Correção do fator de potência do PFC

O fator de potência e o fator harmônico da frequência da rede são importantes indicadores da qualidade da energia, principalmente para os equipamentos eletrônicos que são alimentados por esta potência.

É desejável para o fornecedor de CA que Fator de potência de consumidores foi próximo da unidade, e para dispositivos eletrônicos é importante que as distorções harmônicas sejam as mais baixas possíveis. Sob tais condições, os componentes eletrônicos dos dispositivos viverão mais e a carga funcionará com mais conforto.

De fato, há um problema, que é que a fonte de energia linear convencional é incapaz de fornecer ao equipamento eletrônico eletricidade de qualidade adequada e até mesmo de alta eficiência. Como resultado, temos que aceitar o fato de que a eficiência da fonte de alimentação de 80% com um fator de potência tendendo a 0,7 é considerada a norma.

E a razão desse problema reside no fato de que na entrada fonte de alimentação de comutação convencional existe uma ponte de diodo com um capacitor de filtro e, independentemente de o consumidor de corrente retificada ser uma carga linear, a corrente fornecida da rede para a ponte de diodo ainda terá rajadas, picos isolados pronunciados, entre os quais existem lacunas com zero consumo atual da rede.

Isso acontece porque o capacitor do filtro carrega e descarrega de forma desigual, resultando em uma redução no fator de potência – na verdade, a energia da rede é consumida em pulsos curtos – um pulso de corrente para cada metade do período da onda senoidal da rede.

Em um circuito alimentado por tal capacitor de filtro, esse fenômeno gera alta distorção harmônica. E o fator de potência de uma carga alimentada por um retificador tão simples com capacitor, via de regra, não ultrapassará 0,3.

Existe uma maneira "passiva" simples de suavizar ligeiramente os picos agudos de corrente, aumentar ligeiramente o fator de potência e diminuir ligeiramente dessa maneira acordeões… O método consiste em adicionar um indutor entre a ponte de diodos e o capacitor do filtro. Isso arredondará levemente os picos para uma forma senoidal.

Neste caso, no entanto, o fator de potência ainda estará longe da unidade (cerca de 0,7), pois a forma da corrente consumida novamente não é senoidal. E quando muitos desses planos de usuários com capacidades diferentes são conectados à rede, torna-se um problema sério para a parte geradora de energia.

A melhor maneira de melhorar o fator de potência e reduzir os harmônicos de frequência da linha é usar esquemas de correção do fator de potência ativa (PFC) relativamente simples, baseados em conversores de impulso de pulso em fontes de alimentação chaveadas.Aqui, não apenas um indutor é adicionado ao circuito retificador de entrada, mas também um transistor de efeito de campo com driver e controlador, bem como um diodo.

Durante a correção do fator de potência ativo (PFC ativo), o FET alterna rapidamente entre os dois estados.

O primeiro estado - quando a chave está fechada, a bobina recebe energia do retificador, armazena energia no campo magnético, enquanto o diodo é polarizado reversamente e a carga é alimentada apenas pelo capacitor do filtro.

O segundo estado é quando o transistor está aberto, durante esta parte do ciclo o diodo entra no estado de condução, e a bobina agora transfere energia para a carga e carrega o capacitor. Essa comutação ocorre com uma frequência de várias dezenas de kilohertz para cada meia onda da onda senoidal da rede elétrica.

O circuito de controle chave ajusta a duração dos intervalos de tempo - quanto tempo o indutor fica conectado à rede e quanto tempo ele energiza o capacitor para que a tensão no capacitor seja mantida em um nível constante, como a corrente média do indutor. Este circuito aumenta o fator de potência da fonte para 0,98.

O gerenciamento de comutação competente é necessário para que o consumo de corrente esteja em fase com a tensão alternada da rede. Para isso, o controlador gera um sinal PWM para controlar a porta do FET, de forma que no pico da onda senoidal a bobina receba energia por um tempo menor do que em uma tensão próxima de zero (mais longa).

O controlador PFC tem um loop de realimentação de tensão de saída (que é comparado a uma referência e mantido constante via PWM), bem como um sensor de tensão de entrada e corrente do indutor para monitorar com precisão a corrente média do indutor em tempo real para garantir que a carga tenha o fator de potência máximo.