การแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานในแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ทำงานอย่างไร

ฉันไม่ได้มองหาคำอธิบายอย่างละเอียด (แม้ว่าจะยินดี) ฉันกำลังมองหาที่จะเข้าใจวิธีการทำงาน

โดยทั่วไปในคอมพิวเตอร์ PSU ฉันมีอินพุตตามด้วยตัวกรองตามด้วยวงจร PFC ตามด้วยสวิตช์ตามด้วยหม้อแปลงตามด้วยการแก้ไขและในที่สุดฉันก็มีตัวกรองเอาต์พุตและผู้บริโภค จากสิ่งที่ฉันได้อ่านวงจร PWM เดียวกันซึ่งควบคุมสวิตช์และควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตยังควบคุมการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่

สิ่งที่ฉันไม่ได้รับคือวิธีแก้ไขตัวประกอบกำลัง

นี่คือรูปภาพ:

ทรานซิสเตอร์สองตัวเหล่านี้ทำงานที่นี่ได้อย่างไรและคอนโทรลเลอร์ PFC จะกำหนดได้อย่างไรว่าตัวประกอบกำลังไม่ดี

ฉันรู้ว่าตัวประกอบกำลังมักจะถูกแก้ไขด้วยคอยส์และตัวเก็บประจุและฉันเห็นทั้งสองที่นี่ แต่ฉันไม่เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งเริ่มทำงานทำไมต้องมีทรานซิสเตอร์สองตัวและมีผลต่อตัวประกอบกำลังอย่างไร

มีการจัดการตัวประกอบกำลัง ("แก้ไข" เป็นคำที่ไม่ถูกต้องแม้ว่าจะเป็นตัวที่พบบ่อย) โดยการทำให้กระแสตามแรงดัน ในแผนผังของคุณแรงดันบัสจะสูงกว่ายอดของรูปคลื่น AC เล็กน้อย ตัวเหนี่ยวนำ FETs ไดโอดและตัวเก็บประจุเป็นตัวแปลงเพิ่ม ตัวแปลงนี้ใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุต AC ที่แก้ไขแล้วและสร้างแรงดันบัส

หากระบบควบคุมควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกเท่านั้นจะไม่มี PFC เกิดขึ้น สิ่งที่มันทำแทนคือควบคุมกระแสเฉลี่ยผ่านไดโอดให้เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าอินพุต AC ที่แก้ไขทันที โปรดจำไว้ว่าโหลดในอุดมคติจากมุมมองของตัวประกอบกำลังมีกระแสในเฟสกับแรงดันไฟฟ้า อีกวิธีหนึ่งในการดูว่าโหลดบนสาย AC นั้นต้องมีความต้านทาน เช่นเดียวกับตัวต้านทานที่แท้จริงคุณต้องการรักษาสัดส่วนกระแสกับแรงดัน

แน่นอนว่ามีความขัดแย้งกับการควบคุมแรงดันบัส นี่คือการจัดการโดยมีการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ AC แต่การตอบสนองช้าลงมากในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าบัส กล่าวอีกนัยหนึ่งสาย AC ยังคงเห็นความต้านทาน แต่ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ ตามที่จำเป็นเพื่อให้แรงดันบัสใกล้กับค่าเป้าหมาย

คุณสามารถตรวจสอบการเขียนทับการควบคุม Digital PFCของฉันเพื่อหาพื้นหลังเพิ่มเติมเกี่ยวกับ PFC และวิธีที่ฉันใช้เพื่อรักษากระแสไฟฟ้าตามสัดส่วนของแรงดันไฟฟ้าโดยไม่ต้องวัดกระแส ฉันมีสิทธิบัตรในเรื่องนั้นซึ่งรวมถึงการใช้การคำนวณแบบดิจิตอลเพื่อควบคุมแรงดันบัสให้แม่นยำยิ่งขึ้น ด้วยพลังการคำนวณเพียงเล็กน้อยคุณสามารถรู้ได้ว่าเกิดอะไรขึ้นกับระลอกคลื่นบนบัสเนื่องจากการติดตามแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของสาย AC จากนั้นใช้เพื่อพิจารณาว่าอะไรที่เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากความต้องการที่แตกต่างจากโหลด สิ่งนี้ช่วยให้การปรับการโหลดเปลี่ยนแปลงเร็วกว่าวิธีการทั่วไป แต่ไม่เอาชนะฟังก์ชั่น PFC

ย่อ:

• ตัวควบคุม PFC ไม่ "รู้" ถ้าตัวประกอบกำลังเป็น "ไม่ดี" มันรับประกันได้ว่าตัวประกอบกำลังนั้นดี
• การมีทรานซิสเตอร์สองตัวดังแสดงในภาพประกอบนั้นไม่เกี่ยวข้องกับการทำงานของบูสเตอร์คอนเวอร์เตอร์ (ทั้งสองจะเปิดและปิดพร้อมกัน)
• การแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟกับคอยส์และตัวเก็บประจุนั้นแตกต่างจากการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่

เอกสารที่เป็นที่ยอมรับใน PFC ที่มีการใช้งานโดย Philip C. Todd ให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของ PFC และแม้ว่ามันจะถูกเขียนขึ้นสำหรับคอนโทรลเลอร์โบราณ (UC3854) แนวคิดก็ยังคงมีความเกี่ยวข้องและเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งาน PFC สมัยใหม่

