ตัวแก้ไขตัวประกอบกำลังไทริสเตอร์ 6 kW การแก้ไขตัวประกอบกำลังประเภทต่างๆ

ในตลาด คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลมีอุปกรณ์จ่ายไฟที่มีตัวแก้ไขกำลังในตัวเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ พวกเขาถูกสร้างขึ้นโดยใช้ต่างๆ วงจรรวมและดังนั้นจึงมี แผนการที่แตกต่างกันการก่อสร้างก็ตาม หลักการทั่วไปการออกแบบวงจร (ซึ่งมีการกล่าวถึงใน สิ่งพิมพ์ก่อนหน้า) เหมือนกันในทางปฏิบัติ ดังนั้นด้วยการดูชิปเพียงตัวเดียวคือ UCC3818 เราจะได้แนวคิดที่ดีเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมของตัวควบคุมการแก้ไขพลังงานส่วนใหญ่

ชิป UCC3818 เป็นของตระกูลตัวควบคุมการแก้ไขพลังงาน ซึ่งรวมถึงตัวควบคุมเช่น UCC2817, UCC2818 และ UCC3817 ด้วย ความแตกต่างระหว่างตัวควบคุมในตระกูลนี้อยู่ที่ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่แตกต่างกันและ ความหมายที่แตกต่างกันแรงดันไฟฟ้า UVLO (แรงดันไฟฟ้าเปิดชิปและแรงดันไฟฟ้าปิด) ชิปตระกูลคือตัวควบคุม PWM ที่ทำหน้าที่ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับ การแก้ไขที่ใช้งานอยู่ตัวประกอบกำลัง ตัวควบคุมช่วยให้สามารถนำค่าตัวประกอบกำลังเกือบเป็นเอกภาพได้โดยการขึ้นรูป แบบฟอร์มที่จำเป็นกระแสไฟเข้า ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุต ตัวควบคุมตระกูลทำงานในโหมดกระแสเฉลี่ยซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความเสถียรของกระแสอินพุตและการบิดเบือนไซน์ซอยด์ของกระแสไฟหลักต่ำ

คอนโทรลเลอร์ UCC x817/x818 มีคุณสมบัติหลักดังต่อไปนี้:

- ให้การควบคุมบูสต์คอนเวอร์เตอร์

- จำกัดการบิดเบือนที่นำมาใช้ในเครือข่ายอุปทาน

- ให้การปรับขอบนำของพัลส์ปัจจุบัน

- อนุญาตให้คุณทำงานกับอะไรก็ได้ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับใช้ในทุกประเทศทั่วโลก

- ให้การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

- จัดให้มีข้อจำกัดการใช้พลังงานในระดับที่กำหนด

- ทำงานในโหมดกระแสปานกลาง

- ให้การลดเสียงรบกวนที่ดีขึ้น

- มีอัลกอริธึมการควบคุมไปข้างหน้าที่ได้รับการปรับปรุง

- มีค่ากระแสเริ่มต้นทั่วไปที่ 150 μA

- สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี BiCMOS พลังงานต่ำ

ตัวควบคุมตระกูลได้รับการพัฒนาโดย Texas Instrument's และมีกระแสไหลเข้าและต่ำ ระดับต่ำการใช้พลังงาน ตัวควบคุมใช้เทคโนโลยีในการปรับขอบนำของพัลส์ปัจจุบัน เช่น ระยะเวลาของรอบการทำงานจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนเวลาเริ่มต้นของการชาร์จตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบ (ไม่ใช่เวลาที่กระแสการชาร์จหยุด) เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถลดปริมาณการกระเพื่อมบนตัวเก็บประจุแบบเรียบที่ติดตั้งที่เอาต์พุตของตัวแก้ไขกำลัง ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การลดขนาดของตัวเก็บประจุนี้ และผลที่ตามมาก็คือการลดต้นทุนและต้นทุน ของวงจรทั้งหมด

แอมพลิฟายเออร์ปัจจุบันมีออฟเซ็ตอินพุตต่ำ (2 mV) ซึ่งช่วยลดความผิดเพี้ยนของกระแสไฟฟ้าภายใต้สภาวะโหลดที่เบา

รูปที่ 1 สถาปัตยกรรมของตัวควบคุม PWM ของตระกูล UCC3818

แผนภาพบล็อกของตัวควบคุม PWM UCCx817/x818 แสดงในรูปที่ 1 ค่าขีด จำกัด ของพารามิเตอร์หลักของวงจรไมโครแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1. ขีดจำกัดพารามิเตอร์ UCC3818

พารามิเตอร์	การกำหนด	ความหมาย
แรงดันไฟฟ้า		18 ว
การบริโภคในปัจจุบัน		20 มิลลิแอมป์
กระแสไฟขาออกควบคุม (ต่อเนื่อง)	IDRVOUT	0.2 ก
กระแสไฟขาออกควบคุม	IDRVOUT	1.2 ก
*ซีเอไอ* , *ปาก* , *เอสเอส*
แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเมื่อสัมผัส*พีเคแอลเอ็มที*
แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่หน้าสัมผัส*เวเซนส์* , *โอวีพี* / TH		10 โวลต์
ติดต่อกระแสไฟเข้าRT , *ไอเอซี* , *พีเคแอลเอ็มที*		10 มิลลิแอมป์
แรงดันลบสูงสุดบนหน้าสัมผัส*DRVOUT* , *พีเคแอลเอ็มที* , *ปาก*	วีเอ็นอีจี	0.5V
การกระจายพลังงาน
อุณหภูมิการบัดกรี (10 วินาที)	ที โซล	300°ซ

คอนโทรลเลอร์มีจำหน่ายในแพ็คเกจ 16 พิน เช่น SOIC, PDIP, TSSOP การกระจายสัญญาณผ่านหน้าสัมผัสของวงจรไมโครแสดงในรูปที่ 2 และตารางที่ 2 ให้คำอธิบายของสัญญาณเหล่านี้

รูปที่ 2 Pinout ของชิป UCC3818

ตารางที่ 2. การกำหนดพินของชิป UCC3818

№	การกำหนด	คำอธิบาย
		"โลก". แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดวัดโดยสัมพันธ์กับหน้าสัมผัสนี้ รายชื่อผู้ติดต่อ*วีซีซี* และ *การอ้างอิง* จะต้องเชื่อมต่อกับกราวด์ผ่านตัวเก็บประจุ 0.1 µFหรือผ่านตัวเก็บประจุเซรามิกขนาดใหญ่
	พีเคแอลเอ็มที	อินพุตขีดจำกัดกระแสสูงสุดของตัวแก้ไขกำลัง เกณฑ์สำหรับข้อจำกัดปัจจุบันคือระดับ 0V- ในการสร้างการชดเชยสัญญาณจำกัดกระแส จะใช้ตัวแบ่งความต้านทานภายนอก โดยเชื่อมต่อที่ด้านหนึ่งเข้ากับขั้ว "ลบ" ของเซ็นเซอร์ปัจจุบัน และอีกด้านหนึ่ง กับแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง*วเรฟ* - ค่าชดเชยที่ได้รับจึงสอดคล้องกับค่ากระแสสูงสุด ข้อ จำกัด ปัจจุบันเกิดขึ้นในขณะที่แรงดันไฟฟ้าสัมผัส*พีเคแอลเอ็มที* เริ่มลดลง 0V.
	ระวัง	เอาต์พุตเครื่องขยายเสียงปัจจุบัน นี่คือเอาต์พุตของสหกรณ์แอมป์ด้วย แถบกว้างการส่งสัญญาณซึ่งวัดค่าของกระแสไฟหลักและสร้างคำสั่งสำหรับโมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์ของตัวแก้ไขกำลัง ซึ่งช่วยให้คุณสามารถตั้งค่ารอบการทำงาน PWM ที่ต้องการได้ มีการติดตั้งองค์ประกอบภายนอกที่ชดเชยระหว่างเอาต์พุต*ระวัง* และทางเข้า *ปาก* .
		อินพุตแอมพลิฟายเออร์กระแสไม่กลับด้าน อินพุตนี้ใช้เพื่อตรวจสอบค่าของกระแสหลักโดยใช้เซ็นเซอร์กระแส ซึ่งใช้ตัวต้านทานความต้านทานต่ำ ทางเข้า*ซีเอไอ* เชื่อมต่อผ่านตัวต้านทานที่ด้านข้างของเซ็นเซอร์กระแสที่เชื่อมต่อกับกราวด์ ขนาดของกระแสไฟหลักวัดจากความต่างศักย์ของหน้าสัมผัส*ซีเอไอ* และติดต่อ *ปาก* (อยู่ระหว่างหน้าสัมผัสทั้งสองนี้ที่เซ็นเซอร์ปัจจุบันเปิดอยู่)
	ปาก	หน้าสัมผัสแบบมัลติเพล็กซ์ซึ่งเป็นเอาต์พุตของตัวคูณและในเวลาเดียวกันก็เป็นอินพุตแบบกลับด้านของแอมพลิฟายเออร์ปัจจุบัน การกำหนดค่านี้ช่วยเพิ่มภูมิคุ้มกันการรบกวนและช่วยให้สามารถดำเนินการในโหมดมอดูเลชั่นชั้นนำได้ แชร์กับผู้ติดต่อ*ซีเอไอ* ใช้เพื่อควบคุมขนาดของกระแสไฟหลัก
		อินพุตตัวคูณแบบอะนาล็อก กระแสจะถูกสร้างขึ้นที่อินพุตนี้ซึ่งเป็นสัดส่วนกับค่าปัจจุบันของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ตัวคูณได้รับการกำหนดค่าในลักษณะที่ช่วยให้คุณสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของกระแสอินพุตได้ ที่แนะนำ ค่าสูงสุดกระแสอินพุตคือ 500 ไมโครเอ.
	VAOUT	เอาต์พุตเครื่องขยายสัญญาณข้อผิดพลาดแรงดันไฟฟ้า นี้ เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานแรงดันไฟขาออกจะถูกปรับ เอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงถูกจำกัดภายในไว้ประมาณ 5.5 โวลต์.
		แรงดันไฟฟ้าป้อนเข้า สัญญาณเป็นสัดส่วนกับค่าเฉลี่ย (อาร์เอ็มเอส ) ค่าแรงดันไฟฟ้า หากไม่มีแหล่งจ่ายไฟที่หน้าสัมผัส*วีเอฟเอฟ* ต้องตั้งค่าแรงดันไฟฟ้า 1.4V.
	วเรฟ	เอาต์พุตแรงดันอ้างอิง ที่เอาต์พุตนี้จะมีแรงดันไฟฟ้าคงที่คงที่เท่ากับ 7.5V- กระแสไฟขาออกของหน้าสัมผัสนี้สามารถเข้าถึงค่าได้ 20 มิลลิแอมป์ซึ่งจำเป็นต่อการจ่ายไฟให้กับวงจรอุปกรณ์ต่อพ่วงภายนอก ไมโครเซอร์กิตมีวงจรจำกัดกระแสภายในระหว่างการลัดวงจร ออก*วเรฟ* ห้ามและกำหนดให้ 0V, ถ้าแรงดันไฟจ่าย*วีซีซี* ต่ำกว่าเกณฑ์ UVLO - ระหว่างการติดต่อ*วเรฟ* และ "กราวด์" ตัวเก็บประจุเซรามิกแบบแบ่งที่มีความจุประมาณ 0.1uF(หรือมากกว่า) เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของแรงดันอ้างอิง
	อว./น	อินพุตของตัวเปรียบเทียบภายในซึ่งห้ามการทำงานของไดรเวอร์เอาต์พุตของชิปหาก แรงดันขาออกเกินระดับที่กำหนด
	เวเซนส์	การกลับอินพุตของเครื่องขยายสัญญาณข้อผิดพลาดแรงดันไฟฟ้า โดยทั่วไปอินพุตนี้จะเชื่อมต่อกับวงจรชดเชยและกับเอาต์พุตของบูสต์คอนเวอร์เตอร์ (เชื่อมต่อผ่านตัวแบ่ง)
		หน้าสัมผัสสำหรับเชื่อมต่อตัวต้านทานการตั้งค่าความถี่ ตัวต้านทานภายนอกที่เชื่อมต่อระหว่างพินนี้กับกราวด์จะตั้งค่าปัจจุบันสำหรับการชาร์จตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อกับพินซี.ที. - ขอแนะนำให้เลือกค่าตัวต้านทานในช่วง 10…100 โอห์ม- พิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ การติดต่อนี้เท่ากับ 3B.
		ติดต่อเพื่อตั้งโปรแกรมซอฟต์สตาร์ท ตัวเก็บประจุภายนอกเชื่อมต่อกับพินนี้ ตัวเก็บประจุจะคายประจุหากแรงดันไฟจ่ายวีซีซี ได้รับต่ำ หากเปิดใช้งานการดำเนินการซอฟต์สตาร์ท ตัวเก็บประจุภายนอกจะเริ่มชาร์จโดยแหล่งกระแสภายใน แรงดันไฟฟ้าสัมผัสเอสเอส ใช้เป็นสัญญาณข้อผิดพลาดในระหว่างการสตาร์ทชิป ทำให้สามารถปรับความกว้างของพัลส์เอาท์พุตได้ ในกรณีที่มีแรงดันไฟฟ้าเข้า*วีซีซี* ตกสัญญาณ *โอวีพี* / TH ตกลงไปด้านล่างอย่างรวดเร็ว 1.9Vและตัวเก็บประจุภายนอก*เอสเอส* คายประจุอย่างรวดเร็วและห้ามการทำงานของ PWM
		หน้าสัมผัสสำหรับเชื่อมต่อตัวเก็บประจุตั้งค่าความถี่ ตัวเก็บประจุที่ตั้งค่าความถี่ PWM เชื่อมต่อระหว่างหน้าสัมผัสนี้กับกราวด์ ตัวเก็บประจุนี้ควรตั้งอยู่ใกล้กับกราวด์มากที่สุด
		แรงดันไฟจ่ายบวก สำหรับการทำงานปกติ อินพุตนี้ต้องเชื่อมต่อกับแหล่งที่มีความเสถียรซึ่งสร้างกระแสเอาต์พุตเป็นอย่างน้อย 20 มิลลิแอมป์และแรงดันไฟฟ้าของ 10…17 โวลต์- หากต้องการติดต่อวีซีซี ตัวเก็บประจุแบบแบ่งจะต้องเชื่อมต่อโดยตรงเพื่อดูดซับพัลส์ปัจจุบันที่จำเป็นในการชาร์จความจุเกตของภายนอกมอสเฟต -ทรานซิสเตอร์. เพื่อป้องกันการเกิดพัลส์เอาท์พุตที่มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอบนหน้าสัมผัส*DRVOUT* จะต้องปิดกั้นไดรเวอร์เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าบนหน้าสัมผัสวีซีซีเกินเกณฑ์บนยูวีโล และอยู่ต่ำกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำยูวีโล
	DRVOUT	สัญญาณเอาท์พุตจะควบคุมสวิตช์ไฟภายนอก ซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม กล่าวคือ สัญญาณควบคุมเกตของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามจะถูกสร้างขึ้นที่เอาท์พุต ทางออกเป็นทางออกโทเท็มิกที่สร้างขึ้นมอสเฟต -ทรานซิสเตอร์ ระหว่างทางออก*DRVOUT* และต้องติดตั้งตัวต้านทานจำกัดกระแสแบบอนุกรมที่เกตของทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กภายนอก ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าการจับคู่ระหว่างความต้านทานเอาต์พุตของวงจรไมโครและความต้านทานเกต ตัวต้านทานหลีกเลี่ยงการโอเวอร์โหลดเอาท์พุต*DRVOUT* .

