การแก้ไขตัวประกอบกำลัง PFC
ตัวประกอบกำลังและตัวประกอบฮาร์มอนิกของความถี่หลักเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของคุณภาพของกำลังไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานนี้
เป็นที่พึงปรารถนาสำหรับซัพพลายเออร์ AC ที่ ตัวประกอบกำลัง ของผู้บริโภคมีความใกล้เคียงกับความเป็นหนึ่งเดียวกัน และสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สิ่งสำคัญคือการบิดเบือนฮาร์มอนิกให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์จะมีอายุยืนยาวขึ้น และโหลดจะทำงานได้อย่างสะดวกสบายมากขึ้น
ในความเป็นจริง มีปัญหาคือแหล่งพลังงานเชิงเส้นแบบเดิมไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าที่มีคุณภาพเหมาะสมและมีประสิทธิภาพสูงให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ เป็นผลให้เราต้องยอมรับความจริงที่ว่าประสิทธิภาพของหน่วยจ่ายไฟ 80% โดยมีตัวประกอบกำลังที่มีแนวโน้มที่ 0.7 ถือเป็นบรรทัดฐาน
และสาเหตุของปัญหานี้อยู่ที่ทางเข้า แหล่งจ่ายไฟสลับแบบธรรมดา มีสะพานไดโอดที่มีตัวเก็บประจุตัวกรองและไม่ว่าผู้บริโภคปัจจุบันที่แก้ไขแล้วจะเป็นโหลดเชิงเส้นหรือไม่ก็ตามกระแสที่จ่ายจากเครือข่ายไปยังสะพานไดโอดจะยังคงมีการระเบิดจุดสูงสุดที่แยกได้เด่นชัดซึ่งมีช่องว่างด้วยศูนย์ ปริมาณการใช้ปัจจุบันจากเครือข่าย
สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากตัวเก็บประจุตัวกรองชาร์จและคายประจุไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ตัวประกอบกำลังลดลง อันที่จริงแล้ว พลังงานจากกริดถูกใช้เป็นพัลส์สั้น ๆ - หนึ่งพัลส์ปัจจุบันสำหรับทุก ๆ ครึ่งช่วงคลื่นไซน์ของกริด
ในวงจรที่ป้อนโดยตัวเก็บประจุตัวกรอง ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการบิดเบือนฮาร์มอนิกสูง และตัวประกอบกำลังของโหลดที่ป้อนโดยวงจรเรียงกระแสอย่างง่ายที่มีตัวเก็บประจุตามกฎแล้วจะไม่เกิน 0.3
มีวิธี "พาสซีฟ" ง่ายๆ ในการทำให้จุดสูงสุดปัจจุบันเรียบขึ้นเล็กน้อย เพิ่มตัวประกอบกำลังเล็กน้อย และลดลงเล็กน้อยด้วยวิธีนี้ หีบเพลง… วิธีการนี้ประกอบด้วยการเพิ่มตัวเหนี่ยวนำระหว่างไดโอดบริดจ์และตัวเก็บประจุตัวกรอง การทำเช่นนี้จะทำให้ยอดเขากลมเล็กน้อยเป็นรูปทรงไซน์ไซด์
อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ตัวประกอบกำลังจะยังคงห่างไกลจากความสามัคคี (ประมาณ 0.7) เนื่องจากรูปร่างของกระแสไฟฟ้าที่ใช้ไปนั้นไม่ได้เป็นไซน์ไซด์เลย และเมื่อแผนของผู้ใช้จำนวนมากที่มีความจุต่างกันเชื่อมต่อกับกริด มันจะกลายเป็นปัญหาร้ายแรงสำหรับฝ่ายผลิตไฟฟ้า
วิธีที่ดีที่สุดในการปรับปรุงตัวประกอบกำลังและลดฮาร์มอนิกความถี่ของสายคือการใช้รูปแบบการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบแอคทีฟ (PFC) ที่ค่อนข้างง่ายโดยยึดตามตัวแปลงพัลส์บูสต์ในการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่นี่ไม่เพียง แต่เพิ่มตัวเหนี่ยวนำลงในวงจรเรียงกระแสอินพุตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์พร้อมไดรเวอร์และคอนโทรลเลอร์รวมถึงไดโอดด้วย
ในระหว่างการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ (active PFC) FET จะสลับไปมาระหว่างสองสถานะอย่างรวดเร็ว
สถานะแรก — เมื่อปิดสวิตช์ โช้กจะรับพลังงานจากวงจรเรียงกระแส เก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก ในขณะที่ไดโอดจะถูกไบอัสแบบย้อนกลับ และโหลดจะได้รับพลังงานจากตัวเก็บประจุตัวกรองเท่านั้น
สถานะที่สองคือเมื่อทรานซิสเตอร์เปิด ในระหว่างส่วนนี้ของวงจร ไดโอดจะเข้าสู่สถานะการนำไฟฟ้า และโช้คจะถ่ายโอนพลังงานไปยังโหลดและชาร์จตัวเก็บประจุ การสลับดังกล่าวเกิดขึ้นที่ความถี่หลายสิบกิโลเฮิรตซ์สำหรับ แต่ละครึ่งคลื่นของเมนไซน์เวฟ
วงจรควบคุมคีย์จะปรับระยะเวลาของช่วงเวลา—ระยะเวลาที่โช้คเชื่อมต่อกับกริดและระยะเวลาที่โช้คจ่ายพลังงานให้กับตัวเก็บประจุเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าทั่วตัวเก็บประจุถูกรักษาไว้ที่ระดับคงที่ เช่น กระแสโช้คเฉลี่ย วงจรนี้เพิ่มตัวประกอบกำลังของแหล่งจ่ายไฟเป็น 0.98
จำเป็นต้องมีการจัดการการสลับที่มีความสามารถเพื่อให้การใช้กระแสไฟฟ้าอยู่ในเฟสด้วยแรงดันไฟฟ้าสลับของเครือข่าย เพื่อจุดประสงค์นี้ คอนโทรลเลอร์จะสร้างสัญญาณ PWM เพื่อควบคุมเกทของ FET เพื่อให้ที่จุดสูงสุดของคลื่นไซน์ โช้คจะได้รับพลังงานในระยะเวลาที่สั้นกว่าที่แรงดันใกล้ศูนย์ (นานกว่า)
ตัวควบคุม PFC มีลูปป้อนกลับแรงดันเอาต์พุต (ซึ่งเปรียบเทียบกับค่าอ้างอิงและคงที่ ผ่าน PWM) เช่นเดียวกับแรงดันอินพุตและเซ็นเซอร์กระแสตัวเหนี่ยวนำเพื่อตรวจสอบกระแสเฉลี่ยของตัวเหนี่ยวนำแบบเรียลไทม์อย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าโหลดมีตัวประกอบกำลังสูงสุด