Выбор интегральной схемы коррекции коэффициента мощности для преобразования AC-DC

Если вы используете питание от сети переменного тока, то можете использовать микросхему коррекции коэффициента мощности для обеспечения высокоэффективного преобразования AC-DC.

Одно дело создать функционально идеальный дизайн, но совсем другое - убедиться, что этот дизайн можно законно подключить к сети. Вопрос не столько в безопасности и функциональности устройства. Важнее всего обеспечить высокую эффективность преобразования энергии на этапах питания, будь то отдельные блоки или интегрированные на печатной плате, что связано с поддержанием высокого коэффициента мощности. Это аспект, который многими разработчиками может быть упущен, но он критически важен для соответствия стандартам.

Необходимость контроля коррекции коэффициента мощности применяется как на промышленном уровне, так и на потребительском, и во всем, что между ними. Если вы работаете от сети переменного тока и регулируете свой вход постоянного тока с помощью импульсного регулятора, то вам следует рассмотреть добавление микросхемы коррекции коэффициента мощности. Преимущества включают соответствие стандартам и экономию денег ваших клиентов на счетах за электроэнергию. Вот на что следует обратить внимание при выборе микросхемы коррекции коэффициента мощности для вашей следующей печатной платы.

Что такое коррекция коэффициента мощности?

Коэффициент мощности электрической системы определяется как фактическая мощность, потребляемая системой, к видимой (или теоретической) мощности, потребляемой системой. Для простого линейного повышения и понижения напряжения переменного тока (например, с помощью трансформатора) или линейного преобразования DC-DC (например, с помощью делителя напряжения) коэффициент мощности равен эффективности системы, когда нет реактивной мощности. В этом случае коррекция коэффициента мощности просто включает добавление некоторого опережения или запаздывания фазы в систему, так что потребление тока системой идеально синхронизируется с входным напряжением.

Для преобразования AC-DC и последующего регулирования ситуация более сложная из-за наличия нелинейных компонентов. Здесь нелинейные компоненты, такие как диоды, используемые в выпрямителе, будут производить гармонические искажения в форме тока на входе в стадию регулирования. По сути, ток протекает в секцию выпрямителя только тогда, когда диоды в выпрямителе проводят, создавая пульсирующий ток в систему.

Это показано на примере форм сигналов ниже для системы с выпрямителем, измеренных до сглаживающего конденсатора. Синяя кривая показывает выпрямленное напряжение переменного тока, подаваемое на сглаживающий конденсатор, а красная кривая показывает потребление тока всякий раз, когда диоды в выпрямителе проводят.

Формы напряжения и тока в выпрямителе до стадий сглаживающего конденсатора/регулятора.

Почему это должно происходить? Обратите внимание, что диоды в выпрямителе, будучи нелинейными компонентами, эффективно изменяют свое сопротивление постоянному току между высоким и низким состояниями, как только входное напряжение превышает некоторый порог, так что значительный ток потребляется только когда выпрямленное напряжение достаточно высоко. Вот почему входной ток во время выпрямления представляет собой импульсы, а не выпрямленную синусоиду. Это создает гармонические искажения на переменном токе сети, которые должны быть удержаны ниже определенного уровня, поскольку высокий THD фактически тратит энергию в других местах сети.

В этом примере предположим, что коэффициент мощности системы составляет 60%, а теоретическая эффективность вашего регулятора - 95%; реальная эффективность будет 60% x 95% = 57%. Это должно показать, как в стратегиях каскадного регулирования мощности низкий коэффициент мощности/эффективности в одном блоке снизит эффективность во всех последующих блоках. Добавляя схему коррекции коэффициента мощности, вы сглаживаете потребление тока в последующем этапе регулятора напряжения, так что оно ближе соответствует истинной форме волны напряжения, что увеличивает общую эффективность секции питания.

Выбор интегральной схемы коррекции коэффициента мощности

Добавляя между выходом выпрямителя и вашим последующим этапом регулятора интегральную схему коррекции коэффициента мощности, вы приближаете общий коэффициент мощности системы к 1. Компоненты COTS могут приблизить коэффициент мощности очень близко к 1. Есть и другие характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе интегральной схемы коррекции коэффициента мощности:

• Макс. напряжение и ток: Интегральные схемы коррекции коэффициента мощности не предназначены для систем с очень высоким напряжением/высокой мощностью. Обратите внимание на эти характеристики, чтобы не перегреть чип. Обратите внимание, что коэффициент мощности реальной ИС может быть функцией

• Топология: Схемы PFC могут иметь понижающую или повышающую топологию. Вы можете построить понижающе-повышающий PFC, но это нечасто используется, поскольку обычно необходимо повышать или понижать мощность переменного тока сети. Блок-схема для этих ИС в основном выглядит так же, как и

• Частота модуляции: Интегральная схема коррекции коэффициента мощности использует переключающий сигнал ШИМ для периодического притягивания тока в схему PFC в синхронизации с формой волны входного напряжения. Это действие сглаживания будет выравнивать потребляемый ток от стадии выпрямителя. Типичные значения находятся в диапазоне 100 кГц. Некоторые ИС будут предоставлять этот сигнал ШИМ в качестве выхода для использования в последующем переключающем регуляторе.

• Режим проводимости: Доступны три режима проводимости: непрерывный режим проводимости (CCM), критический режим проводимости (CrCM) и прерывистый режим проводимости (DCM). Это будет связано с методом модуляции (либо ШИМ, либо ЧМ), из которых ШИМ довольно распространен.

Вот некоторые из интегральных схем коррекции коэффициента мощности, которые вы найдете на рынке:

Analog Devices, LT1509

LT1509CSW от Analog Devices преобразует нерегулируемое высокое напряжение на выходе в изолированное низкое напряжение с использованием ШИМ. Скважность импульсов ограничена внутренне до 47%, чтобы предотвратить насыщение трансформатора. Этот компонент внутренне синхронизирует сигнал ШИМ с секцией контроллера PFC для обеспечения максимальной коррекции коэффициента мощности (коэффициент мощности с номинальной оценкой 99%). Напряжение питания на входе составляет от 11,5 до 25 В с номинальным выходным напряжением 7,5 В благодаря интегрированной схеме опорного напряжения.

Блок-схема ИС коррекции коэффициента мощности LT1509. Из технического описания LT1509.

ON Semiconductor, NCL30030B3DR2G

NCL30030B3DR2G от ON Semiconductor обеспечивает интегрированную коррекцию коэффициента мощности и регулирование (квазирезонансная топология импульсного преобразователя с управлением по току) в системах, требующих мощности в киловаттах. Этот компонент был разработан для управления группами светодиодов, но может использоваться и в других целях, требующих высокой выходной мощности. Стадия PFC обеспечивает значения коэффициента мощности, близкие к 1, в CrCM с низкими гармоническими искажениями. Номинальное напряжение питания варьируется от 40 до 700 В с выходом 210В/4А.

Texas Instruments, UC3854BDW

ИС коррекции коэффициента мощности UC3854BDW от Texas Instruments работает в CCM и принимает напряжение питания от 10 до 20 В (22 В абсолютный максимум). Эта ИС содержит интегрированный 200 кГц ШИМ-генератор с внутренним опорным напряжением 7,5 В для коммутации и сглаживания. Выходное напряжение понижается до 5В/1.2А с искажением тока линии менее 3%. Эта ИС также доступна в корпусах 16-контактного PDIP, широкого SOIC, CDIP и 20-контактного PLCC.

Блок-схема ИС коррекции коэффициента мощности UC3854BDW. Из технического описания UC3854BDW.

Формирование диаграммы направленности становится проще благодаря компонентам контроллера фазированной антенной решетки. Когда вам нужно найти новые компоненты для формирования диаграммы направленности для вашего следующего продукта РЧ/беспроводной связи, попробуйте использовать расширенные функции поиска и фильтрации на Octopart. Octopart предлагает полное решение для поиска электронных компонентов и управления цепочками поставок. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы начать поиск необходимых вам компонентов.

Оставайтесь на связи с нашими последними статьями, подписавшись на нашу рассылку.