de sursa de alimentare cu PFC activ, diferă foarte puțin de consumul unei sarcini rezistive convenționale - factorul de putere rezultat al unei astfel de unități poate ajunge la 0,95...0,98 atunci când funcționează la sarcină maximă.

Adevărat, pe măsură ce sarcina scade, factorul de putere scade, la un minim coborând la aproximativ 0,7...0,75 - adică la nivelul blocurilor cu PFC pasiv. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că valorile de vârf ale consumului de curent pentru blocurile cu PFC activ oricum, chiar și la putere mică se dovedesc a fi vizibil mai puțin decât toate celelalte blocuri.

Pe lângă asta PFC activ asigură un factor de putere aproape ideal, de asemenea, spre deosebire de una pasivă, îmbunătățește funcționarea sursei de alimentare - stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a stabilizatorului principal al unității - unitatea devine vizibil mai puțin sensibilă la tensiunea de rețea scăzută, iar atunci când se utilizează un PFC activ, unitățile cu o sursă de alimentare universală de 110... 230V, care nu necesită comutarea manuală a tensiunii de rețea.

Astfel de surse de alimentare au o caracteristică specifică - funcționarea lor în combinație cu UPS-uri ieftine care produc un semnal de pas atunci când funcționează cu baterii. poate cauza defecțiuni ale computerului, așa că producătorii recomandă utilizarea în astfel de cazuri UPS inteligent, emitând întotdeauna un semnal sinusoidal.

De asemenea folosind PFC activîmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul scăderilor de scurtă durată (fracțiuni de secundă) ale tensiunii de rețea - în astfel de momente unitatea funcționează folosind energia condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune, a căror eficiență se dublează cu mult. Un alt avantaj al folosirii PFC activ este nivel scăzut de interferență de înaltă frecvență pe liniile de ieșire, adică astfel de surse de alimentare sunt recomandate pentru utilizare la PC-uri cu periferice proiectate să funcționeze cu materiale audio/video analogice.

Și acum puțină teorie

Circuitul obișnuit, clasic, de redresare a tensiunii de 220 V AC constă dintr-o punte de diode și un condensator de netezire. Problema este că curentul de încărcare a condensatorului este de natură pulsat (durată aproximativ 3mS) și, în consecință, un curent foarte mare.

De exemplu, pentru o sursă de alimentare cu o sarcină de 200W, curentul mediu dintr-o rețea de 220V va fi de 1A, iar curentul de impuls va fi de 4 ori mai mare. Ce se întâmplă dacă există multe astfel de surse de alimentare și (sau) sunt mai puternice? ... atunci curenții vor fi pur și simplu nebuni - cablajul și prizele nu vor rezista și va trebui să plătiți mai mult pentru electricitate, pentru că se ia foarte mult în considerare calitatea consumului de curent.

De exemplu, fabricile mari au unități speciale de condensatoare pentru compensarea cosinusului. În tehnologia computerelor moderne, ne confruntăm cu aceleași probleme, dar nimeni nu va instala structuri cu mai multe etaje și au mers în sens invers - în sursele de alimentare instalează un element special pentru a reduce „pulsul” curentului consumat - PFC .

Diferitele tipuri sunt separate prin culori:

• roșu - alimentare obișnuită fără PFC,
• galben - din păcate, „alimentare obișnuită cu PFC pasiv”,
• verde - alimentare cu PFC pasiv de inductanță suficientă.

Modelul arată procesele când sursa de alimentare este pornită și există o scădere pe termen scurt de 250mS. O creștere mare de tensiune în prezența unui PFC pasiv are loc deoarece se acumulează prea multă energie în inductor la încărcarea condensatorului de netezire. Pentru a combate acest efect, sursa de alimentare este pornită treptat - mai întâi, un rezistor este conectat în serie cu inductorul pentru a limita curentul de pornire, apoi este scurtcircuitat.