ลองพิจารณาดู ตัวเลือกการปฏิบัติการใช้ชิป UCC3818 เป็นส่วนหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟ HPC 360-302 แหล่งจ่ายไฟนี้ใช้ตัวแก้ไขกำลังความถี่สูงที่ใช้งานอยู่ซึ่งติดตั้งทันทีหลังไดโอดบริดจ์ (รูปที่ 3) อินพุตของวงจรแก้ไขกำลังคือจุดที่กำหนด BD+ (“บวก” ของไดโอดบริดจ์) และ BD- (“ลบ” ของไดโอดบริดจ์) ดังนั้นจึงใช้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 300V กับอินพุตของตัวแก้ไขกำลัง เอาต์พุตของตัวแก้ไขกำลังคือแรงดันไฟฟ้า Vo ประมาณ 400V (สัมพันธ์กับจุด GND)

รูปที่ 3 ตำแหน่งของตัวแก้ไขกำลังในแหล่งจ่ายไฟ HPC 360-302

แผนผังตัวแก้ไขกำลังสำหรับแหล่งจ่ายไฟ HPC 360-302 แสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 แผนผังของตัวแก้ไขกำลังของแหล่งจ่ายไฟ HPC 360-302

แรงดันไฟฟ้า Vcc สำหรับคอนโทรลเลอร์ UCC3818 สร้างขึ้นโดยตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า +12V ประเภท 7812 (IC1) ในตัว แรงดันไฟฟ้าที่ไม่เสถียรคงที่ 15...20 V จะถูกจ่ายให้กับอินพุตของตัวกันโคลงนี้ แรงดันไฟฟ้านี้สร้างโดยตัวแปลงสแตนด์บายของแหล่งจ่ายไฟ มีการใช้ขดลวดเพิ่มเติมเพื่อสร้างมัน หม้อแปลงพัลส์ตัวแปลงหน้าที่ (รูปที่ 5) พัลส์ที่สร้างขึ้นในการพันนี้ได้รับการแก้ไขโดยไดโอด D8 และปรับให้เรียบด้วยตัวเก็บประจุ C10 แรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์จะถูกจำกัดโดยซีเนอร์ไดโอด ZD1 ดังนั้นคอนโทรลเลอร์ UCC3818 จะเริ่มทำงานทันทีที่เปิดแหล่งจ่ายไฟและตัวแปลงสแตนด์บายเริ่มทำงาน

รูปที่ 5 การก่อตัวของแรงดันไฟฟ้าสำหรับ UCC3818 ในตัวแก้ไขกำลังของแหล่งจ่ายไฟ HPC 360-302

UCC3818 จะเปิดเมื่อแรงดัน Vcc ที่พิน 15 เกิน 10.2 V

เมื่อคอนโทรลเลอร์เปิดอยู่ แรงดันอ้างอิง VREF 7.5 V จะปรากฏบนพิน 9 แรงดันฟันเลื่อยของเครื่องกำเนิดความถี่ภายในจะปรากฏบนพิน 14 (CT) และที่เอาต์พุตบนพิน 16 (DRVOUT) พัลส์สี่เหลี่ยม- พัลส์เอาท์พุตของคอนโทรลเลอร์ควบคุมสวิตช์ไฟภายนอก ซึ่งในวงจรนี้ถูกสร้างขึ้นโดยทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามสองตัว QF1 และ QF2 ที่เชื่อมต่อแบบขนาน การเชื่อมต่อแบบขนานทรานซิสเตอร์สองตัวช่วยให้คุณเพิ่มพลังของวงจรได้

การสลับทรานซิสเตอร์ QF1 และ QF2 นำไปสู่การสร้างกระแสพัลส์ในตัวเหนี่ยวนำ L1 โช้คนี้อาจเป็นองค์ประกอบ "หลัก" ของวงจรทั้งหมด พัลส์ที่เหนี่ยวนำในตัวเหนี่ยวนำมีแอมพลิจูดเกิน 300V อย่างมีนัยสำคัญ พัลส์เหล่านี้ได้รับการแก้ไขโดยไดโอด D7 ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้า ดี.ซีประมาณ 400V

ฟังก์ชั่นของเซ็นเซอร์กระแสในวงจรดำเนินการโดยตัวต้านทานกำลังสูง R14/R14A สองตัวที่เชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานเหล่านี้เป็นสัดส่วนกับกระแสที่ดึงโดยวงจรจากเครือข่าย แรงดันไฟฟ้าตกนี้ได้รับการประเมินโดยคอนโทรลเลอร์ผ่านพินอินพุต CAI (พิน 4) และ MOUT (พิน 5) นอกจากนี้ กระแสไฟฟ้าที่เกินค่าขีดจำกัดจะถูกตรวจสอบผ่านทางพิน 2 (PKLMT) ยิ่งการสิ้นเปลืองกระแสไฟมากเท่าใด แรงดันไฟฟ้าบนพิน 2 ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

แรงดันไฟขาออกของตัวแก้ไขกำลังจะแสดงในแผนภาพเป็น Vo ขนาดของแรงดันไฟฟ้านี้ถูกควบคุมโดยวงจรไมโคร UCC3813 ผ่านอินพุต VSENSE (พิน 11) และ OVP/EN (พิน 10) แรงดันไฟเอาท์พุตจะจ่ายให้กับพินเหล่านี้ผ่านตัวแบ่งตัวต้านทาน ซึ่งรวมถึงตัวต้านทาน R2/R3/R4/R5/R19 วงจรชดเชยตัวขยายข้อผิดพลาดแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยองค์ประกอบ C7/C15/R7 และเชื่อมต่อระหว่างพิน 11 (VSENSE) และพิน 7 (VAOUT)

ระยะเวลาของช่วง "ซอฟต์สตาร์ท" ในระหว่างที่ระยะเวลาของพัลส์เอาท์พุตของตัวควบคุมเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นในขณะที่เปิดเครื่อง ถูกกำหนดโดยตัวเก็บประจุ C4 ที่เชื่อมต่อกับพิน 13 (SS)

การใช้การแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปสำหรับโหลดในที่พักอาศัยและอุตสาหกรรมส่งผลให้ความเพี้ยนฮาร์มอนิกลดลง โดยไม่ต้องติดตั้งตัวแก้ไขตัวประกอบกำลังราคาแพงในอุปกรณ์ผู้บริโภคแต่ละเครื่อง

เมื่อแก้ไขกระแสสลับไซน์ซอยด์ด้วยการกรองแบบคาปาซิทีฟจากแหล่งกำเนิด พัลส์กระแสแอมพลิจูดขนาดใหญ่จะถูกใช้ จุดสูงสุดปัจจุบันสามารถเข้าถึง 600% ของกระแสไฟฟ้าที่ใช้โดยโหลดความต้านทานเชิงเส้นที่มีกำลังเท่ากัน วงจรเรียงกระแสตัวกรองแบบคาปาซิทีฟที่ใช้ในแหล่งจ่ายไฟหลักทำให้เกิดการหยุดชะงักของกระแสไฟ กระแสไฟฟ้าจะไหลก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเกินแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่คร่อมตัวเก็บประจุ ช่วงเวลาที่ประจุกระแสไฟฟ้า ตัวเก็บประจุจะกำหนดมุมการไหลของกระแสไฟเรียงกระแส มุมหรือตัวประกอบกำลังโหลดนี้ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิด ขนาดของความจุไฟฟ้า และขนาดโหลดของคอนเวอร์เตอร์ ที่โหลดแบบเบา มุมกระแสอาจมีเพียง 2-3 องศา แต่เมื่อโหลดเต็มที่ มุมนี้จะใหญ่ขึ้น แต่ถึงอย่างนั้นด้วย ภาระหนักกระแสไม่ต่อเนื่อง อยู่ในรูปพัลส์สั้นที่มีแอมพลิจูดค่อนข้างใหญ่และมีฮาร์โมนิคที่สูงกว่าจำนวนมาก

ดังนั้น การปรับกระแสไฟ AC แบบธรรมดาซึ่งถูกนำมาใช้ วงจรอินพุตแหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ไม่ลงตัวซึ่งก่อให้เกิดปัญหามากมาย ที่ ระดับสูงกำลังไฟ (ตั้งแต่ 200 ถึง 500 W ขึ้นไป) ปัญหาเหล่านี้จะรุนแรงยิ่งขึ้น

จุดสูงสุดปัจจุบันที่อธิบายไว้ทำให้เกิดการบิดเบือนอย่างรุนแรงในแรงดันไฟฟ้าเครือข่ายและการสูญเสียเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังสร้างฮาร์โมนิคที่หลากหลายซึ่งสามารถรบกวนอุปกรณ์อื่นๆ ได้ เนื่องจากการบิดเบือนของรูปร่างปัจจุบัน ตัวประกอบกำลังจึงลดลงเหลือค่าประมาณ 0.45 เครือข่ายเคเบิล, การติดตั้งเอง, หม้อแปลง - ทุกอย่างต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงค่ากระแสสูงสุด จะต้องชดเชยแรงดันไฟฟ้าตกขนาดใหญ่เนื่องจากการบิดเบือน

ยอดปัจจุบันทำให้เกิดการรบกวนจากการแผ่รังสี การรบกวนแบบแผ่รังสีที่เกิดจากการสลับความถี่สูงของตัวแปลงพัลส์เป็นที่รู้จักกันดีและถูกกำจัดโดยใช้ตัวกรองพิเศษที่ติดตั้งในทั้งหมด อุปกรณ์ที่คล้ายกัน- พัลส์กระแสไม่ต่อเนื่องที่เกิดขึ้นเมื่อแหล่งพลังงานกำลังชาร์จถือเป็นการรบกวนประเภทอื่น อาจส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนซึ่งเชื่อมต่อกับไฟ AC

อิทธิพลดังกล่าวมีสองประเภท ประการแรก พัลส์กระแสแอมพลิจูดขนาดใหญ่จะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงพอที่จะส่งผลกระทบต่อแอมพลิฟายเออร์ที่มีความละเอียดอ่อน ประการที่สอง เนื่องจากเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับมีความต้านทานของแหล่งจ่ายที่ไม่เป็นศูนย์ พีคกระแสขนาดใหญ่จะทำให้พีคของคลื่นไซน์แรงดันไฟฟ้าถูก "ตัดออก" สถานการณ์นี้แสดงไว้อย่างชัดเจนในรูป 1. การขยายเส้นโค้งที่สอดคล้องกันเป็นอนุกรมฟูริเยร์แสดงให้เห็นว่า ข้อเท็จจริงนี้ลดตัวประกอบกำลังลงอย่างมาก

ความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวอาจส่งผลเสียต่ออุปกรณ์ที่ต้องอาศัยกระแสสลับแบบไซน์ในการทำงาน หากมีอุปกรณ์มากกว่าหนึ่งเครื่องเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่บิดเบี้ยว ปัญหาจะแย่ลงเนื่องจากตัวเก็บประจุอินพุตของแหล่งจ่ายไฟแต่ละตัวจะถูกชาร์จระหว่างแรงดันคลื่นไซน์สูงสุดเท่ากัน

