컴퓨터 전원 공급 장치의 능동 역률 보정은 어떻게 작동합니까?

나는 매우 자세한 설명을 찾고 있지 않습니다 (환영합니다). 작동 방식을 직관적으로 이해하려고합니다.

기본적으로 컴퓨터 PSU에서는 입력, 필터, PFC 회로, 스위치, 변압기, 정류기 등이 있으며 출력 필터와 소비자가 있습니다. 내가 읽은 것에서 스위치를 제어하고 출력에서 ​​전압을 조절하는 동일한 PWM 회로도 유효 역률 보정을 제어합니다.

내가 얻지 못하는 것은 역률이 실제로 수정되는 방식입니다.

사진은 다음과 같습니다.

이 두 트랜지스터는 어떻게 작동하며 PFC 컨트롤러는 역률이 나쁘다고 어떻게 판단합니까?

역률은 일반적으로 코일과 커패시터로 수정된다는 것을 알고 있으며 여기서 두 가지를 모두 볼 수 있지만 트랜지스터 중 하나가 작동을 시작할 때 실제로 어떤 일이 발생하는지, 두 개의 트랜지스터가 필요한 이유와 역률에 미치는 영향을 이해하지 못합니다.

역률은 전류가 전압을 따르도록함으로써 관리됩니다 ( "정정 된"은 일반적인 용어이지만 실제로는 잘못된 용어입니다). 회로도에서 버스 전압은 AC 파형의 피크보다 약간 높습니다. 인덕터, FET, 다이오드 및 커패시터는 부스트 컨버터를 형성합니다. 이 변환기는 정류 된 AC 입력 전압을 취해 버스 전압을 만듭니다.

제어 시스템이 출력 전압 만 조정하면 PFC가 발생하지 않습니다. 대신에 순간적인 정류 된 AC 입력 전압에 비례하도록 다이오드를 통해 평균 전류를 조절합니다. 역률 관점에서의 이상적인 부하는 전압과 위상이 같은 전류를가집니다. 그것을 보는 또 다른 방법은 AC 라인의 부하가 저항력이 있어야한다는 것입니다. 실제 저항과 마찬가지로 전류에 전압의 비례를 유지하려고합니다.

물론 이는 버스 전압을 조절하는 것과 상충됩니다. 이것은 AC 입력 전압에 대한 빠른 응답을 갖지만 버스 전압 조정에 대한 응답이 훨씬 느려 처리됩니다. 다시 말해서 AC 라인에는 여전히 저항이 표시되지만 버스 전압을 목표 값에 가깝게 유지하기 위해 필요에 따라 저항 값이 천천히 변경됩니다.

PFC에 대한 더 많은 배경과 전류를 측정하지 않고도 전압에 비례하여 전류를 유지하는 방법에 대한 내 디지털 PFC 컨트롤 기록을 확인할 수 있습니다 . 버스 전압을보다 정확하게 제어하기 위해 디지털 계산을 사용하는 것도 포함되어 있습니다. 계산 전력이 적 으면 AC 라인 전압을 따름으로써 버스에서 발생하는 리플이 무엇인지 알 수 있으며이를 사용하여 부하의 다양한 수요로 인해 변경된 사항을 결정할 수 있습니다. 이를 통해 PFC 기능을 그대로 유지하면서 기존 방식보다 빠르게로드 변경을 조정할 수 있습니다.

쉽게 한:

• 역률이 "나쁜"경우 PFC 컨트롤러가 "알지 못"하여 역률이 양호 함을 보장합니다.
• 부스트 컨버터의 동작 측면에서 그림과 같이 두 개의 트랜지스터를 갖는 것은 부적절하다 (모두 동시에 켜고 끌 것이다)
• 코일과 커패시터를 사용한 수동 역률 보정은 기본적으로 유효 역률 보정과 다릅니다

필립 C. 토드 (Philip C. Todd)의 액티브 PFC에 대한 표준 백서는 PFC의 작동 방식에 대해 매우 자세하게 설명하고 있으며, 고풍 컨트롤러 (UC3854) 용으로 작성되었지만 아이디어는 여전히 관련이 있으며 많은 현대적인 액티브 PFC 구현의 기초가됩니다.