Pentru o sursă de alimentare fără PFC sau cu PFC pasiv decorativ, acest rol este jucat de un termistor special cu rezistență pozitivă, adică. rezistența sa crește foarte mult la încălzire. Cu un curent mare, un astfel de element se încălzește foarte repede și valoarea curentului scade, apoi se răcește din cauza scăderii curentului și nu are niciun efect asupra circuitului. Astfel, termistorul își îndeplinește funcțiile de limitare numai la curenți de pornire foarte mari.

Pentru PFC-urile pasive, impulsul de curent de pornire nu este atât de mare, iar termistorul nu își îndeplinește adesea funcția de limitare. În PFC-urile pasive normale, mari, pe lângă termistor, este instalat și un circuit special, dar în cele „tradiționale”, decorative, nu este cazul.

Și conform programelor în sine. PFC pasiv decorativ dă o supratensiune, care poate duce la defectarea circuitului de alimentare, tensiunea medie este puțin mai mică decât în ​​cazul fără_PFC, iar în cazul unei căderi de curent pe termen scurt, tensiunea scade cu o cantitate mai mare decât fără_PFC. Există o deteriorare clară a proprietăților dinamice. PFC pasiv normal are, de asemenea, propriile sale caracteristici. Dacă nu luăm în considerare creșterea inițială, care trebuie neapărat compensată de secvența de comutare, atunci putem spune următoarele:

Tensiunea de ieșire a scăzut. Acest lucru este corect, deoarece nu este egal cu intrarea de vârf, ca pentru primele două tipuri de surse de alimentare, ci cu cea „actuală”. Diferența dintre vârf și real este egală cu rădăcina a doi.
Ondularea tensiunii de ieșire este mult mai mică, deoarece o parte din funcțiile de netezire este transferată la inductor.
- Căderea de tensiune în timpul unei căderi de curent pe termen scurt este, de asemenea, mai mică din același motiv.
- După un eșec vine un val. Acesta este un dezavantaj foarte semnificativ și este principalul motiv pentru care PFC-urile pasive nu sunt comune. Această supratensiune apare din același motiv pentru care apare atunci când este pornită, dar pentru cazul pornirii inițiale, un circuit special poate corecta ceva, dar în funcționare acest lucru este mult mai dificil de realizat.
- Când există o pierdere pe termen scurt a tensiunii de intrare, ieșirea nu se modifică la fel de brusc ca în alte opțiuni de alimentare. Acest lucru este foarte valoros pentru că... Schimbarea lentă a tensiunii a circuitului de control al sursei de alimentare funcționează cu succes și nu vor exista interferențe la ieșirea sursei de alimentare.

Pentru alte opțiuni de alimentare, în cazul unor astfel de defecțiuni, vor apărea cu siguranță interferențe la ieșirile sursei de alimentare, ceea ce poate afecta fiabilitatea funcționării. Cât de frecvente sunt întreruperile de curent pe termen scurt? Conform statisticilor, 90% din toate situațiile non-standard cu o rețea de 220V apar doar într-un astfel de caz. Principala sursă de apariție este comutarea sistemului de alimentare și conectarea consumatorilor puternici.

Figura arată eficacitatea PFC în reducerea supratensiunilor de curent:

Pentru o sursă de alimentare fără PFC, curentul ajunge la 7,5A, PFC pasiv îl reduce de 1,5 ori, iar PFC normal reduce curentul mult mai mult.