ผลกระทบของตัวประกอบกำลังต่ำและฮาร์โมนิกที่สร้างโดยวงจรเรียงกระแสตัวกรองแบบคาปาซิทีฟเป็นปัญหามาเป็นเวลานาน ฮาร์โมนิคดังกล่าวจะต้องถูกระงับ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมาตรฐาน IEC 61 000-3-2 จึงได้รับการพัฒนาและนำมาใช้ การศึกษามาตรฐานนี้แสดงให้เห็นว่าการปฏิบัติตามมาตรฐานดังกล่าวจะส่งผลให้ระดับฮาร์โมนิคที่เกิดจากอุปกรณ์ลดลง แต่มาตรฐานไม่จำเป็นต้องมีการปราบปรามการบิดเบือนหรือปรับปรุงตัวประกอบกำลังอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น เครือข่ายที่มีการบิดเบือนในระดับจำกัดจึงเป็นไปตามมาตรฐาน โดยไม่ระงับฮาร์โมนิคอย่างสมบูรณ์หรือเพิ่มตัวประกอบกำลังของแหล่งจ่ายไฟให้เป็นเอกภาพ ในทางปฏิบัติ เมื่อจำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายเพิ่มขึ้น กระแสฮาร์มอนิกรวมก็อาจเพิ่มขึ้น

เพื่อบรรเทาปัญหาที่อธิบายไว้ข้างต้น แผนการแก้ไขตัวประกอบกำลังจึงถูกนำมาใช้มากขึ้น อย่างไรก็ตามแผนการดังกล่าวทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นเช่นกัน ทางเลือกอื่นอาจจะ โครงการทั่วไปการแก้ไขตัวประกอบกำลัง ในรูป รูปที่ 2 แสดงรูปร่างปัจจุบันสำหรับกำลังโหลดเดียวกันที่เชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแสที่มีการกรองแบบ capacitive โดยมีและไม่มีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่

วิธีการแก้ไขตัวประกอบกำลัง

สาเหตุหลักสำหรับปัจจัยด้านพลังงานต่ำและการไหลเวียนของกระแสสูงที่เกิดจากการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟคือกระแสประจุกระเพื่อมของตัวกรองอินพุต ดังนั้นวิธีแก้ปัญหาคือการแนะนำองค์ประกอบเพื่อเพิ่มมุมการไหลของกระแสไฟเรียงกระแส มีหลายวิธีในการแก้ปัญหานี้:

การแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟและแอคทีฟ
การกรองฮาร์โมนิกแบบพาสซีฟหรือแอคทีฟในเครือข่าย
ยอมรับแรงดัน/กระแสที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ในระบบเป็นบรรทัดฐาน

สิ่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการใช้รูปแบบการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟและความถี่สูง ด้านล่างเราจะพิจารณา ภาพรวมโดยย่อการแก้ไขแบบพาสซีฟและจะวิเคราะห์รายละเอียดการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่

การแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟ

การแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟขึ้นอยู่กับการใช้ตัวเหนี่ยวนำในวงจรอินพุตนั่นคือตัวกรองอินพุตแบบเหนี่ยวนำที่เรียกว่า หากค่าตัวเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่เพียงพอ มันจะกักเก็บพลังงานเพียงพอเพื่อให้วงจรเรียงกระแสดำเนินการตลอดครึ่งรอบทั้งหมด และลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกที่เกิดจากการหยุดชะงักของกระแสผ่านวงจรเรียงกระแส ในทางปฏิบัติ การแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟจะช่วยลดกระแสฮาร์มอนิกและปรับปรุงตัวประกอบกำลังได้อย่างมาก แต่ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ทั้งหมด ในรูป รูปที่ 3a แสดงแผนภาพอย่างง่ายของการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟ และรูปที่ 3b - แรงดันไฟเข้าทั่วไปและรูปคลื่นกระแส วงจรนี้มีความบิดเบี้ยวน้อยกว่าเมื่อเทียบกับวงจรที่ไม่ได้แก้ไข แต่มีการสิ้นเปลืองพลังงานสูงกว่า พลังงานปฏิกิริยาที่ความถี่เครือข่าย ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงจากตัวประกอบกำลังสำหรับสเปกตรัมฮาร์มอนิกทั้งหมดไปเป็นตัวประกอบกำลังที่ความถี่ของฮาร์มอนิกพื้นฐาน

การแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่

ด้วยการแก้ไขตัวประกอบกำลังความถี่สูงแบบแอคทีฟ โหลดจะทำงานเหมือนกับความต้านทานแบบแอคทีฟ ในขณะที่ตัวประกอบกำลังนั้นใกล้เคียงกับความสามัคคี และขนาดของฮาร์โมนิกที่สร้างขึ้นนั้นมีค่าเล็กน้อย รูปร่างกระแสอินพุตจะคล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 1 2. ในขณะเดียวกันก็มีข้อดีทั้งหมดของการแปลงพัลส์ ( ขนาดเล็กและมวล) สามารถใช้การกำหนดค่าต่างๆ รวมถึงตัวแปลงบูสต์และบั๊ก มีการอธิบายบูสต์คอนเวอร์เตอร์ไว้ที่นี่เนื่องจากความเรียบง่ายและความนิยม

ในรูป รูปที่ 4 แสดงแผนภาพอย่างง่ายของการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ ตามชื่อของบูสต์คอนเวอร์เตอร์ แรงดันเอาต์พุตจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต ในขณะเดียวกันปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุตัวกรอง (C 0) จะเพิ่มขึ้นรูปที่ 4. ตัวแปลงบูสต์สามารถให้พารามิเตอร์เอาต์พุตที่ค่อนข้างเสถียรได้ หลากหลายแรงดันไฟฟ้าขาเข้า มันสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงทั่วตัวเก็บประจุเอาท์พุตโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าอินพุต ดังนั้นระยะเวลาคงแรงดันไฟฟ้าจึงเป็นอิสระจากแรงดันไฟหลัก นอกจากนี้ยังทำให้อุปกรณ์ไวต่อแรงดันไฟฟ้าตกน้อยลง

วงจรควบคุมรูปร่างของแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่แก้ไขโดยวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น ค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าอินพุต และแรงดันเอาต์พุต (V0) ขึ้นอยู่กับสิ่งเหล่านี้ สามสัญญาณรูปร่างของกระแสอินพุตเฉลี่ยจะถูกมอดูเลตตามแรงดันไฟฟ้าเครือข่ายที่แก้ไข และในเวลาเดียวกัน แรงดันเอาต์พุตจะถูกควบคุมเมื่อแรงดันไฟฟ้าเครือข่ายและขนาดโหลดเปลี่ยนแปลง เพื่อให้การแก้ไขตัวประกอบกำลัง รูปคลื่นกระแสอินพุทของตัวควบคุมบูสต์จะถูกจับคู่กับรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าอินพุทโดยการควบคุม คีย์มอสเฟต(ถาม). ในการควบคุมกระแสอินพุต สามารถใช้โหมดควบคุมกระแสสูงสุดหรือโหมดควบคุมกระแสเฉลี่ยได้ มีหลายวิธีในการอ่านค่าปัจจุบัน ดังแสดงในรูป 4 สามารถใช้ตัวต้านทาน (Rs) ได้

วงจรควบคุมตัวประกอบกำลังนี้ควบคุมกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำบูสต์ (Ip) โดยการปรับความกว้างพัลส์ ความถี่ในการทำงานถูกเลือกให้สูงพอที่จะรักษากระแสต่อเนื่องผ่านตัวเหนี่ยวนำ ทำให้ตัวเหนี่ยวนำเป็นแหล่งกระแสที่มีการควบคุม ด้วยการใช้แรงดันแหล่งจ่ายที่แก้ไขและรูปคลื่นของกระแสเป็นสัญญาณอ้างอิง กระแสที่ผ่านตัวเหนี่ยวนำซึ่งเป็นกระแสที่ดึงมาจากแหล่งกำเนิดจะกลายเป็นไซน์ซอยด์และอยู่ในเฟสเดียวกับแรงดันแหล่งจ่าย ในขณะที่ยังคงรักษาตัวประกอบกำลังให้สูง วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าของคอนเวอร์เตอร์จะควบคุมกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำบูสต์ ดังนั้น กระแสที่ดึงมาจากแหล่งกำเนิดจึงถูกกำหนดโดยความจำเป็นในการรักษาแรงดันไฟฟ้าคงที่ (ประมาณ 390 V) ข้ามตัวเก็บประจุตัวกรอง (V0) เป็นแรงดันไฟฟ้าอินพุต AC, โหลด DC และ ตั้งค่าฯลฯ

ลักษณะเฉพาะของปัญหา

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายในสำนักงานและที่บ้านจะประกอบด้วย หลอดฟลูออเรสเซนต์,หลอดไส้,มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก,คอมพิวเตอร์,เทอร์มินอล อุปกรณ์คอมพิวเตอร์, เครื่องพิมพ์, ทีวี ฯลฯ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่ำที่สร้างขึ้นโดยใช้วงจรแบบดั้งเดิมจะใช้กระแสพีคที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ที่เร้าใจตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แม้ว่าระดับพลังงานของอุปกรณ์ดังกล่าวจะไม่เกิน 200 W แต่ผลสะสมอาจมีนัยสำคัญมาก ในทางกลับกัน หลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดไส้ และมอเตอร์ไฟฟ้าจะดึงกระแสไซน์ซอยด์ และการเบี่ยงเบนของตัวประกอบกำลังจากเอกภาพสามารถแก้ไขได้โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบแบ่ง หลอดฟลูออเรสเซนต์สมัยใหม่ทั้งหมดที่มีบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์มีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ ดังนั้นเนื้อหาของเราจึงจำกัดอยู่เพียงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งรวมถึงคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ปลายทางของคอมพิวเตอร์ เครื่องพิมพ์ โทรทัศน์ ฯลฯ

เพื่อบรรเทาปัญหา สหภาพยุโรปได้นำมาตรฐาน IEC 61000-3-2 มาใช้ตั้งแต่เดือนมกราคม พ.ศ. 2544 น่าเสียดายที่ผู้ผลิตแหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่ในปัจจุบันพบว่าวิธีที่ง่ายและคุ้มค่าที่สุดในการปฏิบัติตามข้อกำหนดคือการติดตั้งตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมขนาดเล็กในวงจรอินพุต ตัวเหนี่ยวนํานี้เปลี่ยนรูปร่างของกระแสอินพุต ส่งผลให้ขีดจำกัด Class D ที่เข้มงวดมากขึ้นของ IEC 61 000-3-2 ถูกแทนที่ด้วยขีดจำกัด Class A ที่เข้มงวดน้อยกว่า วิธีการบรรลุการปฏิบัติตามมาตรฐานนี้ไม่ได้คำนึงถึง แนวคิดดั้งเดิมของมาตรฐาน แน่นอนว่าโช้คจะลดปริมาณฮาร์โมนิกปัจจุบันที่เกิดจากอุปกรณ์อย่างเป็นทางการ แต่ไม่สามารถแก้ปัญหาโดยรวมได้ เราสามารถพูดได้ว่าคันเร่งทำให้สถานการณ์ดีขึ้นในแต่ละกรณี

อย่างไรก็ตาม ให้พิจารณาสถานการณ์ที่อุปกรณ์ดังกล่าวหลายพันเครื่องเชื่อมต่อกับเครือข่าย หากอุปกรณ์แต่ละชิ้นลดการบิดเบือน กระแสไฟฟ้ารวมก็จะถูกบิดเบือนน้อยลงเช่นกัน แน่นอนว่ายังมีการจำกัดจำนวนอุปกรณ์ที่สามารถเชื่อมต่อได้โดยไม่เกิดการบิดเบือนมากเกินไป แต่ขีดจำกัดนี้สูงกว่าอุปกรณ์ที่ไม่มีโช้ค กระแสฮาร์มอนิกที่ไหลเวียนระหว่างโหลดดังกล่าวและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านสายไฟจะมีนัยสำคัญ ดังนั้นโช้กที่ติดตั้งในแต่ละอุปกรณ์จึงช่วยแก้ปัญหาการปฏิบัติตามมาตรฐานสำหรับผู้ผลิตได้ แต่ในระดับโลกปัญหายังห่างไกลจากการแก้ไข

ในปัจจุบัน วิธีแก้ปัญหาเดียวสำหรับปัญหานี้คือการสร้างการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ในทุกอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนและลดความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เนื่องจากมีการเพิ่มส่วนประกอบวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ ในกรณีส่วนใหญ่ การใช้วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอกทีฟเพิ่มเติมในอุปกรณ์กำลังต่ำไม่สามารถทำได้ด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจ

วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไป

ก่อนที่จะพิจารณาวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไป เรามาลองทำความเข้าใจหลักการทำงานของวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่ำ วงจรภายในของอุปกรณ์ดังกล่าวไม่ได้จ่ายไฟโดยตรงจากแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟ ตัวแปลง DC-DC ในตัวจะแปลงแหล่งจ่ายไฟแรงดันสูงแบบเรียงกระแสให้เป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำ เช่น 5 V หรือ 12 V ซึ่งใช้ในการจ่ายไฟให้กับวงจรเซมิคอนดักเตอร์ภายในของอุปกรณ์

ในรูป รูปที่ 3a แสดงแผนภาพอย่างง่ายของวงจรอินพุตทั่วไปของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่ำ โหลดคือตัวแปลง แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งได้กล่าวไว้ข้างต้น แรงดันไฟหลักได้รับการแก้ไขเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่ไม่มีการควบคุมผ่านตัวเก็บประจุตัวกรอง (C0) กระแสฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นเมื่อชาร์จตัวเก็บประจุนี้จะถูกระงับโดยตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรม (L) สิ่งนี้ทำให้ได้การแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟ เมื่อมีความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าสายมาตรฐานภายใน 230 V ± 10% ตัวแปลงต้องได้รับการออกแบบสำหรับความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าภายใน 230 V ± 20% ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าคงที่บนตัวเก็บประจุตัวกรองจะแตกต่างจาก Vin (นาที) ถึง Vin (สูงสุด):

ดังนั้น ตัวแปลง DC-DC ลำดับต่อมาจะต้องมีช่วงการควบคุมที่ 260 ถึง 390 V นอกจากนี้ อุปกรณ์จะทำงานโดยใช้ขั้วใดๆ ของแหล่งจ่ายไฟ DC โดยมีเงื่อนไขว่าแรงดันเอาต์พุตจะอยู่ระหว่าง 260 ถึง 390 V เนื่องจาก การปรากฏตัวของวงจรเรียงกระแสสะพาน เมื่อทำงานที่กระแส DC โช้คการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟจะไม่ทำงาน แน่นอนว่าการทำงานกับกระแสตรงไม่ได้นำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสฮาร์มอนิกที่อินพุต ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำสามารถทำงานบนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ประมาณ 390 V ได้

ข้อเท็จจริงนี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์โดยแผนการแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปที่นำเสนอในบทความนี้ การใช้ไฟฟ้ากระแสตรงมีข้อดีอื่นๆ โครงการที่นำเสนอมีรายละเอียดดังนี้

วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปจะถือว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่ำทั้งหมดทำงานจากแหล่งจ่ายไฟหลักหรือบัส DC ในกรณีที่ไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับขั้วของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอินพุตของอุปกรณ์ดังกล่าว ในทางปฏิบัติ เป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่ออุปกรณ์จำนวนเท่าใดก็ได้ที่สามารถจ่ายไฟให้กับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้ ในรูป รูปที่ 5 แสดงแผนภาพอย่างง่ายซึ่งมีอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ 30 เครื่องเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์. การเชื่อมต่อแบบมีสายระหว่างแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและโหลดทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตก ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แรงดันไฟฟ้าของระบบ DC แรงดันไฟฟ้าต่ำควรอยู่ระหว่าง 260 ถึง 390 V.

