Comment fonctionne la correction active du facteur de puissance dans les blocs d'alimentation des ordinateurs?

Je ne cherche pas d'explication très détaillée (même si ce serait bienvenu). Je cherche plus à comprendre intuitivement comment cela fonctionne.

Fondamentalement, dans le bloc d'alimentation de l'ordinateur, j'ai une entrée suivie de filtres suivis d'un circuit PFC suivi d'un interrupteur suivi d'un transformateur suivi d'un redressé et à la fin j'ai un filtrage de sortie et un consommateur. D'après ce que j'ai lu, le même circuit PWM qui contrôle le commutateur et régule la tension à la sortie contrôle également la correction du facteur de puissance active.

Ce que je ne comprends pas, c'est la façon dont le facteur de puissance est réellement corrigé.

Voici une photo:

Comment fonctionnent ces deux transistors ici et comment le contrôleur PFC pourrait-il déterminer que le facteur de puissance est mauvais?

Je sais que le facteur de puissance est généralement corrigé avec des bobines et des condensateurs et je vois les deux ici, mais je ne comprends pas ce qui se passe réellement quand l'un des transistors commence à conduire, pourquoi deux transistors sont nécessaires et comment cela affecte le facteur de puissance.

Le facteur de puissance est géré («corrigé» est vraiment le mauvais terme, bien que ce soit le terme courant) en faisant suivre le courant à la tension. Dans votre schéma, la tension du bus sera un peu plus élevée que les crêtes de la forme d'onde CA. L'inductance, les transistors à effet de champ, la diode et le condensateur forment un convertisseur élévateur. Ce convertisseur prend la tension d'entrée CA redressée et établit la tension du bus.

Si le système de contrôle ne régulait que la tension de sortie, il n'y aurait pas de PFC. Ce qu'il fait à la place, c'est de réguler le courant moyen à travers la diode pour qu'il soit proportionnel à la tension d'entrée CA redressée instantanée. N'oubliez pas que la charge idéale du point de vue du facteur de puissance a le courant en phase avec la tension. Une autre façon de voir les choses est que la charge sur la ligne AC doit avoir un aspect résistif. Tout comme une vraie résistance, vous voulez garder le courant proportionnel à la tension.

Bien sûr, cela est contraire à la régulation de la tension du bus. Ceci est géré en ayant une réponse rapide à la tension d'entrée AC mais une réponse beaucoup plus lente à la régulation de la tension du bus. En d'autres termes, la ligne CA voit toujours une résistance, mais la valeur de résistance est lentement modifiée au besoin pour maintenir la tension du bus près de sa valeur cible.

Vous pouvez consulter mon article sur le contrôle numérique du PFC pour plus d'informations sur le PFC et un moyen que j'ai trouvé pour garder le courant proportionnel à la tension sans avoir à mesurer le courant. J'ai un brevet à ce sujet, qui comprend également l'utilisation du calcul numérique pour contrôler la tension du bus plus précisément. Avec un peu de puissance de calcul, vous pouvez savoir quelle ondulation est causée sur le bus en raison du suivi de la tension de ligne CA, puis l'utiliser pour déterminer ce qui a changé en raison de la demande variable de la charge. Cela permet de s'adapter aux changements de charge plus rapidement que l'approche conventionnelle mais sans vaincre la fonction PFC.

Simplifié:

• le contrôleur PFC ne "sait" pas si le facteur de puissance est "mauvais", il garantit que le facteur de puissance est bon
• le fait d'avoir deux transistors comme illustré n'est pas pertinent en termes de fonctionnement du convertisseur élévateur (les deux seront allumés et éteints en même temps)
• la correction passive du facteur de puissance avec bobines et condensateurs est fondamentalement différente de la correction active du facteur de puissance

L'article canonique sur le PFC actif par Philip C. Todd donne une explication très détaillée du fonctionnement du PFC, et même s'il est écrit pour un contrôleur archaïque (l'UC3854), les idées sont toujours pertinentes et la base de nombreuses implémentations PFC actives modernes.

Le but fondamental d'un contrôleur PFC actif est de rendre résistive la charge tirée du secteur. De toute évidence, la charge en aval est non résistive dans la plupart des cas (généralement une charge à puissance constante comme un convertisseur DC / DC). La façon dont le contrôleur PFC peut obtenir la correction du facteur de puissance consiste à détecter la forme d'onde CA et à moduler le rapport cyclique d'un convertisseur (généralement un boost) pour agir comme une résistance - ne pas tirer de courant aux passages à zéro et tirer le courant maximum au courant alternatif pics.

Le PFC passif (les bobines et les condensateurs que vous avez décrits) implique de mettre un grand filtre passe-bas sur le secteur pour contrer la charge non idéale. Il n'y a pas de «intelligence» impliquée.

L'illustration que vous avez fournie ne contient pas les réseaux de détection qu'un contrôleur PFC typique utilise:

• la détection de forme d'onde CA d'entrée
• la détection de sortie DC
• le courant MOSFET

La détection de forme d'onde fournit un signal au contrôleur PFC, généralement sous forme de courant, qui représente la forme d'onde CA après le pont redresseur. Le contrôleur PFC utilise cette entrée en forme d'onde pour contrôler le rapport cyclique du convertisseur.

La détection CC de sortie est une boucle de tension lente (généralement inférieure à 20 Hz) qui maintient la régulation de sortie du convertisseur élévateur. Il doit avoir une bande passante inférieure à celle de l'entrée de forme d'onde CA, sinon le PFC ne fonctionnera pas.

La détection de courant MOSFET est une boucle de courant rapide, utilisée pour le contrôle du mode courant.

Le "facteur de puissance" renvoie à deux préoccupations distinctes:

• l'angle de phase entre le courant et la tension (plus de différence de phase = puissance délivrée inférieure par rapport à I * V)

• la distorsion de courant causée par des charges non linéaires: facteur de crête = courant de crête / courant efficace peut être beaucoup plus élevé que le sqrt (2) pour les ondes sinusoïdales, conduisant à des harmoniques qui provoquent plus de dissipation dans le système de transmission du service public.

Un circuit PFC dans une alimentation électrique s'adresse principalement au second d'entre eux. Si vous vous débarrassiez de l'inductance + des MOSFET dans ce diagramme, vous vous retrouveriez avec une charge de facteur de crête très élevée: la diode attire de grandes "slurps" de courant dans le condensateur.

Le circuit PFC tente de protéger le service public de cela, en transformant le courant à travers l'inductance en une onde sinusoïdale redressée (en phase avec la tension), ce qui fait que le courant sur le réseau public ressemble à une onde sinusoïdale.

Pourquoi faut-il deux transistors? Ce n'est pas le cas, c'est un détail d'implémentation (il est peut-être plus rentable d'utiliser deux MOSFET plus petits dans un package commun que d'utiliser un MOSFET plus grand dans un package inhabituel).

Le circuit de commande active le MOSFET, ce qui augmente le courant dans l'inductance. La désactivation du MOSFET permettra au courant de circuler dans la charge, ce qui diminue généralement le courant. Le circuit de commande décide de l'activer / désactiver pour contrôler le courant à travers l'inductance - comme une onde sinusoïdale rectifiée, comme je l'ai dit plus tôt.

Il régule également la tension à la sortie.

Pour ce faire, il nécessite un peu plus de complexité que, par exemple, un convertisseur CC / CC ordinaire, ainsi qu'une capacité de stockage d'énergie plus élevée dans l'inductance et le condensateur.