Bagaimana cara koreksi faktor daya aktif dalam catu daya komputer berfungsi?

Saya tidak mencari penjelasan yang sangat rinci (meskipun itu akan disambut baik). Saya lebih ingin memahami secara intuitif cara kerjanya.

Pada dasarnya di komputer PSU saya memiliki input diikuti oleh filter diikuti oleh sirkuit PFC diikuti oleh switch diikuti oleh transformator diikuti oleh diperbaiki dan pada akhirnya saya memiliki filter output dan konsumen. Dari apa yang saya baca sirkuit PWM yang sama yang mengontrol saklar dan mengatur tegangan pada output juga mengontrol koreksi faktor daya aktif.

Yang tidak saya dapatkan adalah cara faktor daya sebenarnya dikoreksi.

Ini gambarnya:

Bagaimana kedua transistor itu bekerja di sini dan bagaimana pengontrol PFC menentukan bahwa faktor daya buruk?

Saya tahu bahwa faktor daya biasanya dikoreksi dengan koil dan kapasitor dan saya melihat keduanya di sini, tetapi saya tidak mengerti apa yang sebenarnya terjadi ketika salah satu transistor mulai melakukan, mengapa dua transistor diperlukan dan bagaimana hal itu mempengaruhi faktor daya.

Faktor daya dikelola ("dikoreksi" benar-benar istilah yang salah, meskipun yang umum) dengan membuat arus mengikuti tegangan. Dalam skema Anda, tegangan bus akan sedikit lebih tinggi daripada puncak untuk bentuk gelombang AC. Induktor, FET, dioda, dan kapasitor membentuk boost converter. Konverter ini mengambil tegangan input AC yang diperbaiki dan membuat tegangan bus.

Jika sistem kontrol hanya mengatur tegangan output, tidak akan ada PFC yang terjadi. Apa yang dilakukannya adalah mengatur arus rata-rata melalui dioda agar proporsional dengan tegangan input AC sesaat yang diperbaiki. Ingat bahwa muatan ideal dari sudut pandang faktor daya memiliki arus dalam fase dengan tegangan. Cara lain untuk melihatnya adalah bahwa beban pada saluran AC perlu terlihat resistif. Sama seperti resistor nyata, Anda ingin menjaga arus sebanding dengan tegangan.

Tentu saja itu bertentangan dengan pengaturan tegangan bus. Ini ditangani dengan memiliki respons yang cepat terhadap tegangan input AC tetapi respons yang jauh lebih lambat untuk mengatur tegangan bus. Dengan kata lain, jalur AC masih melihat resistan, tetapi nilai resistan perlahan-lahan berubah sesuai kebutuhan untuk menjaga tegangan bus mendekati nilai target.

Anda dapat memeriksa Lelang Kontrol PFC Digital saya untuk latar belakang lebih lanjut tentang PFC dan cara saya datang dengan menjaga arus sebanding dengan tegangan tanpa harus mengukur arus. Saya punya hak paten untuk itu, yang juga termasuk menggunakan perhitungan digital untuk mengontrol tegangan bus lebih akurat. Dengan sedikit daya komputasi, Anda bisa tahu riak apa yang disebabkan pada bus karena mengikuti tegangan saluran AC, lalu menggunakannya untuk menentukan apa yang berubah karena permintaan yang berbeda-beda dari beban. Ini memungkinkan penyesuaian untuk memuat perubahan lebih cepat dari pendekatan konvensional tetapi tanpa mengalahkan fungsi PFC.

Sederhana:

• pengontrol PFC tidak "tahu" jika faktor daya "buruk", itu menjamin bahwa faktor daya baik
• memiliki dua transistor seperti yang diilustrasikan tidak relevan dalam hal pengoperasian konverter boost (keduanya akan hidup dan mati pada saat yang sama)
• koreksi faktor daya pasif dengan kumparan dan kapasitor secara fundamental berbeda dari koreksi faktor daya aktif

Makalah kanonik tentang PFC aktif oleh Philip C. Todd memberikan penjelasan yang sangat rinci tentang cara kerja PFC, dan meskipun itu ditulis untuk pengontrol kuno (UC3854) ide-idenya masih relevan dan menjadi dasar bagi banyak implementasi PFC aktif modern.