ข้อจำกัดเพียงอย่างเดียวของวงจรนี้คือปัญหาในการเลือกสวิตช์อินพุตของอุปกรณ์แต่ละตัว นี่เป็นปัญหาด้านความปลอดภัย ต้องคำนึงว่าสวิตช์ดังกล่าวต้องได้รับการออกแบบให้ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า 390 V DC กระแสอินพุทจะลดลงอย่างมากเมื่อทำงานที่ 390 VDC จึงสามารถกำหนดพิกัดสวิตช์สำหรับกระแสไฟที่น้อยลงได้ ดังนั้นการเปลี่ยนมาใช้ DC จะไม่เปลี่ยนต้นทุนของเบรกเกอร์นี้มากนัก นอกจากนี้ อุปกรณ์ดังกล่าวมักจะเชื่อมต่อผ่าน UPS ซึ่งในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องเดินสายเพิ่มเติม

อัตราพลังงานของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงถูกกำหนดโดยอัตราพลังงานของแต่ละอุปกรณ์และจำนวนอุปกรณ์ที่ต้องได้รับพลังงานจากอุปกรณ์นั้น ในกรณีนี้จำเป็นต้องเลือกแหล่งพลังงานสำหรับแหล่งแรงดันไฟฟ้านี้ นี่อาจเป็นแบตเตอรี่หรือตัวแปลง AC/DC อื่นที่สร้างฮาร์โมนิค เว้นแต่จะมีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังอินพุตที่ใช้งานอยู่ ในรูป 6 แสดงแบบง่าย แผนภาพบล็อกอุปกรณ์ที่นำเสนอ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่ำใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงพร้อมวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังอินพุตที่ใช้งานอยู่ แรงดันไฟฟ้าอินพุต AC ได้รับการแก้ไข และวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่จะสร้างแรงดันไฟฟ้า 390 V DC แบบควบคุม

กำลังไฟพิกัดของวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่จะพิจารณาจากประเภทและจำนวนอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย เป็นที่น่าสังเกตว่าในปัจจุบันถือว่ามีประโยชน์ในการสร้างวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่มีกำลังประมาณ 6 กิโลวัตต์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำสามารถเชื่อมต่อกับแรงดันเอาต์พุต DC: คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ปลายทางคอมพิวเตอร์ เครื่องพิมพ์ โทรทัศน์ ฯลฯ จากข้อเท็จจริงที่ว่ากำลังโดยทั่วไปของคอมพิวเตอร์ที่มีจอภาพอยู่ที่ประมาณ 200 วัตต์ ระบบแก้ไขตัวประกอบกำลังขนาด 6 กิโลวัตต์สามารถจ่ายไฟให้กับระบบคอมพิวเตอร์ได้ประมาณ 30 ระบบ ดังนั้นเราจึงมีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่จ่ายกำลังให้กับระบบคอมพิวเตอร์ 30 เครื่องโดยมีกระแสฮาร์มอนิกเล็กน้อยและตัวประกอบกำลังแบบเอกภาพ

ผลการทดลอง

เพื่อให้เข้าใจวงจรข้างต้นได้ดีขึ้น จึงได้ทำการจำลองใน P-Spice ผลลัพธ์ถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่ได้จากต้นแบบ 600 W ของวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่เราเสนอ ระบบแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอ็คทีฟมีตัวประกอบกำลังแบบเอกภาพ ดังนั้นจึงมีโหลดแบบแอ็คทีฟ 600 W ในรูป รูปที่ 7a แสดงวงจรที่ใช้ในการจำลองการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ ในรูป 7b แสดงแผนภาพจำลองของการเชื่อมต่อแบบขนานสามอัน โหลดคอมพิวเตอร์ที่กำลังไฟ 200 วัตต์ โหลดเหล่านี้จำลองเป็นอุปกรณ์จ่ายไฟโหมดสวิตชิ่ง (SMPS) ที่มีกำลังคงที่ 200 W โดยมีการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟ ของพวกเขา วงจรภายในคล้ายกับแผนภาพในรูป 3ก.

ผลลัพธ์ของการสร้างแบบจำลองกระแสอินพุตและฮาร์โมนิกของคอมพิวเตอร์สามเครื่องที่มีกำลัง 200 W เมื่อเปรียบเทียบกับโหลดความต้านทานที่มีกำลัง 600 W และตัวประกอบกำลังแบบเอกภาพจะแสดงในรูปที่ 1 7c และ 7d ความแตกต่างอย่างมากในค่ากระแสพื้นฐานระหว่างวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟและแอคทีฟที่โหลดที่ 600 W นั้นสังเกตได้เนื่องจากวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟใช้กระแสที่ไม่ใช่ไซน์ซอยด์เป็นระยะ ๆ โดยมีเนื้อหาฮาร์มอนิกสูงและทำงานที่ตัวประกอบกำลังต่ำ

รูปออสซิลโลแกรม 8a แสดงผลการวัดที่ทำบนคอมพิวเตอร์สามเครื่องที่มีกำลังไฟ 200 W เชื่อมต่อแบบขนาน คอมพิวเตอร์ทั้งหมดเหล่านี้มีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟในตัว ช่องที่ 1 แสดงรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าอินพุต ช่องที่ 2 แสดงกระแสไฟที่ใช้โดยคอมพิวเตอร์ทั้งสามเครื่องนี้ด้วยกำลังคงที่ 200 W โดยไม่มีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไป ควรสังเกตว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับมีรูปร่างค่อนข้างแบนที่ด้านบนของคลื่นไซน์ ดังที่ได้กล่าวไปแล้วเหตุผลก็คือการมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำหลายตัวเชื่อมต่อกับเครือข่าย ค่า THD ของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้คือประมาณ 4% ในวงจรที่มีการแก้ไขตัวประกอบกำลังส่วนกลาง และในวงจรที่มีการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟ

รูปออสซิลโลแกรม 8b แสดงผลการวัดที่ทำกับต้นแบบ 600 W ของแผนการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ซึ่งเชื่อมต่อกับกริด ผลการวัดสอดคล้องกับผลการจำลอง ช่องที่ 1 แสดงรูปร่างของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ช่องที่ 2 แสดงรูปร่างของกระแสที่ใช้โดยวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปโดยมีโหลดคงที่สามตัวเชื่อมต่ออยู่ในรูปแบบ แหล่งชีพจรแหล่งจ่ายไฟที่มีกำลังไฟ 200 W.

ข้อดีของโครงการที่เสนอ

รูปแบบการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่นำเสนอมีข้อดีทั้งทางตรงและทางอ้อมหลายประการ ประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่กล่าวถึงด้านล่างทำให้โครงการนี้น่าสนใจสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม ข้อดีอื่นๆ ของระบบตามมาต่อจากนี้

ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

ให้เราประเมินผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สามารถรับได้โดยใช้โครงการที่เสนอ ในการดำเนินการนี้ เราจะกำหนดต้นทุนรวมโดยประมาณที่จำเป็นในการดำเนินการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ในระบบคอมพิวเตอร์ 30 เครื่องที่มีพิกัดกำลัง 200 W และเปรียบเทียบกับต้นทุนของแผนการแก้ไขตัวประกอบกำลังโดยรวม 6 kW

วงจรได้รับการออกแบบให้ทำงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าของสายเปลี่ยนแปลงภายใน 230 V ± 20% และคล้ายกับวงจรในรูปที่ 1 4. รูปภาพไม่แสดงโหมดทั่วไปและตัวกรองโหมดดิฟเฟอเรนเชียลที่จำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของ EMC ค่ากรอง การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง 200 W มีราคาประมาณ 1.5 เหรียญสหรัฐ และสำหรับวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง 6 kW มีราคาประมาณ 10 เหรียญสหรัฐ

เมื่อสร้างการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟในระบบคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง เราจะไม่พิจารณาต้นทุนของตัวเรียงกระแสบริดจ์อินพุต (BR1) และตัวเก็บประจุตัวกรอง (C o) เนื่องจากคอมพิวเตอร์ที่มีการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเหล่านี้ด้วย สำหรับวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง 6kW ต้องคำนึงถึงต้นทุนของบริดจ์อินพุต (BR1) และตัวเก็บประจุเอาต์พุต (C0) ด้วย เนื่องจากสะพานจะต้องจ่ายไฟได้ 6 กิโลวัตต์ที่ แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำเครือข่าย Vin(นาที) = 184 V, พิกัดกระแส I br ถูกกำหนดโดยนิพจน์ด้านล่าง แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของวงจรเรียงกระแสบริดจ์ต้องมีอย่างน้อย 400 V

ดังนั้นบริดจ์เรกติไฟเออร์ที่เลือกคือ 35 A/1200 V ชนิด GBPC3512W ระหว่างประเทศวงจรเรียงกระแสค่อนข้างเหมาะสำหรับจุดประสงค์นี้ ตัวเก็บประจุตัวกรองเอาต์พุตเป็นการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุ 3300 µF/400 V สองตัว ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดความจุของตัวเก็บประจุตัวกรอง (1 µF/W) เนื่องจากเป็นวงจรควบคุม จึงสันนิษฐานว่าจะใช้ชิปแก้ไขตัวประกอบกำลังสำหรับงานอุตสาหกรรม UC3854AN จาก Texas Instruments

ค่ากระแสสูงสุด (I p) ผ่านบูสต์โช้ค (L) หรือทรานซิสเตอร์ MOSFET (Q) ขึ้นอยู่กับค่าต่ำสุด มูลค่าที่มีประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้าอินพุต Vin(นาที) กำลังเอาต์พุตสูงสุด (พิน) และกระแสริปเปิล (ΔI) ของตัวเหนี่ยวนำ เมื่อรับค่าระลอกคลื่นเป็น 20% เราสามารถกำหนดค่าปัจจุบันสูงสุด (I p) ดังที่แสดงด้านล่าง การเลือกค่าระลอกคลื่นที่น้อยลงจะทำให้ขนาดของตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น และด้วยค่าการเต้นเป็นจังหวะที่มากขึ้น การลดขนาดตัวเหนี่ยวนำจะถูกชดเชยด้วยการเพิ่มขึ้นของการสูญเสียความถี่สูงในนั้น การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นเหล่านี้จำเป็นต้องเพิ่มขนาดของตัวเหนี่ยวนำเพื่อระบายความร้อนและเพื่อให้สามารถใช้ลวดพันเกลียวได้ กระแสกระเพื่อมที่เพิ่มขึ้นยังนำไปสู่การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นใน MOSFET เนื่องจากกระแสที่เพิ่มขึ้นผ่านมันและผ่านตัวเหนี่ยวนำ:

ที่ Vin(นาที) = 184 V ค่า I p สำหรับวงจร 200 W และ 6 kW คือ 1.8 A และ 54.6 A ตามลำดับ

เมื่อตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตเป็น 390 V กระแสไฟพิกัดที่ต้องพิกัด Q คือ 1.8 A และ 54.6 A ตามลำดับ โดยมีแรงดันไฟฟ้าพิกัดอย่างน้อย 400 V สำหรับวงจร 200 W ให้ใช้ทรานซิสเตอร์ IRFP450 MOSFET หนึ่งตัว จะเพียงพอและสำหรับตัวแปลงขนาด 6 kW จำเป็นต้องใช้ทรานซิสเตอร์ MOSFET ที่เชื่อมต่อแบบขนานสี่ตัวในประเภท SPW47N60C3 รอบการทำงาน (Dm) มีค่าสูงสุดที่แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ ซึ่งเป็นค่าที่ใช้กำหนดตัวเหนี่ยวนำ:

การเอาไป ความถี่ในการทำงานบูสต์คอนเวอร์เตอร์เท่ากับ 100 kHz ตามคำแนะนำในการใช้ชิปแก้ไขตัวประกอบกำลังของ Texas Instruments UC3854AN:

ที่ Vin(นาที) = 184 V ค่า L สำหรับวงจร 200 W และ 6 kW คือ 2.8 mH และ 93 μH ตามลำดับ

ตัวเหนี่ยวนำที่เลือกจะต้องมีตัวเหนี่ยวนำเท่ากับการออกแบบและสามารถส่งกระแสไฟฟ้าคงที่ 1.8 A และ 54.6 A ตามลำดับ โดยไม่มีความอิ่มตัว บรรลุ 2.8 mH ที่ต้องการได้โดยใช้แกนเฟอร์ไรต์ประเภท EPCOS ETD44-N27 ที่มีช่องว่างอากาศที่ต้องการ สามารถบรรลุความเหนี่ยวนำที่ 93 µH ได้โดยใช้แกน EPCOS ประเภท EE70/33/32-N27 5 แกนที่ซ้อนกันพร้อมกับช่องว่างอากาศที่ต้องการ เป็นที่น่าสังเกตว่าสำหรับวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟที่มีพิกัดกำลัง 200 W ความเหนี่ยวนำที่ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของ IEC 61 000-3-2 Class A ควรอยู่ที่ประมาณ 80 mH

ควรใช้ไดโอดกู้คืนที่เร็วเป็นพิเศษเป็นไดโอด (D) ของบูสต์คอนเวอร์เตอร์ เพื่อให้การสูญเสียใน MOSFET และไดโอดเนื่องจากการกู้คืนแบบย้อนกลับไม่ลดประสิทธิภาพ วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของไดโอดต้องมีอย่างน้อย 400 V และ ID กระแสไฟที่กำหนดถูกกำหนดโดยสูตร:

ที่ V o = 390 V ค่า I D สำหรับวงจร 200 W คือ 0.75 A และสำหรับวงจร 6 kW - 22.6 A สำหรับวงจร 200 W คุณสามารถเลือกไดโอด เช่น MUR860 จาก ON Semiconductors สำหรับ 6 kW ตัวแปลง คุณต้องมีไดโอด 30EPH06 จาก International Rectifier

ตารางที่ 1 ต้นทุนส่วนประกอบสำหรับ PFC 200 W และ 6 kW

การกำหนด	พีเอฟซี 200 วัตต์		เคเคเอ็ม 6 กิโลวัตต์
การกำหนด	ส่วนประกอบ	ราคาเป็นดอลลาร์	ส่วนประกอบ	ราคาเป็นดอลลาร์
BR1	-	-	GBPC3512W	2,30
ซีเอ็น	1 µF/250 V เลน ปัจจุบัน	0,36	4.7 µF/250 V เลน ปัจจุบัน	0,76
ล	2.8 มิลลิแอมป์	3,60	93 µH	28,60
ถาม	IRFP450	1,59	4 x SPW4760C3	12,52
ดี	มูร์860	1,34	30EPH06	1,54
ซีโอ	-	-	3300 µF/400 V	22,60
ยู1	วงจรควบคุม	6,86	วงจรควบคุม	6,86
-	ตัวกรอง EMF	1,5	ตัวกรอง EMF	10,00
ราคา PFC 200 W		15,25	ต้นทุน KKM 6 kW	85,18

Cn ได้รับการออกแบบมาเพื่อกรองระลอกคลื่นสลับความถี่สูงของบูสต์คอนเวอร์เตอร์ ค่าปกติของมันคือ 1 µF/250 VAC กระแสไฟและ 4.7 µF/250 V AC กระแสไฟตามลำดับสำหรับคอนเวอร์เตอร์ 200 W และ 6 kW

ต้นทุนรวมของส่วนประกอบกำลังที่เลือกข้างต้นจำเป็นต้องติดตั้งวงจร PFC ขนาด 200 W และ 6 kW แสดงไว้ในตารางที่ 1 เป็นราคาสำหรับชุดละ 1,000 ชิ้น ข้อมูลจะขึ้นอยู่กับการศึกษาราคา รายชื่อผู้จัดจำหน่ายทั่วโลกต่างๆ

ในการใช้งานระบบคอมพิวเตอร์ 30 เครื่องที่มีการแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ จะต้องมีต้นทุนอย่างน้อย 457.5 ดอลลาร์ (30 x 15.25 ดอลลาร์) ค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บ การประกอบ ฯลฯ มีแนวโน้มที่จะเกินจำนวนนี้มาก สิ่งนี้ใช้ได้กับทั้งการซื้ออุปกรณ์สำเร็จรูปพร้อมการแก้ไขตัวประกอบกำลังและการดัดแปลงอุปกรณ์ที่มีอยู่ ในทางกลับกัน ค่าใช้จ่ายของระบบแก้ไขตัวประกอบกำลังที่สามารถจ่ายไฟให้กับคอมพิวเตอร์ที่มีอยู่ได้ 30 เครื่องจะอยู่ที่เพียง 85.18 ดอลลาร์เท่านั้น ดังนั้นโครงร่างที่เสนออาจมีราคาถูกกว่าการใช้การแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ในคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องมาก

เครื่องสำรองไฟในตัว (UPS)

วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปที่นำเสนอยังมีเครื่องสำรองไฟในตัวซึ่งมีต้นทุนต่ำ ต้นทุนของแบตเตอรี่ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณา เนื่องจาก UPS ใด ๆ มีแบตเตอรี่ ความจุของแบตเตอรี่จะถูกกำหนดโดยปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ที่ต้องการ ในรูป รูปที่ 9 แสดงบล็อกไดอะแกรมแบบง่ายของแหล่งจ่ายไฟสำรองในตัว

วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟขนาด 6 kW สร้างกระแสไฟ 390 VDC ที่จำเป็นในการจ่ายไฟให้กับระบบคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่ ดังที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้ ระบบคอมพิวเตอร์เหล่านี้ทำงานตามปกติที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 260 V ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของระบบแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ผ่านไดโอดแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม 26 แบตเตอรี่กรดตะกั่วแปลงระบบแก้ไขตัวประกอบกำลัง 6 kW ให้เป็น UPS แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วบวกของไดโอดจะเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่คายประจุ (273 V) เป็นแรงดันไฟฟ้า ความเร็วรอบเดินเบา(360 โวลต์) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้านี้น้อยกว่าแรงดันเอาต์พุตของระบบแก้ไขตัวประกอบกำลัง ไดโอดจึงมีอคติเสมอ ทิศทางย้อนกลับ- หากแรงดันไฟฟ้าอินพุต AC ถูกตัดการเชื่อมต่อหรือเกินขีดจำกัดที่ระบุ ไดโอดจะเปิดโดยอัตโนมัติ และระบบคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อจะยังคงทำงานโดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ดังนั้นอุปกรณ์นี้จึงเป็นเครื่องจ่ายไฟสำรองโดยไม่มีเวลาในการสลับเป็นศูนย์ แบตเตอรี่จะถูกชาร์จจากที่แยกต่างหาก ที่ชาร์จเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของระบบแก้ไขตัวประกอบกำลัง เครื่องชาร์จจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุตอย่างอิสระ และปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตหายไปหรือค่าเกินขีดจำกัดที่ระบุ ดังนั้นหากเราไม่คำนึงถึงต้นทุนของแบตเตอรี่เราก็มี ระบบจริงเครื่องสำรองไฟด้วยต้นทุนที่ต่ำ

เพิ่มความน่าเชื่อถือของทั้งระบบ

วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่นำเสนอจะช่วยลดจำนวนส่วนประกอบทั้งหมดที่ใช้ในทั้งระบบ การสร้างการแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟในระบบคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องจะต้องมีส่วนประกอบมากกว่าวงจร 6 kW เดียวอย่างน้อย 30 เท่า ด้วยการลดจำนวนส่วนประกอบดังกล่าว ความน่าเชื่อถือของระบบและเวลาเฉลี่ยในการซ่อมแซมจะดีขึ้นอย่างมากตามธรรมชาติ นอกจาก, แบตเตอรี่จัดเตรียมให้ พลังงานสำรองสำหรับโหลดที่สำคัญ สามารถใช้ในระหว่างการซ่อมแซมได้ นอกจากนี้ เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ สามารถเชื่อมต่อวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังเพิ่มเติมแบบขนานกับวงจรที่มีอยู่ผ่านทาง ป้อนข้อมูลอัตโนมัติจอง. วงจรเพิ่มเติมนี้มีราคาถูกกว่าวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแยกกันสำหรับการโหลดแต่ละครั้ง

งานสากลในเครือข่ายต่างๆ

วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั้งหมดสามารถทำงานได้ในช่วงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับทั่วไปทั่วโลกตั้งแต่ 90 ถึง 264 V อย่างไรก็ตาม ในการทำงานที่ 90 V ส่วนประกอบของวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานจะต้องมีขนาดตามนั้น สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม หากวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่ 90 V คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อทั้งหมดซึ่งได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่ 230 V จะทำงานโดยอัตโนมัติตลอดช่วงแรงดันไฟฟ้าของสายไฟ AC ทั่วไปทั่วโลกตั้งแต่ 90 ถึง 264 V

เราดูแผนการแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไป เราวิเคราะห์ข้อบกพร่องของวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบพาสซีฟซึ่งใช้เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดบังคับของมาตรฐาน IEC 61 000-3-2 มีการตรวจสอบต้นทุนและข้อดีอื่นๆ ของโครงการแก้ไขตัวประกอบกำลังทั่วไปเมื่อเปรียบเทียบกับโครงการแบบแอคทีฟและพาสซีฟส่วนบุคคลที่มีอยู่ นอกจากนี้เรายังดึงความสนใจไปที่ข้อดีอื่น ๆ ของโครงการแก้ไขตัวประกอบกำลังส่วนกลางทั่วไปซึ่งเกี่ยวข้องกับความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น การมีแหล่งจ่ายไฟสำรองในตัว และความสามารถในการทำงานในเครือข่ายที่แพร่หลายทั่วโลกไม่ว่าจะโหลดใด ๆ

ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าอุปกรณ์ 390 V DC ที่มีไว้สำหรับใช้ในบ้านและในสำนักงานมีข้อดีหลายประการซึ่งมีมากกว่าปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการใช้ระบบ DC

สวัสดีอีกครั้ง!..
ขออภัยที่บทความของฉันล่าช้าเนื่องจาก... มีโครงการงานเร่งด่วนเกิดขึ้นและ ปัญหาที่น่าสนใจเมื่อใช้ตัวแก้ไขตัวประกอบกำลัง ( KKM ต่อไป- และสาเหตุเหล่านี้เกิดจากสิ่งต่อไปนี้ - ในการผลิตของเราเพื่อควบคุมเครื่องบันทึกเงินสดเราใช้วงจรไมโคร "สั่งทำพิเศษ" ซึ่งผลิตโดยออสเตรียเพื่อจุดประสงค์ของเราซึ่งเป็นมิตรโดยเฉพาะในปี 1941 และดังนั้นจึงไม่พบ ลดราคา ดังนั้นงานจึงเกิดขึ้นเพื่อแปลงโมดูลนี้เป็นฐานพื้นฐานที่สามารถเข้าถึงได้และตัวเลือกของฉันตกอยู่ที่ชิปควบคุม PWM - L6561.
ทำไมต้องเธอ? ความพร้อมซ้ำ ๆ หรือค่อนข้างฉันพบมันใน “ชิปแอนด์ดิป”ฉันอ่านแผ่นข้อมูลแล้วชอบมัน สั่งครั้งละ 50 ชิ้น เพราะ... ถูกกว่าและในโครงการสมัครเล่นของฉัน ฉันมีงานหลายอย่างอยู่แล้ว

ตอนนี้เกี่ยวกับสิ่งสำคัญ: ในบทความนี้ ฉันจะบอกคุณว่าฉันจำการออกแบบตัวแปลงปลายเดี่ยวได้อย่างไรตั้งแต่เริ่มต้น ( ดูเหมือนว่าพวกเขาจะมีอะไรเกี่ยวข้องกับมัน) ทำไมฉันถึงฆ่ากุญแจหลายสิบดอก และคุณจะหลีกเลี่ยงมันได้อย่างไร ส่วนนี้จะบอกทฤษฎีให้คุณทราบและจะเกิดอะไรขึ้นหากคุณละเลย การนำไปปฏิบัติจริงจะออกมาในส่วนถัดไปตามที่ผมสัญญาไว้ด้วย ที่ชาร์จ, เพราะ โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นโมดูลเดียวและจำเป็นต้องทดสอบร่วมกัน
มองไปข้างหน้าฉันจะบอกว่าในส่วนต่อไปฉันได้เตรียมรูปภาพและวิดีโอสองสามโหลที่ความทรงจำของฉันจะอยู่ได้ไม่นาน "อบรมใหม่"ครั้งแรกใน เครื่องเชื่อมแล้วจึงเข้าแหล่งจ่ายไฟสำหรับ "แพะ"- คนทำงานฝ่ายผลิตจะเข้าใจว่านี่คือสัตว์ชนิดไหนและกินขนาดไหนเพื่อให้เราอบอุ่น)))

และตอนนี้ถึงแกะของเรา ...

ทำไมเราถึงต้องการเครื่องบันทึกเงินสดนี้?

