دائرة تصحيح معامل القدرة (PFC) - تعليمي

يفصل المنشور الطرق المختلفة لتكوين دائرة تصحيح عامل الطاقة أو دائرة PFC في تصميمات SMPS ، ويشرح أفضل خيارات الممارسة لهذه الهياكل بحيث تتوافق مع إرشادات تقييد PFC الحديثة.

لم يكن تصميم دوائر إمداد طاقة فعالة أمرًا سهلاً على الإطلاق ، ولكن بمرور الوقت تمكن الباحثون من حل معظم المشكلات المتعلقة ، وفي نفس السياق ، يتم أيضًا تحسين تصميمات SMPS الحديثة لتحقيق أفضل النتائج الممكنة ، وذلك بفضل المعايير التنظيمية الناشئة التي لعبت دورًا مهمًا في تنفيذ معايير جودة أكثر صرامة لوحدات تزويد الطاقة الحديثة.

إرشادات PFC

تم وضع قيود جودة إمدادات الطاقة الحديثة بشكل صارم ، بشكل جماعي من خلال جهود المصنعين والموردين والهيئات الإدارية المعنية الأخرى.

من بين العديد من معلمات الجودة الموضوعة للتصميمات الحديثة لإمدادات الطاقة ، تم الإعلان عن تصحيح عامل الطاقة (PFC) الذي هو في الواقع في شكل إلغاء توافقي كشرط إلزامي بموجب قواعد IEC 61000-3-2.

بسبب هذا ، يضطر المصممون إلى مواجهة تحديات أكثر صرامة في تصميم مراحل تصحيح عامل الطاقة في تصميمات إمدادات الطاقة الخاصة بهم من أجل تلبية هذه القوانين الحديثة الصارمة ، ومع الحصول على إمدادات الطاقة أكثر فأكثر مع المواصفات ونطاق التطبيقات ، وهيكلة دوائر PFC المناسبة لا يصبح أسهل بالنسبة للعديد من الشركات المصنعة في الساحة.

الدروس المقدمة مخصصة بشكل خاص لجميع الجمعيات والمهنيين العاملين في مجال التصنيع أو تصميم flyback SMPS لتسهيلهم باستخدام تصميمات وحسابات PFC الأكثر مثالية وفقًا لمتطلباتهم الفردية.

ستساعدك المناقشات المضمنة في هذه البرامج التعليمية على تصميم دوائر PFC حتى بالنسبة للوحدات الكبيرة بشكل كبير في نطاق يصل إلى 400 واط ، 0.75 أمبير.

سيحصل القراء أيضًا على فرصة للتعرف على اختيار المحولات المعزولة أحادية المرحلة والتي تتضمن أيضًا برامج تشغيل LED. البرنامج التعليمي التصميم خطوة بخطوة والتعليمات جنبًا إلى جنب مع مقارنات مستوى النظام ، سيتم تنوير العديد من المصممين المشاركين بنشاط في مجال إلكترونيات الطاقة المضي قدمًا في النهج الأمثل لتلبية احتياجات التطبيق الخاصة بهم

هدف تصحيح معامل القدرة

يمكن أن يتطور تحسين دائرة تصحيح عامل الطاقة داخل وحدات SMPS (مصدر طاقة وضع التبديل) الحديثة في الماضي القريب بسبب ظهور عدد من الدوائر المتكاملة المتقدمة ذات الصلة (ICs) ، والتي جعلت من الممكن وضع تصميمات مختلفة لـ PFC لها خصائص محددة طرق التشغيل والقدرة على التعامل مع التحدي الفردي.

مع زيادة نطاق طوبولوجيا SMPS ، تفاقم أيضًا التعقيد في تصميم وتنفيذ PFC في الأيام الحالية.

في البرنامج التعليمي الأول سوف نتعلم فيما يتعلق بالتفاصيل التشغيلية للتصميم الذي يفضله في الغالب أي محترف التصحيحات.

بشكل أساسي ، يساعد تصحيح عامل الطاقة على تحسين تيار الإدخال داخل مصادر الطاقة غير المتصلة بالإنترنت بحيث تكون قادرة على تعزيز الطاقة الحقيقية من مدخلات التيار الكهربائي المتاحة.

