Pasywne i aktywne układy korekcji współczynnika mocy

Współczynnik mocy (power factor, PF) jest miarą wykorzystania energii elektrycznej pobieranej przez odbiorniki zasilane z sieci energetycznej. Definiuje się go jako stosunek mocy czynnej do mocy pozornej lub w przypadku sinusoidalnych przebiegów napięcia i prądu jako kosinus kąta przesunięcia fazowego między nimi.

Posłuchaj
00:00
Spis treści

Częstotliwość przełączania korektorów BCM

W przekształtnikach BCM czas załączenia klucza tranzystorowego jest stały w całym okresie częstotliwości sieciowej. Z kolei czas wyłączenia zmienia się w zależności od chwilowej wartości napięcia sieciowego i najdłuższy jest przy jego maksymalnej wartości.

Największa częstotliwość przełączania występuje z kolei, gdy napięcie sieciowe maleje do zera. Określając częstotliwość przełączania klucza, uwzględnić należy też często ignorowane zjawisko rezonansu, które zachodzi, gdy natężenie prądu cewki spada do zera.

Rys. 10. Przebieg prądu cewki przekształtnika w trybie ciągłym

Rys. 11. Przekształtnik BCM

Jest ono spowodowane występowaniem pasożytniczych pojemności komponentów przekształtnika (tranzystora, złącza diody oraz uzwojeń cewki). W rezultacie okres przełączania powinien być sumą trzech składników: czasu załączania wyrażanego zależnością

tzał = (2·L·Pwy)/(η·Uwe²),

gdzie Pwy - moc wyjściowa, L - indukcyjność cewki, Uwe - skuteczna wartość napięcia, η - sprawność zasilacza, czasu wyłączenia, który jest proporcjonalny do czasu załączania według zależności:

twył = (Uwe(t)·ton)/(Uwy-Uwe(t)),

gdzie Uwy to napięcie wyjściowe oraz przedziału czasu, w którym podczas rezonansu napięcie na kluczu będzie minimalne trez = π·√(L·Crez), gdzie Crez - pojemność obwodu rezonansowego.

Korektory BCM przełączane

Gdy prąd cewki spada do zera, dioda przekształtnika zostaje spolaryzowana zaporowo. Taka naturalna komutacja jest główną zaletą korektorów PFC pracujących w trybie BCM, ponieważ pozwala na wykorzystanie tanich krzemowych diod.

Ze względu na straty wynikające z dużej amplitudy prądu cewki, korektory tego typu są jednak wykorzystywane głównie w zasilaczach o mocy do 300W. W urządzeniach większej mocy stosuje się zmodyfikowaną konstrukcję korektora PFC tego typu, w której są wykorzystywane dwa przekształtniki BCM działające naprzemiennie z przesunięciem w fazie o 180º.

Rys. 12. Napięcie na bramce tranzystora, prąd cewki oraz napięcie sieciowe dla połowy okresu częstotliwości sieciowej

Rys. 13. Kontrolery do korektorów PFC BCM przełączanych dostarcza m.in. firma Fairchild Semiconductor. Na rysunku przykład wykorzystania kontrolera typu FAN9611 / FAN9612 tego producenta

Rozwiązanie to łączy w sobie zalety korektorów z przekształtnikami CCM i BCM, tzn. małe straty przewodzenia oraz możliwość wykorzystania tańszych diod krzemowych. To pierwsze wynika stąd, że straty rozkładają się równomiernie na dwie gałęzie.

Ponadto ze względu na rozproszenie wydzielanego ciepła na większą liczbę komponentów można je efektywniej odprowadzić do otoczenia. Głównym wyzwaniem w realizacji przełączanego korektora BCM jest synchronizacja procesu przełączania obu przekształtników utrudniona przede wszystkim ze względu na zmienną częstotliwość przełączania. Dlatego wielu producentów oferuje specjalizowane układy scalone ułatwiające to zadanie (rys. 13).

Monika Jaworowska

Spis treści
Powiązane treści
Efektywny korektor współczynnika mocy do systemów zasilających
Zasilacze impulsowe dużej mocy to produkty, które muszą być doskonałe od strony technicznej i jednocześnie tanie
Układy scalone do korekcji współczynnika mocy lamp ze świetlówkami i diodami LED
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Komunikacja
Moduły komunikacyjne do sieci 5G
Komunikacja
Technologia 5G - kierunki rozwoju
Projektowanie i badania
Nowe możliwości projektowe w Arm Keil MDK v6
Komunikacja
Konserwacja predykcyjna w oparciu o uczenie maszynowe i IIoT
Zasilanie
Kryteria wyboru konwertera DC-DC do aplikacji medycznych
Optoelektronika
Inteligentne wyświetlacze firmy DWIN w ofercie Unisystemu
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Targi zagraniczne
Międzynarodowa wystawa i warsztaty na temat kompatybilności elektromagnetycznej EMV 2025
Statyczne
Logowanie
Targi krajowe
Warsaw Industry Week 2025 - 9. edycja
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów