Sélection d'un circuit intégré de correction du facteur de puissance pour la conversion AC-DC

Si vous utilisez le courant alternatif du réseau, vous pouvez utiliser un circuit intégré de correction de facteur de puissance pour assurer une conversion AC-DC à haute efficacité.

Il est une chose de créer un design parfaitement fonctionnel, mais c'en est une autre de s'assurer que ce design peut être légalement connecté au réseau. La question de savoir si le dispositif est sûr et fonctionnel n'est pas vraiment le problème. Au lieu de cela, assurer une haute efficacité de conversion dans les étapes d'alimentation, que ce soit en tant qu'unités à part entière ou intégrées sur un PCB, est tout au sujet du maintien d'un facteur de puissance élevé. C'est un aspect qui peut être négligé par de nombreux concepteurs, mais il est crucial pour la conformité aux normes.

Ce besoin de contrôler la correction du facteur de puissance s'applique au niveau industriel, au niveau des consommateurs, et partout entre les deux. Si vous utilisez le courant alternatif du réseau et régulez votre entrée DC avec un régulateur à découpage, alors vous devriez envisager d'ajouter un circuit intégré de correction de facteur de puissance. Les avantages incluent la conformité aux normes et la possibilité d'économiser de l'argent sur les factures d'électricité de vos clients. Voici ce qu'il faut surveiller lors de la sélection d'un circuit intégré de correction de facteur de puissance pour votre prochain PCB.

Qu'est-ce que la Correction de Facteur de Puissance ?

Le facteur de puissance d'un système électrique est défini comme la puissance réelle tirée par le système par rapport à la puissance apparente (ou théorique) tirée par le système. Pour une conversion AC simple linéaire en montée et en descente (par exemple, avec un transformateur), ou une conversion DC-DC linéaire (par exemple, avec un diviseur de tension), le facteur de puissance est égal à l'efficacité du système lorsqu'il n'y a pas de puissance réactive. Dans ce cas, la correction du facteur de puissance implique simplement d'ajouter un peu d'avance de phase ou de retard de phase au système de sorte que le courant tiré par le système soit parfaitement en phase avec la tension d'entrée.

Pour la conversion AC-DC et la régulation subséquente, la situation est plus compliquée en raison de la présence de composants non linéaires. Ici, les composants non linéaires, tels que les diodes utilisées dans un redresseur, produiront une distorsion harmonique dans la forme d'onde du courant à l'entrée de l'étage régulateur. En essence, le seul moment où le courant est tiré dans la section redresseur est lorsque les diodes du redresseur conduisent, produisant une impulsion de courant dans le système.

Cela est montré dans les formes d'onde d'exemple ci-dessous pour un système avec un redresseur tel que mesuré avant le condensateur de lissage. La courbe bleue montre la tension AC redressée qui est entrée dans le condensateur de lissage, et la courbe rouge montre le tirage de courant chaque fois que les diodes dans le redresseur conduisent.

Pourquoi cela devrait-il se produire ? Notez que les diodes dans le redresseur, étant des composants non linéaires, changent effectivement leur résistance DC entre les états haut et bas une fois que la tension d'entrée dépasse un certain seuil, donc elles ne tirent un courant significatif que lorsque la tension redressée est suffisamment élevée. C'est pourquoi le courant d'entrée pendant la rectification apparaît sous forme d'impulsions, plutôt que d'une onde sinusoïdale redressée. Cela crée une distorsion harmonique sur le réseau AC, qui doit être maintenue en dessous d'un certain niveau spécifié car un THD élevé gaspille essentiellement de l'énergie ailleurs dans le réseau.

Dans cet exemple, supposons que le facteur de puissance du système est de 60% et que l'efficacité théorique de votre régulateur est de 95% ; l'efficacité réelle sera de 60% x 95% = 57%. Cela devrait montrer comment, dans les stratégies de régulation de puissance en cascade, un faible facteur de puissance/efficacité dans un bloc diminuera l'efficacité dans tous les blocs en aval. En ajoutant un circuit de correction du facteur de puissance, vous lissez la demande de courant dans l'étage régulateur de tension en aval de sorte qu'il se rapproche davantage de la forme d'onde de tension réelle, ce qui augmente l'efficacité totale de la section d'alimentation.

Sélection d'un CI de correction du facteur de puissance

En ajoutant un CI de correction du facteur de puissance entre la sortie du redresseur et votre étage régulateur en aval, vous rapprochez le facteur de puissance global du système de 1. Les composants COTS peuvent amener le facteur de puissance très près de 1. Il y a d'autres caractéristiques à surveiller lors de la sélection d'un CI de correction du facteur de puissance :

• Notes maximales de tension et de courant : Les CI de correction du facteur de puissance ne sont pas conçus pour des systèmes à très haute tension/haute puissance. Faites attention à ces notes pour éviter que la puce ne brûle. Notez que le facteur de puissance d'un vrai CI peut être une fonction

• Topologie : Les circuits PFC peuvent avoir une topologie buck ou boost. Vous pourriez construire un PFC buck-boost, mais cela n'est pas couramment utilisé car vous devez normalement augmenter ou diminuer la puissance des AC mains. Le schéma de bloc pour ces CI ressemble juste à un 

• Fréquence de modulation : Un CI de correction du facteur de puissance utilise un signal PWM de commutation pour tirer périodiquement du courant dans le circuit PFC en synchronisation avec la forme d'onde de tension d'entrée. Cette action de commutation lissera le courant tiré de l'étage de redressement. Les valeurs typiques sont dans la gamme des 100 kHz. Certains CI fourniront ce signal PWM en sortie pour une utilisation dans un régulateur à découpage en aval.

• Mode de conduction : Il existe trois modes de conduction disponibles : mode de conduction continue (CCM), mode de conduction critique (CrCM) et mode de conduction discontinu (DCM). Cela se rapportera à la méthode de modulation (soit PWM soit PFM), dont PWM est assez commun.

Voici quelques-uns des CI de correction du facteur de puissance que vous trouverez sur le marché :

Analog Devices, LT1509

Le LT1509CSW d'Analog Devices convertit une sortie de haute tension non régulée en une sortie de basse tension isolée en utilisant la modulation de largeur d'impulsion (PWM). Le cycle de travail est limité en interne à 47% pour éviter la saturation du transformateur. Ce composant synchronisera en interne le signal PWM avec la section du contrôleur PFC pour assurer une correction maximale du facteur de puissance (facteur de puissance nominal de 99%). La tension d'alimentation d'entrée est évaluée de 11,5 à 25 V avec une sortie nominale de 7,5 V grâce à un circuit de tension de référence intégré.

Diagramme de bloc du circuit intégré de correction de facteur de puissance LT1509. Tiré de la fiche technique du LT1509.

ON Semiconductor, NCL30030B3DR2G

Le NCL30030B3DR2G d'ON Semiconductor fournit une correction de facteur de puissance et une régulation intégrées (topologie flyback en mode courant quasi-résonant) dans les systèmes nécessitant des kW de puissance. Ce composant particulier a été conçu pour alimenter des bancs de LED, mais il peut servir à d'autres fins nécessitant une sortie de haute puissance. L'étage PFC fournit des valeurs de facteur de puissance proches de 1 en CrCM avec une faible distorsion harmonique. La tension d'alimentation nominale varie de 40 à 700 V avec une sortie de 210V/4A.

Texas Instruments, UC3854BDW

Le circuit intégré de correction de facteur de puissance UC3854BDW de Texas Instruments fonctionne en CCM et accepte une tension d'alimentation de 10 à 20 V (maximum absolu de 22 V). Ce CI contient un oscillateur PWM intégré de 200 kHz avec une référence interne de 7,5 V pour la commutation et le lissage. La sortie est réduite à 5V/1.2A avec moins de 3% de distorsion du courant de ligne. Ce CI est également disponible en boîtiers 16 broches PDIP, SOIC large, CDIP et PLCC 20 broches.

Diagramme de bloc du circuit intégré de correction de facteur de puissance UC3854BDW. Tiré de la fiche technique du UC3854BDW.

La formation de faisceaux devient plus facile grâce aux composants contrôleurs de formation de faisceaux à réseau phasé. Lorsque vous avez besoin de trouver de nouveaux composants de formation de faisceaux pour votre prochain produit RF/sans fil, essayez d'utiliser les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Octopart vous offre une solution complète pour la recherche de composants électroniques et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Consultez notre page sur les circuits intégrés pour commencer à rechercher les composants dont vous avez besoin.

Restez à jour avec nos derniers articles en vous inscrivant à notre newsletter.