وفقًا للمتطلبات العادية ، يجب أن يحاكي أي جهاز كهربائي نفسه كحمل له مقاومة نقية ، بحيث يمكنه من عدم استهلاك الطاقة التفاعلية.

ينتج عن هذا الشرط توليد تيارات توافقية للإدخال صفر تقريبًا ، بمعنى آخر ، يسمح للتيار المستهلك أن يكون متماشياً تمامًا مع الطور مع جهد إمداد الدخل والذي يكون عادةً في شكل موجة جيبية.

يسهل هذا الإنجاز على الجهاز استهلاك 'الطاقة الحقيقية' من التيار الكهربائي بأفضل المستويات وأكثرها كفاءة ، مما يؤدي بدوره إلى تقليل الفاقد في الكهرباء وزيادة كفاءته.

هذا الاستخدام الفعال للكهرباء لا يساعد فقط الجهاز على تقديم نفسه بأكثر الطرق فعالية ولكن أيضًا لشركات المرافق والمعدات الرأسمالية المعنية لهذه العملية.

علاوة على ذلك ، تتيح الميزة المذكورة أعلاه لخطوط الطاقة أن تكون خالية من التوافقيات والتداخل الناتج عبر الأجهزة داخل الشبكة.

بصرف النظر عن المزايا المذكورة أعلاه ، بما في ذلك PFC في وحدات إمداد الطاقة الحديثة ، فهو أيضًا للامتثال للمتطلبات التنظيمية كما هو محدد في أوروبا واليابان مع IEC61000-3-2 والتي يجب أن تكون جميع المعدات الكهربائية مؤهلة لها.

تم تنظيم الحالة المذكورة أعلاه لمعظم الأجهزة الإلكترونية التي يمكن تصنيفها بأكثر من 75 واط وفقًا لمعايير المعدات من الفئة D أو التي تكون أعلى من ذلك ، مع تحديد أقصى سعة لتوافقيات تردد الخط التي تتراوح حتى 39 التوافقي.

بصرف النظر عن هذه المعايير ، يتم استخدام PFC أيضًا لضمان الكفاءات الأخرى مثل Energy Star 5.0 الحيوية لأجهزة الكمبيوتر ، و Energy Star 2.0 لأنظمة إمدادات الطاقة وأجهزة التلفزيون منذ عام 2008.

تعريف معامل القدرة

يمكن تعريف تصحيح معامل القدرة PFC أو معامل القدرة على أنه نسبة القوة الحقيقية إلى القدرة الظاهرة ، ويتم التعبير عنها على النحو التالي:

PF = القوة الحقيقية / القوة الظاهرة ، حيث يتم التعبير عن القوة الحقيقية
واتس ، في حين يتم التعبير عن القوة الظاهرة في VA.

في هذا التعبير ، يتم تحديد القدرة الحقيقية على أنها متوسط ​​المنتج اللحظي للتيار والجهد عبر مرحلة أو دورة ، بينما تُعتبر القوة الظاهرة قيمة RMS للتيار مضروبًا في الجهد.

يشير هذا إلى أنه عندما تكون النظراء الحالية والجهد جيبيًا وفي الطور مع بعضها البعض ، فإن عامل القدرة الناتج هو 1.0.

ومع ذلك ، في الحالة التي يكون فيها التيار ، معلمات الجهد جيبية وليست في الطور ، فإنها تؤدي إلى عامل قدرة وهو جيب تمام زاوية الطور.

تنطبق شروط عامل القدرة الموصوفة أعلاه في الحالات التي يكون فيها الجهد والتيار موجات جيبية نقية ، بالاقتران مع الحالة التي يتكون فيها الحمل المصاحب من مكونات مقاومة واستقرائية وسعوية قد تكون جميعها غير خطية بطبيعتها ، لا يتم ضبطه مع معلمات تيار الدخل والجهد.

تقدم طوبولوجيا SMPS عادةً مقاومة غير خطية في خط التيار الكهربائي بسبب الطبيعة الموضحة أعلاه لداراتها.

كيف يعمل SMPS

تشتمل دارة SMPS بشكل أساسي على مرحلة مقوم عند الإدخال والتي يمكن أن تكون نصف موجة أو مقوم موجة كاملة ومكثف مرشح مكمل لعقد الجهد المعدل عبرها إلى مستوى الذروة لموجة جيبية لإمداد الدخل حتى وقت الذروة التالية تظهر موجة جيبية وتكرر دورة الشحن لهذا المكثف ، مما ينتج عنه ذروة الجهد الثابت المطلوب عبره.