หลัก ปัญหา วงจรเรียงกระแส "คลาสสิก" พร้อมตัวเก็บประจุแบบเก็บข้อมูล (นี่คือสิ่งที่เปลี่ยน 220V AC เป็น +308V DC) ซึ่งทำงานจากกระแสไซน์ซอยด์คือตัวเก็บประจุตัวเดียวกันนี้ประจุ (ใช้พลังงานจากเครือข่าย) เฉพาะช่วงเวลาที่แรงดันไฟฟ้าเป็น ประยุกต์กับเขามากกว่าตัวเขาเอง

อย่าอ่านในภาษามนุษย์ สำหรับคนใจไม่สู้และมีวุฒิการศึกษาทางวิทยาศาสตร์

ดังที่เราทราบ กระแสไฟฟ้าไม่ยอมไหลโดยสิ้นเชิงหากไม่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า ทิศทางการไหลของกระแสจะขึ้นอยู่กับสัญญาณของความแตกต่างนี้ด้วย!หากคุณตกใจและตัดสินใจลองชาร์จโทรศัพท์มือถือด้วยแรงดันไฟฟ้า 2V โดยที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนออกแบบมาสำหรับ 3.7V ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นสำหรับคุณ เพราะ กระแสจะได้รับจากแหล่งกำเนิดที่มีศักยภาพสูงกว่า และแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพต่ำกว่าจะได้รับพลังงาน
ทุกอย่างเหมือนในชีวิต!คุณหนัก 60 กก. และผู้ชายบนถนนที่เข้ามาขอให้คุณโทร 120 กก. - ชัดเจนว่าเขาจะแจกหีให้และคุณจะได้รับ ในกรณีนี้เช่นกัน แบตเตอรี่ที่มี 60 กก. 2V จะไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ที่มี 120 กก. 3.7V ได้ เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุ ถ้ามี +310V และคุณใส่ +200V ตัวเก็บประจุจะปฏิเสธการรับกระแสไฟและจะไม่ชาร์จ

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าตาม "กฎ" ที่อธิบายไว้ข้างต้น เวลาที่จัดสรรให้กับตัวเก็บประจุสำหรับการชาร์จจะสั้นมาก ในกรณีของเรา การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันตามกฎหมายไซน์ซอยด์ซึ่งหมายถึง แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการจะอยู่ที่จุดสูงสุดของไซนัสอยด์เท่านั้น!แต่ตัวเก็บประจุจำเป็นต้องทำงาน จึงเกิดความกังวลและพยายามชาร์จ เขารู้กฎของฟิสิกส์ ไม่เหมือนกฎบางข้อ และ "เข้าใจ" ว่าเวลานั้นสั้น ดังนั้นจึงเริ่มใช้กระแสไฟมหาศาลในช่วงเวลาเหล่านี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่จุดสูงสุด ท้ายที่สุดแล้ว ก็ควรจะเพียงพอที่จะใช้งานอุปกรณ์ได้จนกว่าจะถึงจุดสูงสุดครั้งถัดไป

เล็กน้อยเกี่ยวกับ "จุดสูงสุด" เหล่านี้:

รูปที่ 1 - พีคที่ประจุตัวเก็บประจุ

ดังที่เราเห็น ส่วนของช่วงเวลาที่ EMF ใช้ค่าที่เพียงพอสำหรับการชาร์จ (โดยเปรียบเทียบคือ 280-310V) คือประมาณ 10% ของระยะเวลาทั้งหมดในเครือข่าย AC ปรากฎว่าแทนที่จะค่อยๆ ดึงพลังงานจากเครือข่ายอย่างต่อเนื่อง เราดึงมันออกมาเฉพาะตอนเล็กๆ เท่านั้น ดังนั้นจึง "โอเวอร์โหลด" เครือข่าย ด้วยกำลัง 1 kW และโหลดแบบเหนี่ยวนำกระแส ณ เวลาที่ "จุดสูงสุด" ดังกล่าวสามารถเข้าถึงค่าของ 60-80A.

ดังนั้นงานของเราจึงลงมาเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสกัดพลังงานที่สม่ำเสมอจากเครือข่ายเพื่อไม่ให้เครือข่ายทำงานหนักเกินไป! เป็นเครื่องบันทึกเงินสดที่จะช่วยให้เราดำเนินงานนี้ในทางปฏิบัติได้

KKM ของคุณคือใคร?

ตัวแก้ไขกำลัง- นี่คือตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพปกติ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นแบบปลายเดียว เพราะ เราใช้การมอดูเลต PWM จากนั้นในขณะที่สวิตช์เปิดอยู่แรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุจะคงที่ หากเรารักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่ กระแสไฟฟ้าที่นำมาจากเครือข่ายจะเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า นั่นคือมันจะเปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่นตามกฎไซน์ซอยด์โดยไม่มีจุดสูงสุดและกระโดดของการบริโภคที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

วงจรของ PFC ของเรา

ที่นี่ฉันตัดสินใจที่จะไม่เปลี่ยนหลักการของฉันและยังอาศัยเอกสารข้อมูลของตัวควบคุมที่ฉันเลือกด้วย - L6561- วิศวกรของบริษัท เอสทีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้ทำทุกอย่างให้ฉันแล้ว และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาได้พัฒนาการออกแบบวงจรในอุดมคติสำหรับผลิตภัณฑ์ของตนแล้ว
ใช่ ฉันสามารถคำนวณทุกอย่างเองตั้งแต่เริ่มต้นและใช้เวลาหนึ่งหรือสองวันในเรื่องนี้ นั่นคือวันหยุดสุดสัปดาห์ที่หายากของฉันทั้งหมด แต่คำถามคือทำไม พิสูจน์ตัวเองว่าฉันทำได้ โชคดีที่ขั้นตอนนี้ผ่านมานานแล้ว)) ที่นี่ฉันจำเรื่องตลกมีหนวดเคราเกี่ยวกับพื้นที่ของลูกบอลสีแดง พวกเขาบอกว่านักคณิตศาสตร์ใช้สูตร และวิศวกรก็หยิบโต๊ะที่มีพื้นที่ของลูกบอลสีแดงออกมา....ในกรณีนี้ก็เป็นเช่นนั้น

ฉันแนะนำให้คุณใส่ใจทันทีว่าวงจรในแผ่นข้อมูลได้รับการออกแบบสำหรับ 120 W ซึ่งหมายความว่าเราควร ปรับให้เข้ากับ 3 kW ของเรา และความเครียดจากการทำงานที่รุนแรง

ตอนนี้เอกสารบางอย่างสำหรับสิ่งที่อธิบายไว้ข้างต้น:
เอกสารข้อมูลสำหรับ L6561

ถ้าเราดูที่หน้า 6 เราจะเห็นไดอะแกรมหลาย ๆ อัน เราสนใจไดอะแกรมพร้อมลายเซ็นต์ Mains ช่วงกว้างซึ่งแปลว่าในภาษาบาซูร์มาเนียน “สำหรับการทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลาย” - "โหมด" นี้ที่ฉันมีอยู่ในใจเมื่อพูดถึงแรงดันไฟฟ้าที่รุนแรง อุปกรณ์นี้ถือเป็นสากลนั่นคือสามารถทำงานได้จากที่ใดก็ได้ เครือข่ายมาตรฐาน(เช่น ในสถานะ 110V) โดยมีช่วงแรงดันไฟฟ้า 85 - 265V

การตัดสินใจครั้งนี้ช่วยให้เราสามารถจัดหาฟังก์ชั่นของตัวปรับแรงดันไฟฟ้าให้กับ UPS ได้! สำหรับหลาย ๆ คน ช่วงนี้ดูเหมือนจะมากเกินไป และจากนั้นพวกเขาสามารถทำให้โมดูลนี้คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ 220V + - 15% นี่ถือเป็นบรรทัดฐานและ 90% ของอุปกรณ์ในหมวดราคาสูงถึง 40,000 รูเบิลไม่มีเครื่องบันทึกเงินสดโดยสิ้นเชิงและ 10% ใช้เฉพาะกับการคำนวณส่วนเบี่ยงเบนไม่เกิน 15% สิ่งนี้ทำให้เราลดต้นทุนและขนาดลงได้บ้างอย่างไม่ต้องสงสัย แต่หากคุณยังไม่ลืมเรากำลังสร้างอุปกรณ์ที่ต้องแข่งขันกับ อาส!

ดังนั้นสำหรับตัวฉันเองฉันจึงตัดสินใจเลือกตัวเลือกที่ถูกต้องที่สุดและสร้างถังที่ทำลายไม่ได้ซึ่งสามารถดึงได้แม้ในบ้านในชนบทที่มีเครือข่าย 100V เครื่องเชื่อมหรือปั๊มในบ่อน้ำ:

รูปที่ 2 - การออกแบบวงจรมาตรฐานที่นำเสนอโดย ST

การปรับวงจรมาตรฐานให้เข้ากับงานของเรา

ก) เมื่อฉันดู แผนภาพนี้จาก DS สิ่งแรกที่เข้ามาในใจคือ คุณต้องเพิ่มตัวกรองโหมดทั่วไป!และนี่ถูกต้องเพราะว่า เมื่อใช้กำลังสูงพวกเขาจะเริ่ม "ขับเคลื่อน" อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างบ้าคลั่ง สำหรับกระแส 15 A ขึ้นไป จะมีลักษณะที่ซับซ้อนมากกว่าที่หลายๆ คนคุ้นเคยในแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวกัน โดยมีกำลังไฟเพียง 500-600 W. ดังนั้นการแก้ไขนี้จะเป็นรายการแยกต่างหาก

B) เราเห็นตัวเก็บประจุ C1 คุณสามารถใช้สูตรที่ซับซ้อนและคำนวณความจุที่ต้องการได้และฉันแนะนำให้ผู้ที่ต้องการเจาะลึกสิ่งนี้เพื่อทำสิ่งนี้ในคราวเดียวโดยนึกถึงวิศวกรรมไฟฟ้าปีที่ 2 จากโพลีเทคนิคใด ๆ แต่ฉันจะไม่ทำอย่างนั้น เพราะว่า... จากการสังเกตของฉันเองจากการคำนวณแบบเก่า ฉันจำได้ว่าความจุสูงถึง 10 kW จะเพิ่มขึ้นเกือบเป็นเส้นตรงเมื่อเทียบกับกำลังที่เพิ่มขึ้น นั่นคือ เมื่อคำนึงถึง 1 µF ต่อ 100 W เราพบว่าสำหรับ 3000 W เราต้องใช้ 30 µF ภาชนะนี้เติมได้ง่ายจาก 7 ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มขนาด 4.7 µF และ 400V แต่ละตัว แม้จะเพียงเล็กน้อยก็ตาม ความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เป็นอย่างมาก

C) เราจะต้องมีทรานซิสเตอร์กำลังที่ร้ายแรงเพราะว่า กระแสที่ใช้จากเครือข่ายจะถูกคำนวณดังนี้:

รูปที่ 3 - การคำนวณกระแสไฟที่กำหนดสำหรับ PFC

เราเข้าใจแล้ว 41.83ก- ตอนนี้เรายอมรับโดยสุจริตว่าเราจะไม่สามารถรักษาอุณหภูมิของคริสตัลทรานซิสเตอร์ให้อยู่ในช่วง 20-25 o C ได้ หรือค่อนข้างเราสามารถจัดการได้ แต่จะมีราคาแพงสำหรับพลังงานดังกล่าว หลังจาก 750 kW ค่าใช้จ่ายในการทำความเย็นด้วยฟรีออนหรือออกซิเจนเหลวจะลดลง แต่จนถึงขณะนี้ยังห่างไกลจากกรณีนี้))) ดังนั้นเราจึงต้องหาทรานซิสเตอร์ที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 45-50A ที่อุณหภูมิ 55-60 o C

เมื่อพิจารณาว่ามีการเหนี่ยวนำในวงจร ฉันต้องการ ไอจีบีทีทรานซิสเตอร์เพราะมันมีความคงทนที่สุด ต้องเลือกกระแสสูงสุดในการค้นหาก่อนประมาณ 100A เพราะ นี่คือกระแสที่ 25 o C เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น กระแสสวิตชิ่งสูงสุดของทรานซิสเตอร์จะลดลง

เล็กน้อยเกี่ยวกับ Cree FET

แท้จริงแล้วเมื่อวันที่ 9 มกราคม ฉันได้รับพัสดุจากอเมริกาจากเพื่อนของฉันพร้อมทรานซิสเตอร์หลายตัวสำหรับการทดสอบ ปาฏิหาริย์นี้เรียกว่า - ครี เฟต- ฉันจะไม่บอกว่านี่เป็นเทคโนโลยีขนาดใหญ่ใหม่อันที่จริงทรานซิสเตอร์ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์นั้นถูกสร้างขึ้นในยุค 80 พวกเขาแค่นึกขึ้นมาว่าทำไมตอนนี้เท่านั้น ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุเบื้องต้นและนักแต่งเพลงโดยทั่วไป ฉันมีความรอบคอบเกี่ยวกับอุตสาหกรรมนี้ ดังนั้นฉันจึงสนใจมาก ผลิตภัณฑ์นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ 1200V ระบุไว้ที่สิบร้อยแอมแปร์ ฉันไม่สามารถซื้อได้ในรัสเซีย ดังนั้นฉันจึงหันไปหาเพื่อนร่วมชั้นเก่าของฉัน และเขาก็กรุณาส่งตัวอย่างและกระดานทดสอบจำนวนหนึ่งมาให้ฉัน
ฉันสามารถพูดได้สิ่งหนึ่ง - มันเป็นดอกไม้ไฟที่แพงที่สุดของฉัน!
กุญแจ 8 ดอกพังมากจนฉันรู้สึกหงุดหงิดมาเป็นเวลานาน... อันที่จริง 1200V เป็นตัวเลขทางทฤษฎีสำหรับเทคโนโลยี 65A ที่ประกาศไว้กลายเป็นเพียงกระแสพัลส์แม้ว่าเอกสารจะระบุอย่างชัดเจนว่าเป็นค่าเล็กน้อยก็ตาม เห็นได้ชัดว่าเขาเป็น "ชื่อ" กระแสแรงกระตุ้น“หรืออะไรก็ตามที่ชาวจีนคิดขึ้นมา โดยทั่วไปแล้วมันยังเป็นเรื่องไร้สาระ แต่มีอย่างหนึ่ง แต่!
เมื่อในที่สุดฉันก็ทำสำเร็จ CMF10120Dตัวแก้ไข 300 W ปรากฎว่าในหม้อน้ำและวงจรเดียวกันนั้นมีอุณหภูมิ 32 o C เทียบกับ 43 สำหรับ IGBT และนี่สำคัญมาก!
บทสรุปเกี่ยวกับ CREE: เทคโนโลยีนี้หยาบ แต่มีแนวโน้มและควรจะเป็นอย่างแน่นอน

