Was ist ein PFC-Regler?
Ein PFC-Regler ist ein Regler, der eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC-Schaltung) steuert, um den Leistungsfaktor zu verbessern.
Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung. Wenn Wechselspannung in einen Stromkreis mit kapazitiven oder induktiven Lasten eingespeist wird, verursacht eine Phasendifferenz im Eingangsstrom oder eine Verzerrung der Wellenform gegenüber der Sinusform Oberschwingungsströme, die den Leistungsfaktor verschlechtern.
Ein PFC-Schaltkreis verbessert die Phasendifferenz und die Oberschwingungsströme, um den Leistungsfaktor näher an 1 zu bringen, und der PFC-Regler steuert dies.
Anwendungen von PFC-Reglern
Der PFC-Regler ist ein wesentlicher Schaltkreis für ACDC-Wandler, die den Wechselstrom des Handels in Gleichstrom umwandeln. Wenn der Leistungsfaktor elektronischer Geräte niedrig ist, muss über die von der Last verbrauchte Leistung hinaus zusätzlicher Strom zugeführt werden, was die Versorgungsseite, z. B. das Energieversorgungsunternehmen, stark belastet.
Noch problematischer sind die durch Oberschwingungsströme verursachten Schäden an Übertragungs- und Verteilungsanlagen. Die internationale Norm IEC 61000-3-2 legt Grenzwerte für Oberschwingungsströme fest, die von elektronischen Geräten eingehalten werden müssen.
Daher muss der Leistungsfaktor mit einem PFC-Regler verbessert werden, damit die Regelungswerte eingehalten werden.
Funktionsweise des PFC-Reglers
Die Wechselspannung am Eingang eines ACDC-Wandlers wird durch eine Diodenbrücke gleichgerichtet, dann durch einen Kondensator geglättet und in eine Gleichspannung umgewandelt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Spannung an beiden Enden des Kondensators und der durch den Kondensator fließende Strom verschoben, was zu einer Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung und dem Strom führt.
Außerdem fließt während der Zeit, in der die Eingangswechselspannung niedriger ist als die Spannung an beiden Enden des Kondensators, kein Strom, und der Ladestrom fließt nur während der höheren Periode, so dass die Wellenform des Eingangsstroms von einer Sinuswelle verzerrt wird und Oberschwingungsströme erzeugt werden. Diese Phasendifferenz und die durch den Glättungskondensator verursachten Oberschwingungsströme sind Faktoren, die den Leistungsfaktor verschlechtern.
Um den Leistungsfaktor zu verbessern, wird zwischen der Diodenbrücke und dem Glättungskondensator eine PFC-Schaltung eingefügt; die PFC-Schaltung hat eine ähnliche Schaltungsstruktur wie ein DCDC-Aufwärtswandler und steuert die Schaltelemente ein- und aus, so dass sich der Eingangsstrom einer Sinuswelle nähert.
Aufbau des PFC-Reglers
Die Schaltung eines PFC-Reglers besteht aus einer Induktivität, einem FET und einer Diode; der FET ist ein Feldeffekttransistor, der, wie der Name schon sagt, eine Art Transistor ist.
Wenn der FET ein- und ausgeschaltet wird, ändert sich der in der Spule fließende Strom schnell, aber die Spule hat die Eigenschaft, die Änderung des fließenden Stroms zu verlangsamen. Bei diesen Vorgängen wird der in der Spule fließende Strom zu einer Dreieckswelle. Durch wiederholte Schaltvorgänge wird sichergestellt, dass der Spitzenwert des Spulenstroms sinusförmig ist.
Weitere Informationen zu PFC-Reglern
1. Schaltungssystem der PFC-Schaltung
Es gibt zwei Arten von PFC-Schaltungen: ein einzelnes System, das aus einem Satz von Schaltern besteht, und ein verschachteltes System, das aus zwei Sätzen von Schaltern besteht, die mit um 180° verschobenen Phasen angesteuert werden, um den Rippelstrom zu unterdrücken.
Außerdem gibt es zwei Betriebsarten: den stromkontinuierlichen Modus (CCM) für Anwendungen mit hoher Leistung (200-500 W) und den stromkritischen Modus (CRM) für Anwendungen mit mittlerer Leistung (100-200 W). Es ist wichtig, den für den Zweck und die Anwendung geeigneten Modus zu wählen.
2. Wirkleistung und Scheinleistung
- Wirkleistung
Dies ist die Leistung, die von der Last aufgenommen wird. (Die nicht von der Last aufgenommene Leistung wird als Blindleistung bezeichnet). - Scheinleistung
Die von einer AC-Stromversorgung abgegebene Leistung. Sie wird berechnet als das Produkt aus Effektivspannung und Effektivstrom, die an die Last angelegt werden. Aus der Scheinleistung werden sowohl die bereits erwähnte Wirk- als auch die Blindleistung gewonnen. Die Summe aus Wirk- und Blindleistung ist daher die Scheinleistung.