تتطلب عملية شحن المكثف في كل دورة ذروة للتيار المتردد أن يكون الإدخال مزودًا بتيار كافٍ لتلبية استهلاك الحمل في SMPS ، بين فترات الذروة هذه.

يتم تنفيذ الدورة عن طريق تفريغ تيار كبير في المكثف بسرعة ، والذي يتم تطبيقه على الحمل من خلال التفريغ حتى وصول دورة الذروة التالية.

بالنسبة لنمط الشحن والتفريغ غير المتساوي هذا ، يوصى بأن يتم تصنيف تيار النبض من المكثف بنسبة 15٪ أعلى من متوسط ​​متطلبات الحمل.

يمكننا أن نرى في الشكل أعلاه أنه على الرغم من مقدار التشويه الكبير ، يبدو أن الجهد والمعلمات الحالية في الطور مع بعضهما البعض.

ومع ذلك ، إذا طبقنا مصطلح 'جيب التمام لزاوية الطور' على ما سبق ، فسيؤدي ذلك إلى استنتاج غير صحيح فيما يتعلق بأن مزود الطاقة له عامل قدرة 1.0

يشير الشكلان الموجي العلوي والسفلي إلى مقدار المحتوى التوافقي للتيار.

هنا تتم الإشارة إلى 'المحتوى التوافقي الأساسي' بالمقارنة مع السعة بنسبة 100٪ ، بينما يتم تقديم التوافقيات الأعلى كنسب تكميلية للسعة الأساسية.

ومع ذلك ، نظرًا لأن القوة الحقيقية يتم تحديدها فقط من خلال المكون الأساسي ، في حين أن التوافقيات التكميلية الأخرى تمثل فقط القوة الظاهرة ، فقد يكون عامل القدرة الفعلي أقل من 1.0.

نسمي هذا الانحراف بمصطلح عامل التشويه المسؤول بشكل أساسي عن ظهور عامل طاقة غير موحد في وحدات SMPS.

التعبير عن القوة الحقيقية والظاهرة

يمكن إعطاء تعبير عام يتناول العلاقة بين القوة الحقيقية والظاهرة على النحو التالي:

حيث يشكل cos Φ عامل الإزاحة الخارج من زاوية الطور Φ بين أشكال موجة التيار / الجهد و cos Φ يشير إلى عامل التشويه.

بالإشارة إلى الرسم البياني أدناه ، يمكننا أن نشهد موقفًا يظهر تصحيحًا مثاليًا لعامل القدرة.

يمكننا أن نرى هنا أن شكل الموجة الحالي يكرر بشكل مثالي شكل موجة الجهد حيث يبدو أن كلاهما يعمل في الطور ومتزامن مع بعضهما البعض.

لذلك هنا يمكن افتراض أن التوافقيات الحالية المدخلة تساوي صفرًا تقريبًا.

تصحيح معامل القدرة مقابل التخفيض التوافقي

بالنظر إلى الرسوم التوضيحية السابقة ، من الواضح أن عامل الطاقة والتوافقيات المنخفضة تعمل بالتزامن مع بعضها البعض.

من المتصور عمومًا أنه إذا تم تحديد حدود التوافقيات ذات الصلة ، فقد تساعد في الحد من تلوث تيار الإدخال في خطوط الطاقة عن طريق القضاء على الاضطرابات الحالية المتداخلة مع الأجهزة الأخرى في المنطقة المجاورة.

لذلك ، بينما يمكن تسمية معالجة تيار الإدخال على أنها 'تصحيح عامل القدرة' ، يعتقد أن حجم الإخراج للتنقيح يعتقد أن هذه المعالجة تُفهم على أنها محتوى متناسق أ وفقًا للإرشادات الدولية.

بالنسبة إلى طوبولوجيا SMPS ، عادةً ما يكون عنصر الإزاحة موحدًا تقريبًا ، مما يؤدي إلى العلاقات التالية بين عامل القوة والتشوه التوافقي.