เป็นผลให้หลังจากดูแคตตาล็อกจากนิทรรศการที่ฉันเยี่ยมชม (สิ่งที่สะดวกคือการค้นหาแบบพาราเมตริก) ฉันเลือกสองปุ่ม - IRG7PH50และ IRGPS60B120- ทั้งสองมีแรงดันไฟฟ้า 1200V ทั้งคู่มีแรงดันไฟฟ้า 100+A แต่เมื่อเปิดแผ่นข้อมูล คีย์แรกจะถูกตัดออกทันที - สามารถสลับกระแส 100A ที่ความถี่ 1 kHz เท่านั้น ซึ่งถือเป็นหายนะสำหรับงานของเรา สวิตช์ตัวที่สองคือ 120A และความถี่คือ 40 kHz ซึ่งค่อนข้างเหมาะสม ดูเอกสารข้อมูลในลิงค์ด้านล่างและมองหากราฟที่แสดงการพึ่งพากระแสกับอุณหภูมิ:

รูปที่ 4.1 - กราฟที่มีการพึ่งพา กระแสสูงสุดจากความถี่สวิตชิ่งของ IRG7PH50 เราจะปล่อยไว้ที่สวิตช์ความถี่

รูปที่ 4.2 - กราฟที่มีกระแสไฟฟ้าทำงานที่อุณหภูมิที่กำหนดสำหรับ IRGPS60B120

ต่อไปนี้เราเห็นตัวเลขอันล้ำค่าที่แสดงให้เราเห็นว่าที่อุณหภูมิ 125 o C ทั้งทรานซิสเตอร์และไดโอดสามารถรองรับกระแสที่มากกว่า 60A ได้อย่างง่ายดาย ในขณะที่เราสามารถดำเนินการแปลงที่ความถี่ 25 kHz โดยไม่มีปัญหาหรือข้อจำกัดใดๆ

D) ไดโอด D1 เราต้องเลือกไดโอดที่มีแรงดันไฟฟ้าใช้งานอย่างน้อย 600V และกระแสไฟที่กำหนดสำหรับโหลดของเรานั่นคือ 45เอฉันตัดสินใจใช้ไดโอดที่มีอยู่ (ฉันเพิ่งซื้อมาเพื่อพัฒนาเครื่องเชื่อมสำหรับ "สะพานเฉียง"): VS-60EPF12- ดังที่เห็นได้จากเครื่องหมายคือ 60A และ 1200V ผมเก็บทุกอย่างไว้สำรอง เพราะ... ต้นแบบนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อตัวฉันเองและคนที่ฉันรัก และมันทำให้ฉันรู้สึกดีขึ้น
จริงๆ แล้วคุณสามารถรับไดโอด 50-60A และ 600V ได้ แต่ไม่มีราคาระหว่างรุ่น 600V ถึง 1200V

D) ตัวเก็บประจุ C5 ทุกอย่างเหมือนกับในกรณีของ C1 - เพียงเพิ่มค่าจากแผ่นข้อมูลตามสัดส่วนกำลัง เพียงจำไว้ว่าหากคุณกำลังวางแผนโหลดอุปนัยที่ทรงพลังหรือโหลดไดนามิกที่มีกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (เช่น แอมพลิฟายเออร์คอนเสิร์ต 2 kW) จะเป็นการดีกว่าที่จะไม่ละเลยประเด็นนี้
ฉันจะใส่มันไว้ในตัวเลือกของฉัน อิเล็กโทรไลต์ 10 ตัวที่ 330 uF และ 450Vหากคุณวางแผนที่จะจ่ายไฟให้กับคอมพิวเตอร์ เราเตอร์ และของเล็กๆ น้อยๆ สองสามเครื่อง คุณสามารถจำกัดอิเล็กโทรไลต์ของตัวเองไว้ที่ 4 อิเล็กโทรไลต์ 330 uF และ 450V อย่างละ 4 ตัว

E) R6 - มันเป็นกระแสแบ่งซึ่งจะช่วยเราจากมือที่คดเคี้ยวและข้อผิดพลาดโดยไม่ตั้งใจ นอกจากนี้ยังป้องกันวงจรจาก ไฟฟ้าลัดวงจรและภาระส่วนเกิน สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างแน่นอน แต่ถ้าเราทำตัวเหมือนวิศวกรจาก ST เมื่อกระแส 40A เราก็จะได้หม้อไอน้ำธรรมดา มี 2 ตัวเลือกที่นี่: หม้อแปลงกระแสหรือสับเปลี่ยนจากโรงงานโดยลดลง 75 mV + op-amp ala LM358
ตัวเลือกแรกนั้นง่ายกว่าและให้การแยกกระแสไฟฟ้าของโหนดวงจรนี้ ฉันให้วิธีคำนวณหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าในบทความที่แล้ว สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่า การป้องกันจะทำงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขา 4 เพิ่มขึ้นเป็น 2.5V (ในความเป็นจริงสูงถึง 2.34V).
ทราบแรงดันและกระแสของวงจรนี้โดยใช้สูตรจาก ส่วนที่ 5คุณสามารถคำนวณหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าได้อย่างง่ายดาย

G) และจุดสุดท้ายคือพาวเวอร์โช้ค เพิ่มเติมเกี่ยวกับเขาด้านล่าง

โช้คอัพและการคำนวณ

หากมีใครอ่านบทความของฉันอย่างละเอียดและมีความจำดี เขาก็ควรจะจำได้ บทความ 2 และรูปภาพหมายเลข 5มันแสดงองค์ประกอบความยุ่งเหยิง 3 รายการที่เราใช้งาน ฉันจะแสดงให้คุณดูอีกครั้ง:

รูปที่ 5 - เฟรมและแกนสำหรับผลิตภัณฑ์ขดลวดไฟฟ้า

ในโมดูลนี้ เราจะใช้วงแหวนวงแหวนที่เราชื่นชอบซึ่งทำจากเหล็กบดอีกครั้ง แต่คราวนี้ไม่ใช่แค่วงแหวนเดียว แต่ถึง 10 วงในคราวเดียว! คุณต้องการอะไร? 3 kW ไม่ใช่งานฝีมือจีน...

เรามีข้อมูลเริ่มต้น:
1) กระแส - 45A + 30-40% ของแอมพลิจูดในตัวเหนี่ยวนำ รวม 58.5A
2) แรงดันขาออก 390-400V
3) แรงดันไฟฟ้าขาเข้า 85-265V AC
4) แกนกลาง - วัสดุ -52, D46
5) ช่องว่าง - กระจาย

รูปที่ 6 - และอีกครั้ง Starichok51 ที่รักช่วยเราประหยัดเวลาและถือเป็นโปรแกรม CaclPFC

ฉันคิดว่าการคำนวณแสดงให้ทุกคนเห็นว่าการออกแบบนี้จะจริงจังแค่ไหน)) 4 วงแหวนหม้อน้ำสะพานไดโอดและ IGBT - สยองขวัญ!
กฎการม้วนสามารถอ่านได้ในบทความ "ตอนที่ 2" ขดลวดทุติยภูมิจะพันบนวงแหวนในปริมาณ - 1 รอบ

สรุปคันเร่ง:

1) อย่างที่คุณเห็นจำนวนแหวนมี 10 ชิ้นแล้ว! ราคาแพงแหวนแต่ละวงมีราคาประมาณ 140 รูเบิล แต่เราจะได้อะไรตอบแทนในย่อหน้าต่อไปนี้
2) อุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ 60-70 o C ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งเพราะมีหลายคนนอนอยู่ อุณหภูมิในการทำงาน 125 o C ในการผลิตของเราตั้งไว้ที่ 85 o C ทำไมจึงทำเช่นนี้ - เพื่อการนอนหลับพักผ่อนฉันออกจากบ้านอย่างสงบเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์และรู้ว่าจะไม่มีอะไรลุกเป็นไฟไม่มีอะไรจะไหม้และทุกอย่างจะเป็นน้ำแข็ง ฉันคิดว่าราคานี้ที่ 1,500 รูเบิลไม่เป็นอันตรายใช่ไหม?
3) ฉันตั้งค่าความหนาแน่นกระแสให้น้อย 4 A/mm 2 ซึ่งจะส่งผลต่อทั้งความร้อนและฉนวน และความน่าเชื่อถือตามลำดับ
4) อย่างที่คุณเห็นจากการคำนวณ ความจุที่แนะนำหลังจากตัวเหนี่ยวนำคือเกือบ 3000 uF ดังนั้นตัวเลือกของฉันที่มีอิเล็กโทรไลต์ 10 ตัวขนาด 330 uF จึงลงตัวพอดีที่นี่ ความจุของตัวเก็บประจุ C1 กลายเป็น 15 uF เรามีสำรองสองเท่า - คุณสามารถลดลงเหลือตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม 4 ตัวคุณสามารถเหลือ 7 ชิ้นได้และจะดีกว่า

สำคัญ! จำนวนวงแหวนในโช้คหลักสามารถลดลงเหลือ 4-5 และเพิ่มความหนาแน่นกระแสเป็น 7-8 A/mm 2 พร้อมกัน ซึ่งจะช่วยประหยัดเงินได้มาก แต่แอมพลิจูดปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นบ้าง และที่สำคัญ อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 135 o C ผมถือว่านี่เป็นทางออกที่ดีสำหรับ อินเวอร์เตอร์เชื่อมโดยมีรอบการทำงานอยู่ที่ 60% แต่ไม่ใช่สำหรับ UPS ที่ทำงานตลอดเวลาและอาจอยู่ในพื้นที่ที่ค่อนข้างจำกัด

ฉันจะพูดอะไรได้ - เรามีสัตว์ประหลาดที่กำลังเติบโต)))

ตัวกรองโหมดทั่วไป

เพื่อให้เข้าใจความแตกต่างระหว่างวงจรสำหรับตัวกรองนี้สำหรับกระแส 3A (แหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ที่กล่าวถึงข้างต้น) และสำหรับกระแส 20A คุณสามารถเปรียบเทียบวงจรจาก Google บน ATX ได้ดังต่อไปนี้:

รูปที่ 7 - แผนผังของตัวกรองโหมดทั่วไป

คุณสมบัติหลายประการ:

1) C29 เป็นตัวเก็บประจุสำหรับกรองสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าและมีเครื่องหมาย "เอ็กซ์1"- ค่าเล็กน้อยควรอยู่ในช่วง 0.001 - 0.5 mF

2) สำลักห้อยอยู่บนแกนกลาง E42/21/20.