วัตถุประสงค์พื้นฐานของคอนโทรลเลอร์ PFC ที่แอ็คทีฟคือการทำให้โหลดที่ดึงออกมาจากไฟเมนนั้นมีความต้านทาน เห็นได้ชัดว่าโหลดดาวน์สตรีมไม่ต้านทานในกรณีส่วนใหญ่ (โดยปกติจะเป็นโหลดพลังงานคงที่เช่น DC / DC converter) วิธีการที่ตัวควบคุม PFC สามารถบรรลุการแก้ไขตัวประกอบกำลังได้คือการตรวจจับกระแสไฟฟ้ากระแสสลับและปรับวงจรหน้าที่ของตัวแปลง (โดยปกติจะเป็นตัวเร่ง) เพื่อทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทาน - ไม่วาดกระแสที่ศูนย์จุดข้ามและดึงกระแสสูงสุดที่ AC ยอดเขา

Passive PFC (คอยส์และตัวเก็บประจุที่คุณอธิบายไว้) เกี่ยวข้องกับการใส่ตัวกรอง low-pass ขนาดใหญ่บนสายไฟเพื่อตอบโต้การโหลดที่ไม่เหมาะ ไม่มี 'ฉลาด' ที่เกี่ยวข้อง

ภาพประกอบที่คุณระบุไม่มีเครือข่ายการตรวจจับที่คอนโทรลเลอร์ PFC ทั่วไปใช้:

• อินพุต waveshape ตรวจจับ AC
• การตรวจจับ DC เอาต์พุต
• กระแสไฟ MOSFET

การตรวจจับแบบ waveshape ให้สัญญาณไปยังตัวควบคุม PFC ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในรูปแบบของกระแสไฟฟ้าซึ่งแสดงถึงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับกระแสสลับหลังตัวเรียงกระแสบริดจ์ คอนโทรลเลอร์ PFC ใช้อินพุต waveshape นี้เพื่อควบคุมรอบการทำงานของเครื่องแปลง

การตรวจจับกระแสไฟขาออก DC เป็นแรงดันไฟฟ้าช้า (โดยปกติจะน้อยกว่า 20 เฮิร์ตซ์) ที่รักษากฎข้อบังคับเอาท์พุทตัวแปลงสัญญาณเพิ่ม ต้องมีแบนด์วิดท์ต่ำกว่าอินพุต AC waveshape มิฉะนั้น PFC จะไม่ทำงาน

การตรวจจับกระแส MOSFET เป็นลูปปัจจุบันอย่างรวดเร็วใช้สำหรับการควบคุมโหมดปัจจุบัน

"ตัวประกอบกำลัง" หมายถึงข้อกังวลสองข้อที่แยกจากกัน:

• มุมเฟสระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า (ความต่างเฟสมากขึ้น = กำลังส่งต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ I * V)

• ความผิดเพี้ยนของกระแสที่เกิดจากแรงไม่เชิงเส้น: ปัจจัยยอด = กระแสสูงสุด / rms ในปัจจุบันสามารถมากกว่า sqrt (2) สำหรับคลื่นไซน์ซึ่งนำไปสู่เสียงประสานที่ทำให้เกิดการกระจายในระบบส่งกำลังของยูทิลิตี้มากขึ้น

วงจร PFC ในแหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่จะอยู่ที่สองของเหล่านี้ หากคุณกำจัดตัวเหนี่ยวนำ + มอสเฟตในแผนภาพนั้นคุณจะต้องจบลงด้วยการโหลดตัวประกอบยอดที่สูงมาก: ไดโอดจะดึง "slurps" ขนาดใหญ่ของกระแสเข้าไปในตัวเก็บประจุ

วงจร PFC พยายามที่จะป้องกันยูทิลิตี้จากสิ่งนี้โดยการทำให้กระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำเป็นคลื่นไซน์แก้ไข (ในเฟสด้วยแรงดันไฟฟ้า) ทำให้กระแสที่ไฟยูทิลิตี้ดูเหมือนคลื่นไซน์

เหตุใดจึงต้องใช้ทรานซิสเตอร์สองตัว พวกเขาไม่ได้เป็นรายละเอียดการใช้งาน (อาจจะคุ้มค่ามากกว่าในการใช้ MOSFET ขนาดเล็กสองอันในแพ็คเกจทั่วไปมากกว่าการใช้ MOSFET ขนาดใหญ่หนึ่งอันในแพ็คเกจธรรมดา)

วงจรควบคุมจะเปิด MOSFET ซึ่งจะเป็นการเพิ่มกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำ การปิด MOSFET จะช่วยให้กระแสไหลเข้าสู่โหลดซึ่งโดยทั่วไปจะลดกระแส วงจรควบคุมตัดสินใจที่จะเปิด / ปิดเพื่อควบคุมกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำ - เช่นเดียวกับคลื่นไซน์ที่แก้ไขแล้วตามที่ฉันได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

นอกจากนี้ยังควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เอาท์พุท

ในการทำสิ่งนี้ต้องการความซับซ้อนมากกว่าการพูดตัวแปลง DC / DC ปกติรวมถึงความจุพลังงานในตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