في التعبير ، يمثل THD التشوه التوافقي الكلي كمجموع تربيعي للتوافقيات الضارة على المحتوى الأساسي ، معبرًا عن الوزن النسبي للمحتوى التوافقي المرتبط بالإشارة إلى النظير الأساسي ، بينما تربط المعادلة الأخرى الرقم المطلق لـ THD و ليس في النسبة المئوية ، معربًا عن أن THD يجب أن يكون صفرًا بشكل أساسي من أجل إنشاء وحدة PF.

أنواع تصحيح معامل القدرة

توضح خاصية شكل موجة الإدخال في الشكل أعلاه نوعًا نموذجيًا 'نشطًا' لتصحيح عامل القدرة لجهاز SMPS الذي تم إدخاله بين تكوين مقوم الإدخال ومكثف مرشح ، ومن خلال دائرة متكاملة PFC تتحكم في الإجراءات جنبًا إلى جنب مع الدوائر المرتبطة بها التأكد من أن تيار الإدخال يتبع بشكل متماسك شكل موجة جهد الدخل.

يمكن اعتبار هذا النوع من المعالجة على أنه أكثر أنواع PFC انتشارًا المستخدمة في دوائر SMPS الحديثة ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

بعد قولي هذا ، فإنه ليس إلزاميًا بأي حال من الأحوال أن يتم استخدام الإصدارات 'النشطة' فقط باستخدام الدوائر المتكاملة ، وأشباه الموصلات في PFC المقترحة ، وجميع أشكال التصميم الأخرى التي قد تضمن كمية معقولة من PFC أقل من اللوائح المحددة.

لقد لوحظ أنه في الواقع ، يمكن لمحرِّض واحد يحل محل موضع النظير 'النشط' أن يرفض التوافقيات بشكل مُرضٍ تمامًا عن طريق التحكم في القمم وتوزيع التيار بشكل موحد بالتزامن مع جهد الدخل بكفاءة تامة.

تصميم PFC السلبي

ومع ذلك ، فإن هذا الشكل من التحكم السلبي في PFC يمكن أن يتطلب محثًا ثقيلًا من الحديد ، وبالتالي يمكن استخدامه للتطبيقات التي لا يكون الانضغاط فيها شرطًا أساسيًا. (صفحة ١٢)

قد يبدو أن المحرِّض المنفرد السلبي حلاً سريعًا لـ PFC ، ولكن بالنسبة لتطبيق القوة الكهربائية العالية ، يمكن أن يبدأ الحجم في عدم الاهتمام نظرًا لأبعاده الكبيرة غير العملية.

في الرسم البياني أدناه ، يمكننا أن نشهد خصائص المدخلات لثلاثة أرقام من متغيرات PC SMPS 250 وات ، يمثل كل منها شكل موجة حالي بعامل مقياس مكافئ.

يمكننا أن نرى بسهولة أن النتيجة التي تم الحصول عليها من PFC القائم على مغو سلبي هي 33 ٪ أعلى قمم الحالية ، مقارنة مع نظير مرشح PFC النشط.

على الرغم من أن هذا قد يكون قادرًا على اجتياز معايير IEC61000-3-2 ، إلا أنه بالتأكيد لن يكون على قدم المساواة مع قاعدة متطلبات 0.9PF الأكثر صرامة ، وسيفشل في مستوى قبول QC ، المحدد وفقًا لهذه المعايير الجديدة.

مخطط كتلة أساسي

نظرًا لاتجاه السوق الإلكتروني المستمر حيث يمكننا أن نرى ارتفاع تكاليف النحاس جنبًا إلى جنب مع ارتفاع عملية النوى المغناطيسية وإدخال مواد حديثة وأرخص بكثير من أشباه الموصلات ، فلن يكون مفاجئًا إذا لاحظنا نهج PFC النشط الحصول على شعبية كبيرة من النظير السلبي.

ويمكن أن يُنظر إلى هذا الاتجاه على أنه ينمو بشكل أقوى في المستقبل القريب ، حيث يقدم المزيد والمزيد من حلول PFC المتقدمة والمعززة للعديد من مصممي ومصنعي SMPS.

مقارنة توافقيات خط الإدخال بمعايير IEC610003-2

في الشكل أدناه ، يمكننا رؤية آثار ثلاث نتائج منفصلة لـ 250 وات PC SMPS مع الإشارة إلى قيود IEC6000-3-2. القيد المشار إليه صالح لجميع أدوات الفئة D مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة التلفزيون وشاشاتها.