Tujuan mendasar dari kontroler PFC aktif adalah untuk membuat beban yang diambil dari kabel listrik tampak resistif. Jelas, beban hilir tidak resistif dalam banyak kasus (biasanya beban daya konstan seperti konverter DC / DC). Cara pengontrol PFC dapat mencapai koreksi faktor daya adalah dengan merasakan bentuk gelombang AC dan memodulasi siklus tugas konverter (biasanya dorongan) untuk bertindak seperti resistor - tidak menarik arus di persimpangan nol, dan menarik arus maksimum di AC puncak.

PFC pasif (kumparan dan kapasitor yang Anda gambarkan) melibatkan pemasangan filter low-pass besar pada listrik untuk menangkal pembebanan yang tidak ideal. Tidak ada 'kecerdasan' yang terlibat.

Ilustrasi yang Anda berikan tidak memiliki jaringan penginderaan yang biasa digunakan oleh pengontrol PFC:

• input AC waveshape sensing
• output DC sensing
• arus MOSFET

Penginderaan gelombang memberikan sinyal ke pengontrol PFC, biasanya dalam bentuk arus, yang mewakili bentuk gelombang AC setelah penyearah jembatan. Pengontrol PFC menggunakan input bentuk gelombang ini untuk mengontrol siklus tugas konverter.

Output DC sensing adalah loop tegangan lambat (biasanya kurang dari 20Hz) yang mempertahankan regulasi output boost converter. Itu harus memiliki bandwidth yang lebih rendah daripada input waveshape AC, atau PFC tidak akan berfungsi.

Sensing arus MOSFET adalah loop arus cepat, digunakan untuk kontrol mode saat ini.

"Faktor daya" mengacu pada dua masalah yang terpisah:

• sudut fasa antara arus dan tegangan (perbedaan fasa lebih banyak = daya yang dikirim lebih rendah dibandingkan dengan I * V)

• distorsi arus yang disebabkan oleh beban nonlinier: faktor puncak = arus puncak / arus rms dapat jauh lebih besar daripada sqrt (2) untuk gelombang sinus, yang mengarah ke harmonisa yang menyebabkan lebih banyak disipasi dalam sistem transmisi utilitas.

Sirkuit PFC dalam catu daya terutama membahas yang kedua di antaranya. Jika Anda menyingkirkan induktor + MOSFET dalam diagram itu, Anda akan berakhir dengan beban faktor puncak yang sangat tinggi: dioda menarik "slurps" besar arus ke kapasitor.

Sirkuit PFC mencoba untuk melindungi utilitas dari ini, dengan membuat arus melalui induktor menjadi gelombang sinus yang diperbaiki (dalam fase dengan tegangan), membuat arus pada sumber listrik terlihat seperti gelombang sinus.

Mengapa dua transistor diperlukan? Mereka bukan, itu detail implementasi (mungkin lebih hemat biaya untuk menggunakan dua MOSFET yang lebih kecil dalam paket umum daripada menggunakan satu MOSFET yang lebih besar dalam paket yang tidak biasa).

Sirkuit kontrol menyalakan MOSFET yang meningkatkan arus melalui induktor. Mematikan MOSFET akan memungkinkan arus mengalir ke beban, yang umumnya mengurangi arus. Sirkuit kontrol memutuskan untuk menyalakan / mematikannya untuk mengontrol arus melalui induktor - sebagai gelombang sinus yang diperbaiki, seperti yang saya nyatakan sebelumnya.

Ini juga mengatur tegangan pada output.

Untuk melakukan ini memerlukan sedikit lebih banyak kompleksitas daripada, katakanlah, konverter DC / DC biasa, serta kapasitas penyimpanan energi yang lebih baik di induktor dan kapasitor.