3) โช้คสองตัวบนวงแหวน DR7 และ DR9 ถูกพันบนแกนสเปรย์ใด ๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 20 มม. ฉันพัน D46 อันเดียวกันจากวัสดุ -52 จนเต็มเป็น 2 ชั้น แทบไม่มีเสียงรบกวนในเครือข่ายแม้กำลังไฟพิกัด แต่จริงๆ แล้วนี่มากเกินไปแม้ในความเข้าใจของฉัน

4) ตัวเก็บประจุ C28 และ C31 มีค่า 0.047 µF และ 1 kV แต่ละตัวและจะต้องอยู่ในระดับเดียวกัน "Y2"

ตามการคำนวณความเหนี่ยวนำของโช้ค:

1) ความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วมควรเป็น 3.2-3.5 mH

2) ความเหนี่ยวนำสำหรับโช้คส่วนต่างคำนวณโดยใช้สูตร:

รูปที่ 8 - การคำนวณค่าความเหนี่ยวนำของโช้กดิฟเฟอเรนเชียลที่ไม่มีคัปปลิ้งแม่เหล็ก

บทส่งท้าย

ด้วยการใช้การพัฒนาที่มีความสามารถและเป็นมืออาชีพของวิศวกร ST ฉันสามารถผลิตผลงานได้แม้จะไม่สมบูรณ์แบบก็ทำได้ยอดเยี่ยมด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด ตัวแก้ไขที่ใช้งานอยู่ตัวประกอบกำลังด้วยพารามิเตอร์ที่ดีกว่าชไนเดอร์ใดๆ สิ่งเดียวที่คุณควรจำไว้อย่างแน่นอนคือคุณต้องการมันมากแค่ไหน? และจากนี้ให้ปรับพารามิเตอร์สำหรับตัวคุณเอง

เป้าหมายของฉันในบทความนี้คือการแสดงกระบวนการคำนวณที่มีความเป็นไปได้ในการปรับข้อมูลเริ่มต้นอย่างแม่นยำเพื่อให้ทุกคนตัดสินใจเกี่ยวกับพารามิเตอร์สำหรับงานของตนแล้วสามารถคำนวณและผลิตโมดูลได้ด้วยตนเอง ฉันหวังว่าฉันจะสามารถแสดงสิ่งนี้ได้ และฉันจะสาธิตในบทความหน้า ทำงานร่วมกัน KKM และเครื่องชาร์จจากส่วนที่ 5

ตอนนี้เกี่ยวกับสิ่งสำคัญ: ในบทความนี้ ฉันจะบอกคุณว่าฉันจำการออกแบบตัวแปลงปลายเดี่ยวได้อย่างไรตั้งแต่เริ่มต้น ( ดูเหมือนว่าพวกเขาจะมีอะไรเกี่ยวข้องกับมัน) ทำไมฉันถึงฆ่ากุญแจหลายสิบดอก และคุณจะหลีกเลี่ยงมันได้อย่างไร ส่วนนี้จะบอกคุณถึงทฤษฎีและจะเกิดอะไรขึ้นหากคุณละเลย การนำไปปฏิบัติจริงจะออกมาในส่วนถัดไปตามที่ผมสัญญาไว้ด้วย ที่ชาร์จ, เพราะ โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นโมดูลเดียวและจำเป็นต้องทดสอบร่วมกัน
มองไปข้างหน้าฉันจะบอกว่าในส่วนต่อไปฉันได้เตรียมรูปภาพและวิดีโอสองสามโหลที่ความทรงจำของฉันจะอยู่ได้ไม่นาน "อบรมใหม่"ครั้งแรกในเครื่องเชื่อมแล้วเข้าสู่แหล่งจ่ายไฟสำหรับ "แพะ"- คนทำงานฝ่ายผลิตจะเข้าใจว่านี่คือสัตว์ชนิดไหนและกินขนาดไหนเพื่อให้เราอบอุ่น)))

และตอนนี้ถึงแกะของเรา ...

ทำไมเราถึงต้องการเครื่องบันทึกเงินสดนี้?

เล็กน้อยเกี่ยวกับ "จุดสูงสุด" เหล่านี้:

รูปที่ 1 - พีคที่ประจุตัวเก็บประจุ

KKM ของคุณคือใคร?

วงจรของ PFC ของเรา

ถ้าเราดูที่หน้า 6 เราจะเห็นไดอะแกรมหลาย ๆ อัน เราสนใจไดอะแกรมพร้อมลายเซ็นต์ Mains ช่วงกว้างซึ่งแปลว่าในภาษาบาซูร์มาเนียน “สำหรับการทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลาย” - "โหมด" นี้ที่ฉันนึกถึงเมื่อพูดถึงแรงดันไฟฟ้าที่รุนแรง อุปกรณ์นี้ถือเป็นสากลนั่นคือสามารถทำงานได้จากเครือข่ายมาตรฐานใด ๆ (เช่นในสถานะ 110V) ที่มีช่วงแรงดันไฟฟ้า 85 - 265V

โซลูชันนี้ช่วยให้เราสามารถจัดหาฟังก์ชันของตัวปรับแรงดันไฟฟ้าให้กับ UPS ได้! สำหรับหลาย ๆ คน ช่วงนี้ดูเหมือนจะมากเกินไป และจากนั้นพวกเขาสามารถทำให้โมดูลนี้คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ 220V + - 15% นี่ถือเป็นบรรทัดฐานและ 90% ของอุปกรณ์ในหมวดราคาสูงถึง 40,000 รูเบิลไม่มีเครื่องบันทึกเงินสดโดยสิ้นเชิงและ 10% ใช้เฉพาะกับการคำนวณส่วนเบี่ยงเบนไม่เกิน 15% สิ่งนี้ทำให้เราลดต้นทุนและขนาดลงได้บ้างอย่างไม่ต้องสงสัย แต่หากคุณยังไม่ลืมเรากำลังสร้างอุปกรณ์ที่ต้องแข่งขันกับ อาส!

การปรับวงจรมาตรฐานให้เข้ากับงานของเรา

ก) เมื่อฉันดูแผนภาพนี้จาก DS สิ่งแรกที่เข้ามาในใจคือ คุณต้องเพิ่มตัวกรองโหมดทั่วไป!และนี่ถูกต้องเพราะว่า เมื่อใช้กำลังสูงพวกเขาจะเริ่ม "ขับเคลื่อน" อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างบ้าคลั่ง สำหรับกระแส 15 A ขึ้นไป จะมีลักษณะที่ซับซ้อนมากกว่าที่หลายๆ คนคุ้นเคยในแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวกัน โดยมีกำลังไฟเพียง 500-600 W. ดังนั้นการแก้ไขนี้จะเป็นรายการแยกต่างหาก

เล็กน้อยเกี่ยวกับ Cree FET

แท้จริงแล้วเมื่อวันที่ 9 มกราคม ฉันได้รับพัสดุจากอเมริกาจากเพื่อนของฉันพร้อมทรานซิสเตอร์หลายตัวสำหรับการทดสอบ ปาฏิหาริย์นี้เรียกว่า - ครี เฟต- ฉันจะไม่บอกว่านี่เป็นเทคโนโลยีขนาดใหญ่ใหม่ อันที่จริง ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์นั้นถูกสร้างขึ้นในยุค 80 พวกเขาเพิ่งนึกได้ในตอนนี้เท่านั้น ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุเบื้องต้นและนักแต่งเพลงโดยทั่วไป ฉันมีความรอบคอบเกี่ยวกับอุตสาหกรรมนี้ ดังนั้นฉันจึงสนใจผลิตภัณฑ์นี้เป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระบุไว้ว่า 1200V ที่ระดับสิบหรือร้อยแอมแปร์ ฉันไม่สามารถซื้อได้ในรัสเซีย ดังนั้นฉันจึงหันไปหาเพื่อนร่วมชั้นเก่าของฉัน และเขาก็กรุณาส่งตัวอย่างและกระดานทดสอบจำนวนหนึ่งมาให้ฉัน
ฉันสามารถพูดได้สิ่งหนึ่ง - มันเป็นดอกไม้ไฟที่แพงที่สุดของฉัน!
กุญแจ 8 ดอกพังมากจนฉันรู้สึกหงุดหงิดมาเป็นเวลานาน... อันที่จริง 1200V เป็นตัวเลขทางทฤษฎีสำหรับเทคโนโลยี 65A ที่ประกาศไว้กลายเป็นเพียงกระแสพัลส์แม้ว่าเอกสารจะระบุอย่างชัดเจนว่าเป็นค่าเล็กน้อยก็ตาม เห็นได้ชัดว่ามี "กระแสพัลส์จัดอันดับ" หรืออะไรก็ตามที่ชาวจีนคิดขึ้นมา โดยทั่วไปแล้วมันยังเป็นเรื่องไร้สาระ แต่มีอย่างหนึ่ง แต่!
เมื่อในที่สุดฉันก็ทำสำเร็จ CMF10120Dตัวแก้ไข 300 W ปรากฎว่าในหม้อน้ำและวงจรเดียวกันนั้นมีอุณหภูมิ 32 o C เทียบกับ 43 สำหรับ IGBT และนี่สำคัญมาก!
บทสรุปเกี่ยวกับ CREE: เทคโนโลยีนี้หยาบ แต่มีแนวโน้มและควรจะเป็นอย่างแน่นอน

รูปที่ 4.1 - กราฟแสดงการพึ่งพากระแสสูงสุดกับความถี่สวิตชิ่งสำหรับ IRG7PH50 ปล่อยให้เป็นตัวแปลงความถี่

รูปที่ 4.2 - กราฟที่มีกระแสไฟฟ้าทำงานที่อุณหภูมิที่กำหนดสำหรับ IRGPS60B120

E) R6 - หรือที่เรียกว่ากระแสแบ่งจะช่วยเราจากความซุ่มซ่ามและข้อผิดพลาดโดยไม่ตั้งใจและยังป้องกันวงจรจากการลัดวงจรและการโอเวอร์โหลด สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างแน่นอน แต่ถ้าเราทำตัวเหมือนวิศวกรจาก ST เมื่อกระแส 40A เราก็จะได้หม้อไอน้ำธรรมดา มี 2 ตัวเลือกที่นี่: หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าหรือสับเปลี่ยนจากโรงงานโดยลดลง 75 mV + op-amp ala LM358
ตัวเลือกแรกนั้นง่ายกว่าและให้การแยกกระแสไฟฟ้าของโหนดวงจรนี้ ฉันให้วิธีคำนวณหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าในบทความที่แล้ว สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่า การป้องกันจะทำงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขา 4 เพิ่มขึ้นเป็น 2.5V (ในความเป็นจริงสูงถึง 2.34V).
ทราบแรงดันและกระแสของวงจรนี้โดยใช้สูตรจาก ส่วนที่ 5คุณสามารถคำนวณหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าได้อย่างง่ายดาย

G) และจุดสุดท้ายคือพาวเวอร์โช้ค เพิ่มเติมเกี่ยวกับเขาด้านล่าง

โช้คอัพและการคำนวณ

รูปที่ 5 - เฟรมและแกนสำหรับผลิตภัณฑ์ขดลวดไฟฟ้า

สรุปคันเร่ง:

1) อย่างที่คุณเห็นจำนวนแหวนมี 10 ชิ้นแล้ว! ราคาแพงแหวนแต่ละวงมีราคาประมาณ 140 รูเบิล แต่เราจะได้อะไรตอบแทนในย่อหน้าต่อไปนี้
2) อุณหภูมิในการทำงานคือ 60-70 o C - เหมาะอย่างยิ่งอย่างยิ่งเพราะหลายคนตั้งอุณหภูมิการทำงานไว้ที่ 125 o C ในการผลิตของเราเราตั้งไว้ที่ 85 o C ทำไมจึงทำเช่นนี้ - เพื่อการนอนหลับพักผ่อนฉันออกจากบ้านอย่างสงบเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์และรู้ว่าจะไม่มีอะไรลุกเป็นไฟไม่มีอะไรจะไหม้และทุกอย่างจะเป็นน้ำแข็ง ฉันคิดว่าราคานี้ที่ 1,500 รูเบิลไม่เป็นอันตรายใช่ไหม?
3) ฉันตั้งค่าความหนาแน่นกระแสให้น้อย 4 A/mm 2 ซึ่งจะส่งผลต่อทั้งความร้อนและฉนวน และความน่าเชื่อถือตามลำดับ
4) อย่างที่คุณเห็นจากการคำนวณ ความจุที่แนะนำหลังจากตัวเหนี่ยวนำคือเกือบ 3000 uF ดังนั้นตัวเลือกของฉันที่มีอิเล็กโทรไลต์ 10 ตัวขนาด 330 uF จึงลงตัวพอดีที่นี่ ความจุของตัวเก็บประจุ C1 กลายเป็น 15 uF เรามีสำรองสองเท่า - คุณสามารถลดลงเหลือตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม 4 ตัวคุณสามารถเหลือ 7 ชิ้นได้และจะดีกว่า

สำคัญ! จำนวนวงแหวนในโช้คหลักสามารถลดลงเหลือ 4-5 และเพิ่มความหนาแน่นกระแสเป็น 7-8 A/mm 2 พร้อมกัน ซึ่งจะช่วยประหยัดเงินได้มาก แต่แอมพลิจูดกระแสไฟจะเพิ่มขึ้นบ้างและที่สำคัญที่สุดคืออุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 135 o C ฉันคิดว่านี่เป็นทางออกที่ดีสำหรับอินเวอร์เตอร์เชื่อมที่มีรอบการทำงาน 60% แต่ไม่ใช่ สำหรับ UPS ที่ทำงานตลอดเวลาและอาจอยู่ในพื้นที่ที่ค่อนข้างจำกัด

ฉันจะพูดอะไรได้ - เรามีสัตว์ประหลาดที่กำลังเติบโต)))

ตัวกรองโหมดทั่วไป

รูปที่ 7 - แผนผังของตัวกรองโหมดทั่วไป

คุณสมบัติหลายประการ:

2) สำลักห้อยอยู่บนแกนกลาง E42/21/20.

ตามการคำนวณความเหนี่ยวนำของโช้ค:

1) ความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วมควรเป็น 3.2-3.5 mH

บทส่งท้าย

ด้วยการใช้การพัฒนาที่มีความสามารถและเป็นมืออาชีพของวิศวกร ST ฉันสามารถผลิตผลงานได้แม้จะไม่สมบูรณ์แบบก็ทำได้ยอดเยี่ยมด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด การแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ใช้งานอยู่ด้วยพารามิเตอร์ที่ดีกว่าชไนเดอร์ใดๆ สิ่งเดียวที่คุณควรจำไว้อย่างแน่นอนคือคุณต้องการมันมากแค่ไหน? และจากนี้ให้ปรับพารามิเตอร์สำหรับตัวคุณเอง

เป้าหมายของฉันในบทความนี้คือการแสดงกระบวนการคำนวณที่มีความเป็นไปได้ในการปรับข้อมูลเริ่มต้นอย่างแม่นยำเพื่อให้ทุกคนตัดสินใจเกี่ยวกับพารามิเตอร์สำหรับงานของตนแล้วสามารถคำนวณและผลิตโมดูลได้ด้วยตนเอง ฉันหวังว่าฉันจะสามารถแสดงสิ่งนี้ได้ และในบทความถัดไป ฉันจะสาธิตการทำงานร่วมกันของเครื่องบันทึกเงินสดและเครื่องชาร์จจากส่วนที่ 5