حد المحتوى التوافقي الموضح ثابت وفقًا لقدرة الإدخال للأجهزة. بالنسبة للمنتجات المتعلقة بالأضواء مثل مصابيح LED ، ومصابيح CFL ، وقيود الفئة C التي يتم اتباعها عادةً ، والتي تتساوى مع حدود القوة الكهربائية المدخلة.

تجد المنتجات الإلكترونية غير التقليدية الأخرى حد ​​PFC الخاص بها مضبوطًا بما يتناسب مع طاقة إدخال 600 واط كحد أدنى.

إذا نظرنا إلى تتبع PFC السلبي ، نجد أنه لا يكاد يتوافق مع حد التقييد المحدد ، مجرد لمسة وانتقال نوع من الموقف (عند التوافقي رقم 3)

تحليل ميزات PFC السلبية

في الشكل التالي يمكننا أن نرى مثالًا كلاسيكيًا لدائرة PFC السلبية المصممة لإمداد طاقة الكمبيوتر الشخصي التقليدي. الشيء الملحوظ هنا هو توصيل الصنبور المركزي لمحث PFC بجهد إدخال خط الإدخال.

أثناء وجوده في وضع التحديد 220 فولت (المفتاح مفتوح) ، يتم تطبيق القسمين بالكامل من المحث مع شبكة المعدل التي تعمل مثل دائرة مقوم الجسر الكامل.

ومع ذلك ، في وضع 110 فولت (إغلاق التبديل) ، يتم استخدام 50 ٪ فقط أو نصف الملف من خلال القسم الأيسر من الملف الذي يتم تنفيذه بينما يتم الآن تحويل قسم المعدل إلى دائرة مضاعفة لمعدل نصف الموجة.

نظرًا لأن اختيار 220 فولت لا بد أن يولد حوالي 330 فولت بعد التصحيح الكامل للموجة ، فإن هذا يشكل مدخلات الحافلة لـ SMPS ويمتلك إمكانية التقلب بشكل كبير وفقًا لجهد خط الإدخال.

مثال مخطط الدائرة

على الرغم من أن تصميم PFC السلبي هذا قد يبدو بسيطًا ومثيرًا للإعجاب بأدائه ، إلا أنه قد يظهر بعض العيوب البارزة.

إلى جانب الطبيعة الضخمة لـ PFC ، هناك شيئان آخران يؤثران على أدائه ، أولاً ، تضمين مفتاح ميكانيكي يجعل النظام عرضة لخطأ بشري محتمل أثناء تشغيل الوحدة ، وأيضًا مشاكل التآكل والتلف المرتبطة بها.

ثانيًا ، ينتج عن عدم استقرار جهد الخط عدم كفاءة نسبية في جبهات فعالية التكلفة ودقة تحويل طاقة التيار المستمر إلى التيار المستمر المرتبطة بإخراج PFC.

وحدات تحكم وضع التوصيل الحرج (CrM)

مرحلة التحكم تسمى وضع التوصيل الحرج والتي تسمى أيضًا بالوضع الانتقالي أو وحدة التحكم في وضع التوصيل الحدودي (BCM) هي تكوينات للدوائر يمكن العثور عليها بشكل فعال في تطبيقات إلكترونيات الإضاءة. على الرغم من كونها خالية من المتاعب مع قابليتها للاستخدام ، إلا أن وحدات التحكم هذه باهظة الثمن نسبيًا.

يوضح الرسم البياني التالي 1-8 تصميم دائرة تحكم CrM منتظم.

عادةً ما تمتلك وحدة تحكم CrM PFC النوع الموضح أعلاه من الدوائر ، والتي يمكن فهمها بمساعدة النقاط التالية:

يستقبل مدخل مرحلة المضاعف المرجعي إشارة ذات أبعاد مناسبة من خرج مضخم خطأ مرتبط به قطب منخفض التردد.

يمكن رؤية المدخلات الأخرى للمضاعف بالإشارة إلى جهد ثابت مثبت بالتيار المستمر المستخرج من إدخال خط التيار المتردد المعدل.

وبالتالي ، فإن الناتج الناتج من المضاعف هو ناتج DC النسبي من خرج أمبير الخطأ والإشارة المرجعية في شكل نبضات جيبية كاملة الموجة AC من دخل التيار المتردد.