능동형 PFC 컨트롤러의 기본 목적은 전원에서 인출되는 부하를 저항으로 보이게하는 것입니다. 분명히, 다운 스트림 부하는 대부분의 경우 비저항 (보통 DC / DC 컨버터와 같은 정 전력 부하)입니다. PFC 컨트롤러가 역률 보정을 달성 할 수있는 방법은 AC 파형을 감지하고 저항처럼 작동하도록 컨버터의 듀티 사이클 (일반적으로 부스트)을 변조하여 제로 크로싱에서 전류를 끌어 오지 않고 AC에서 최대 전류를 끌어내는 것입니다. 봉우리.

패시브 PFC (설명한 코일 및 커패시터)에는 비 이상적 부하에 대응하기 위해 전원에 큰 저역 통과 필터를 배치하는 것이 포함됩니다. 관련된 '스마트'는 없습니다.

제공 한 그림에 일반적인 PFC 컨트롤러가 사용하는 감지 네트워크가 없습니다.

• 입력 AC 파형 감지
• 출력 DC 감지
• MOSFET 전류

파형 감지는 일반적으로 전류 형태로 PFC 컨트롤러에 신호를 제공하여 브리지 정류기 이후의 AC 파형을 나타냅니다. PFC 컨트롤러는이 파형 입력을 사용하여 컨버터의 듀티 사이클을 제어합니다.

출력 DC 센싱은 부스트 ​​컨버터 출력 레귤레이션을 유지하는 느린 전압 (보통 20Hz 미만) 루프입니다. AC 파형 입력보다 대역폭이 낮아야합니다. 그렇지 않으면 PFC가 작동하지 않습니다.

MOSFET 전류 감지는 고속 전류 루프이며 전류 모드 제어에 사용됩니다.

"역률"은 두 가지 개별 우려를 나타냅니다.

• 전류와 전압 사이의 위상 각 (더 많은 위상차 = I * V에 비해 더 낮은 전력 공급)

• 비선형 부하로 인한 전류 왜곡 : 파고율 = 피크 전류 / rms 전류는 사인파의 sqrt (2)보다 훨씬 클 수있어 유틸리티의 전송 시스템에서 더 많은 소실을 야기하는 고조파가 발생합니다.

전원 공급 장치의 PFC 회로는 주로 이들 중 두 번째를 처리합니다. 다이어그램에서 인덕터 + MOSFET을 제거했다면 매우 높은 파고율 부하가 발생합니다. 다이오드는 커패시터에 큰 "슬러 프"전류를 끌어옵니다.

PFC 회로는 인덕터를 통해 흐르는 전류를 정류 된 사인파 (전압과 위상차)로 만들어 유틸리티 주전원의 전류를 사인파처럼 보이게하여 유틸리티를 보호합니다.

왜 두 개의 트랜지스터가 필요한가요? 그것들은 구현 세부 사항이 아닙니다 (공통 패키지에서 두 개의 작은 MOSFET을 사용하는 것이 일반적이지 않은 패키지에서 하나의 큰 MOSFET을 사용하는 것보다 비용면에서 효과적입니다).

제어 회로는 MOSFET을 켜서 인덕터를 통한 전류를 증가시킨다. MOSFET을 끄면 전류가 부하로 흐르게되어 일반적으로 전류가 감소합니다. 제어 회로는 앞에서 언급 한 것처럼 정류 된 사인파로 인덕터를 통한 전류를 제어하기 위해 전원을 켜거나 끄기로 결정합니다.

이것은 또한 출력에서의 전압을 조절한다.

이를 위해서는 일반 DC / DC 컨버터보다 약간 더 복잡하고 인덕터와 커패시터 모두에 더 많은 에너지 저장 용량이 필요합니다.