PFC- aceasta este Corecția factorului de putere, care este tradus din engleză. Ca „Correcție factor de putere”, se găsește și denumirea „Compensare putere reactivă”.
În ceea ce privește comutarea surselor de alimentare, acest termen înseamnă prezența în sursa de alimentare a unui set corespunzător de elemente de circuit, care este denumit și „PFC”. Aceste dispozitive sunt concepute pentru a reduce puterea reactivă consumată de sursa de alimentare. Sursele de alimentare fără PFC creează un zgomot puternic de impuls în rețeaua electrică pentru aparatele electrice conectate în paralel.
Pentru a cuantifica distorsiunea și interferența introduse, există un factor de putere (KM sau factor de putere). De fapt, factorul (sau factorul de putere) este raportul dintre puterea activă (puterea consumată irevocabil de sursa de alimentare) și total, adică la suma vectorială a puterilor active și reactive. În esență, factorul de putere (a nu se confunda cu eficiența!) este raportul dintre puterea utilă și cea primită, iar cu cât este mai aproape de unitate, cu atât mai bine.

Soiuri de PFC

PFC vine în două soiuri - pasiv și activ.
Cel mai simplu și, prin urmare, cel mai comun este așa-numitul PFC pasiv. PFC-urile pasive sunt realizate pe un element reactiv - o clapă de accelerație. Din păcate, pentru a obține o eficiență acceptabilă, dimensiunile sale sunt proporționale cu dimensiunile versiunii de transformator a acestei surse de alimentare, care nu este rentabilă din punct de vedere economic. Dimensiunile geometrice mari ale inductorului se obtin deoarece acesta trebuie sa functioneze la o frecventa de 50Hz (mai exact 100Hz datorita dublarii frecventei dupa redresare) si nu poate fi in niciun fel mai mic decat transformatorul corespunzator pentru aceeasi putere. Destul de des, unitatea de alimentare, sub pretextul „PFC pasiv”, ascunde un inductor foarte mic. Mai precis, nu poate exista o sufocare de dimensiuni suficiente din cauza spațiului foarte limitat din corpul acestei surse de alimentare. Un astfel de PFC decorativ poate strica caracteristicile dinamice ale sursei de alimentare sau poate provoca o funcționare instabilă.

PFC activ este o altă sursă de alimentare comutată, care crește tensiunea.
Pe lângă faptul că PFC activ oferă un factor de putere aproape de ideal, de asemenea, spre deosebire de pasiv, îmbunătățește performanța sursei de alimentare - stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a stabilizatorului principal al unității - unitatea devine vizibil mai puțin sensibilă la tensiune joasă de rețea, de asemenea, atunci când se utilizează unitățile PFC active sunt destul de ușor dezvoltate cu sursă de alimentare universală 110...230V, care nu necesită comutarea manuală a tensiunii rețelei.
De asemenea, utilizarea PFC activă îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul scăderilor de scurtă durată (fracții de secundă) ale tensiunii de rețea - în astfel de momente unitatea funcționează folosind energia condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune, eficiența care mai mult decât se dublează. Un alt avantaj al utilizării unui PFC activ este nivelul mai scăzut de zgomot de înaltă frecvență pe liniile de ieșire, de exemplu. astfel de surse de alimentare sunt recomandate pentru utilizare la PC-uri cu periferice proiectate să funcționeze cu materiale audio/video analogice.

Organizațiile internaționale și PFC

Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) și Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO) stabilesc limite pentru conținutul și nivelurile de armonici în curentul de intrare al surselor de alimentare secundare. Utilizarea aparatelor electrice care nu respectă standardele acestor organizații este interzisă în multe țări, așa că dezvoltatorii de echipamente serioase trebuie să rețină acest lucru.

Bună prieteni! Aprofundând în caracteristicile tehnice ale componentelor, puteți vedea opțiunea PFC din sursa de alimentare, ce este, de ce este nevoie și cum funcționează, vă voi spune în publicația de astăzi. Merge.

Să ne amintim de cursul de fizică de la școală

Cei care au studiat bine fizica la școală își amintesc că puterea poate fi activă sau reactivă. Puterea activă este puterea care efectuează o muncă utilă - face ca un fier de călcat să se încălzească, o lampă cu incandescență se aprinde sau alimentează componentele PC-ului.