يمكن رؤية هذا الناتج من مرحلة المضاعف أيضًا في شكل نبضات موجة جيبية كاملة الموجة ولكن يتم تقليصها بشكل مناسب بما يتناسب مع استخدام إشارة الخطأ المطبقة (عامل الكسب) كمرجع لجهد الدخل.

يتم تعديل سعة إشارة هذا المصدر بشكل مناسب من أجل تنفيذ متوسط ​​القدرة المحدد الصحيح ولضمان جهد خرج منظم مناسب.

تتسبب المرحلة المسؤولة عن معالجة السعة الحالية في تدفق التيار وفقًا لشكل الموجة الناتج من المضاعف ، ولكن من المتوقع أن يكون اتساع إشارة تيار تردد الخط (بعد التنعيم) هو نصف هذا المرجع من مرحلة المضاعف .

هنا ، يمكن فهم العمليات بواسطة دارة التشكيل الحالية على النحو التالي:

بالإشارة إلى الرسم البياني أعلاه ، يرمز Vref للإشارة الخارجة من مرحلة المضاعف ، والتي يتم تغذيتها أيضًا إلى أحد opamps للمقارن الذي تتم الإشارة إلى مدخلاته الثانية مع إشارة الموجة الحالية.

في مفتاح الطاقة ، يزيد التيار عبر المحرِّض ببطء حتى تصل الإشارة عبر التحويلة إلى مستوى Vref.

هذا يفرض على المقارنة تغيير ناتجها من On إلى OFF مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الطاقة إلى الدائرة.

بمجرد حدوث ذلك ، يبدأ الجهد الذي كان يتدرج تدريجياً عبر المحرِّض في الانخفاض ببطء نحو الصفر وبمجرد أن يلامس الصفر ، يعود خرج opamp ويتحول إلى وضع التشغيل مرة أخرى ، وتستمر الدورة في التكرار.

كما يشير اسم الخاصية المذكورة أعلاه ، فإن نمط التحكم في النظام لا يسمح أبدًا لتيار المحرِّض بالتصوير فوق الحد المحدد مسبقًا عبر أوضاع التبديل المستمرة وغير المستمرة.

يساعد هذا الترتيب على التنبؤ وحساب العلاقة بين متوسط ​​مستوى الذروة الحالي للإخراج الناتج من opamp. نظرًا لأن الاستجابة في شكل موجات مثلثة ، فإن متوسط ​​شكل الموجة يشير بدقة إلى 50٪ من القمم الفعلية لأشكال الموجة المثلثية.

هذا يعني أن القيمة المتوسطة الناتجة للإشارة الحالية لموجات المثلث ستكون = إحساس تيار المحث x R أو ببساطة وضع نصف المستوى المرجعي المحدد مسبقًا (Vref) من opamp.

يعتمد تردد المنظمين الذين يستخدمون المبدأ أعلاه على جهد الخط وتيار الحمل. يمكن أن يكون التردد أعلى بكثير في الفولتية الخطية الأعلى ويمكن أن يختلف باختلاف إدخال الخط.

وضع التوصيل الحرج المثبت بالتردد (FCCrM)

على الرغم من شعبيتها في العديد من تطبيقات التحكم PFC في إمداد الطاقة الصناعية ، فإن وحدة تحكم CrM الموضحة أعلاه تتضمن بعض العيوب المتأصلة.

يتمثل العيب الرئيسي لهذا النوع من التحكم النشط في PFC في عدم استقرار التردد فيما يتعلق بظروف الخط والحمل ، مما يُظهر زيادة في التردد مع أحمال أخف وزيادات في الفولتية الخطية ، وأيضًا في كل مرة تقترب موجة جيبية الإدخال من تقاطعات الصفر.

إذا جرت محاولة لتصحيح هذه المشكلة عن طريق إضافة مشبك تردد ، ينتج عن ذلك خرج ذو شكل موجة مشوهة ، والذي يبدو حتميًا بسبب حقيقة أن 'Ton' لا يزال غير معدّل لهذا الإجراء.

ومع ذلك ، فإن تطوير تقنية بديلة يساعد على تحقيق تصحيح عامل القدرة الحقيقي حتى في الوضع غير المستمر (DCM). يمكن دراسة مبدأ العملية في الشكل أدناه ومع المعادلات المرفقة.

بالإشارة إلى الرسم البياني أعلاه ، يمكن تقييم تيار ذروة الملف من خلال حل:

متوسط ​​تيار الملف بالإشارة إلى دورة التبديل (والذي يُفترض أيضًا أنه تيار الخط اللحظي لدورة التبديل المعينة ، نظرًا لحقيقة أن تردد التبديل عادة ما يكون أعلى من تردد الخط الذي تحدث عليه اختلافات جهد الخط ) ، بالصيغة:

الجمع بين العلاقة المذكورة أعلاه وتبسيط المصطلحات يعطي ما يلي:

يشير التعبير أعلاه بوضوح ويشير إلى أنه في حالة تنفيذ طريقة حيث تحرص الخوارزمية على الحفاظ على دورة طن / Tsw عند مستوى ثابت ، فإنه سيمكننا من تحقيق تيار خط جيبي له عامل قدرة واحد حتى في حالة عدم الاتصال طريقة التشغيل.

على الرغم من أن الاعتبارات المذكورة أعلاه تكشف عن بعض الفوائد المتميزة لتقنية وحدة تحكم DCM المقترحة ، إلا أنه لا يبدو أنها الخيار المثالي نظرًا لارتفاع مستويات الذروة الحالية المرتبطة بها ، كما هو موضح في الجدول التالي:

من أجل تحقيق ظروف PFC مثالية ، سيكون النهج المعقول هو تنفيذ شرط يتم فيه دمج أوضاع عمليات DCM و Crm لاستخراج أفضل ما في هذين النظرين.

لذلك عندما لا تكون ظروف التحميل ثقيلة ويعمل CrM بتردد عالٍ ، فإن الدائرة تعمل في وضع DCM للتشغيل ، وفي حالة ارتفاع تيار الحمل ، يُسمح لشرط Crm بالاستمرار بحيث تعمل القمم الحالية لا تميل إلى تجاوز الحدود العالية غير المرغوب فيها.

يمكن تصور هذا النوع من التحسين عبر وضعي التحكم المقترحين بشكل أفضل في الشكل التالي حيث يتم دمج مزايا وضعي التحكم لتحقيق أكثر الحلول المرغوبة.

تواصل وضع التوصيل

يمكن أن يصبح وضع التوصيل المستمر لـ PFC شائعًا جدًا في تصميمات SMPS نظرًا لميزة التطبيق المرن والمدى والمزايا العديدة المرتبطة بها.

في هذا الوضع ، يتم الحفاظ على إجهاد الذروة الحالي عند مستوى أقل مما يؤدي إلى تقليل خسائر التبديل داخل المكونات ذات الصلة ، علاوة على ذلك ، يتم تقديم تموج الإدخال عند مستوى أدنى مع تردد ثابت نسبيًا ، والذي بدوره يتيح عملية التسوية أبسط بكثير من أجل نفس الشيء.
يجب مناقشة السمات التالية المرتبطة بنوع CCM من PFC بشكل أكثر تفصيلاً.

تحكم Vrms2

إحدى السمات الحيوية مع معظم تصميمات PFC المطبقة عالميًا هي الإشارة المرجعية التي يجب أن تكون تقليدًا متدرجًا لحجم الإدخال المعدل.

يتم أخيرًا تطبيق هذا المكافئ المصحح المصحح لجهد الدخل في الدائرة لتشكيل شكل الموجة الصحيح لتيار الخرج.

كما نوقش أعلاه ، عادةً ما يتم استخدام مرحلة دارة مضاعفة لهذه العملية ، ولكن كما نعلم أن مرحلة الدائرة المضاعفة يمكن أن تكون أقل فعالية من حيث التكلفة نسبيًا من نظام مضاعف الإدخال المزدوج التقليدي.

نموذج كلاسيكي للتخطيط يمكن مشاهدته في الشكل أدناه والذي يوضح أسلوب PFC المستمر.

كما يمكن رؤيته ، يتم هنا تشغيل محول التعزيز بمساعدة متوسط ​​PWM في الوضع الحالي ، والذي يصبح مسؤولاً عن تحديد أبعاد تيار المحرِّض (تيار الإدخال للمحول) ، بالإشارة إلى إشارة الأمر الحالية ، V (i) ، والذي يمكن اعتباره المكافئ المصغر لجهد الدخل V (in) إلى نسبة VDIV.