În circuitele reactive, puterea curentului poate rămâne în urma tensiunii sau poate duce la aceasta, care este determinată de parametrul cos φ (cosinus Phi). Cu o sarcină inductivă, curentul rămâne în urma tensiunii (sarcină inductivă) sau o conduce (sarcină capacitivă).

Acesta din urmă se găsește adesea în circuitele electrice complexe care folosesc condensatori, inclusiv surse de alimentare pentru computer.

Puterea reactivă nu efectuează nicio sarcină utilă, „rătăcind” prin circuitele electrice și încălzindu-le. Din acest motiv este prevăzută o secțiune transversală de rezervă a firelor. Cu cât cos φ este mai mare, cu atât mai multă energie va fi disipată în circuit sub formă de căldură.

Puterea reactivă a sursei de alimentare a computerului

Deoarece sursele de alimentare ale computerelor folosesc de obicei condensatoare de mare capacitate, componenta reactivă într-un astfel de circuit este vizibilă. Din fericire, nu este luat în calcul de contorul de energie electrică de uz casnic, astfel încât utilizatorul nu va trebui să plătească în exces pentru electricitate.

Valoarea cos φ pentru astfel de dispozitive ajunge de obicei la 0,7. Aceasta înseamnă că rezerva de putere a cablajului trebuie să fie de cel puțin 30%. Dar, deoarece curentul trece prin circuitul de alimentare în impulsuri scurte cu amplitudine variabilă, acest lucru reduce durata de viață a condensatoarelor și diodelor.

Dacă acestea din urmă nu au o rezervă în ceea ce privește puterea curentului și sunt selectate „back to back” (cum este adesea cazul surselor de alimentare ieftine), durata de viață a unui astfel de dispozitiv este redusă.

Pentru a combate aceste fenomene reactive, se folosește un corector de factor de putere, adică PFC.

Ce este tipul PFC

Există două tipuri de dispozitive cu un modul de corecție a factorului de putere:

• Cu pasiv - un șoc inclus în circuitul dintre condensatori și redresor;
• Cu activ - o sursă suplimentară de comutare pentru a crește tensiunea.

Inductorul este un dispozitiv cu o rezistență complexă, a cărui natură este simetric opusă reactivității condensatoarelor. Acest lucru face posibilă, într-o oarecare măsură, compensarea factorilor negativi, dar cos φ crește ușor.

În plus, tensiunea de intrare a blocului principal de stabilizatori este parțial stabilizată.

PFC activ, adică un circuit activ (APFC), poate crește acest parametru la 0,95, adică îl face aproape de ideal. O astfel de sursă de alimentare este mai puțin susceptibilă la „scăderi” de curent pe termen scurt, permițându-i să funcționeze la încărcarea condensatoarelor, ceea ce este un avantaj incontestabil.

Trebuie luat în considerare faptul că astfel de caracteristici de design afectează prețul dispozitivului.

Astăzi la vânzare găsiți surse de alimentare în format ATX, atât cu corecție a factorului de putere, cât și fără PFC. Dacă PFC este necesar sau nu, trebuie decis în funcție de utilizarea specifică a computerului. De exemplu, pe un computer de gaming prezența sa este de dorit, dar deloc necesară.

Aș dori să vă atrag atenția asupra următorului punct. Printre altele, PFC reduce nivelul de zgomot de înaltă frecvență pe liniile de ieșire. O astfel de sursă de alimentare este recomandată pentru utilizare împreună cu dispozitive periferice pentru procesarea semnalelor video și audio analogice - de exemplu, într-un studio de înregistrare.

Dar chiar dacă ești un amator obișnuit care conectează o chitară electrică la un computer cu Guitar Rig instalat, se recomandă să folosești o sursă de alimentare cu corecție a factorului de putere.

Dacă sunteți în căutarea unei selecții uriașe de dispozitive similare, puteți căuta aici magazin online doar o recomand. De asemenea, vă sfătuiesc să citiți cum. Veți găsi informații despre certificate.