يتم تنفيذ ذلك عن طريق قسمة إشارة جهد الخطأ على مربع إشارة جهد الدخل (يتم تنعيمها بواسطة المكثف Cf ، من أجل إنشاء عامل تحجيم مبسط بالإشارة إلى مستوى جهد الدخل).

على الرغم من أنك قد تجد أنه من المحرج بعض الشيء أن ترى إشارة الخطأ مقسومة على مربع جهد الدخل ، فإن السبب وراء هذا الإجراء هو إنشاء كسب حلقة (أو استجابة عابرة تعتمد) والتي قد لا تعتمد على جهد الدخل اثار.

يتم تحييد تربيع الجهد عند المقام بقيمة Vsin جنبًا إلى جنب مع وظيفة النقل للتحكم PWM (تناسب منحدر الرسم البياني الحالي للمحث مع جهد الدخل).

ومع ذلك ، فإن أحد الجوانب السلبية لهذا الشكل من PFC هو مرونة المضاعف ، مما يفرض على هذه المرحلة أن تكون مفرطة التصميم بعض الشيء خاصة أقسام معالجة الطاقة في الدائرة ، بحيث تحافظ حتى على أسوأ سيناريوهات تبديد الطاقة.

متوسط ​​التحكم في الوضع الحالي

في الشكل أعلاه ، يمكننا أن نرى كيف تشير الإشارة المرجعية الناتجة من المضاعف V (i) إلى شكل شكل الموجة ، ونطاق القياس لتيار إدخال PFC.

تصبح مرحلة PWM المشار إليها مسؤولة عن ضمان أن يكون متوسط ​​تيار الإدخال على قدم المساواة مع القيمة المرجعية. يتم تنفيذ الإجراء من خلال متوسط ​​مرحلة تحكم الوضع الحالي ، كما يتضح من الشكل الوارد أدناه.

تم تكوين متوسط ​​التحكم في الوضع الحالي بشكل أساسي لتنظيم متوسط ​​التيار (الإدخال / الإخراج) بالرجوع إلى إشارة التحكم Icp ، والتي يتم إنشاؤها بدورها من خلال استخدام حلقة DC منخفضة التردد من خلال مرحلة دائرة مضخم الخطأ ، وهذا ليس سوى التيار المكافئ المقابل للإشارة VI التي تظهر في الشكل السابق لهذا.

يعمل مضخم تيار المرحلة كمتكامل حالي بالإضافة إلى مضخم خطأ ، من أجل تنظيم شكل الموجة ، في حين أن إشارة Icp التي يتم إنشاؤها عبر Rcp تصبح مسؤولة عن تنفيذ التحكم في جهد دخل التيار المستمر.

من أجل ضمان استجابة خطية من مكبر الصوت الحالي ، يجب أن تكون مدخلاته متشابهة ، مما يعني أن فرق الجهد المتولد عبر R (التحويلة) يجب أن يكون مشابهًا للجهد المتولد حول Rcp ، لأنه لا يمكننا الحصول على DC من خلال إدخال المقاوم غير المقلوب للمضخم الحالي.

من المفترض أن يكون الإخراج الناتج عن مكبر الصوت الحالي إشارة خطأ 'تردد منخفض' اعتمادًا على متوسط ​​تيار التحويل ، بالإضافة إلى الإشارة من ISP.

الآن المذبذب يولد إشارة سن المنشار والتي تستخدم لمقارنة الإشارة أعلاه معها ، تمامًا كما هو الحال مع تصميم التحكم في وضع الجهد.

ينتج عن هذا إنشاء PWMs المحددة من خلال مقارنة الإشارتين المذكورتين أعلاه.

حلول PFC المتقدمة

توفر الطرق المختلفة لعناصر تحكم PFC كما تمت مناقشته أعلاه (CrM و CCM و DCM) ومتغيراتها للمصممين خيارات متنوعة لتكوين دوائر PFC.

ومع ذلك ، على الرغم من هذه الخيارات ، فإن البحث المتسق لتحقيق وحدات أفضل وأكثر تقدمًا من حيث الكفاءة قد جعل من الممكن تشخيص تصميمات أكثر تعقيدًا لهذه التطبيقات.

سنناقش المزيد حول هذا الموضوع حيث يتم تحديث هذه المقالة بأحدث المعلومات حول هذا الموضوع.