Блоки живлення формату АТХ з корекцією коефіцієнта потужності.

У розглянутих схемах навантаженням мережі слугує конденсатор, що підключається до мережі через діодный міст. Зарядження конденсатора відбувається тільки в тому випадку, коли на ньому напруга менше ніж мережна. Внаслідок чого, струм носить імпульсний характер, що має безліч недоліків.

Мостовий випрямляч напруги.

Перелічимо ці недоліки:

• струм вносить у мережу вищі гармоніки (перешкоди);
• велика амплітуда струму споживання;
• значна реактивна складова в струмі споживання;
• сіткова напруга не використовується протягом всього періоду;
• ККД таких схем має невелике значення.

Нові блоки живлення мають вдосконалену сучасну схему, у ній з'явився ще один додатковий блок - коректор коефіцієнта потужності (ККП). Він здійснює підвищення коефіцієнта потужності. Або інакше кажучи, забирає деякі недоліки мостового випрямляча сіткової напруги.

Формула повної потужності.

Коефіцієнт потужності (КП) характеризує, скільки в повній потужності активної складової та скільки реактивної. Взагалі, можна сказати, а навіщо враховувати реактивну потужність, вона ж хибна та не несе користі.

Формула коефіцієнта потужності.

Наприклад, ми маємо якийсь прилад, блок живлення, з коефіцієнтом потужності 0,7 і потужністю 300 Вт. Видно з розрахунків, що наш блок живлення має повну потужність (суму реактивної і активної потужності) більше, ніж зазначена на ньому. І цю потужність повинна дати мережа живлення 220В. Хоча ця потужність не несе користі (навіть лічильник струму її не фіксує) вона все-таки існує.

Розрахунок повної потужності блоку живлення.

Тобто внутрішні елементи і мережні проводи повинні бути розраховані на потужність 430 Вт, а не 300 Вт. А уявіть собі випадок, коли коефіцієнт потужності дорівнює 0,1 ... Через це ДЕРЖМЕРЕЖА забороняє використовувати прилади з коефіцієнтом потужності менше 0,6, а у випадку виявлення таких на власника накладає штраф.

Відповідно кампаніями були розроблені нові схеми блоків живлення, які мали ККП. Спочатку в якості ККП використовувався включений на вході дросель великої індуктивності, такий блок живлення називають блок живлення з PFC або пасивним ККП. Подібний блок живлення має підвищений КП. Для досягнення потрібного КП необхідно оснащувати блоки живлення більшим дроселем, тому що вхідний опір блоку живлення носить ємний характер через встановлені конденсатори на виході випрямляча. Встановлення дроселя значно збільшує масу блоку живлення, і підвищує КП до 0,85, що не так вже і багато.

400 Вт блок живлення з пасивною корекцією коефіцієнта потужності.

На малюнку представлений блок живлення компанії FSP потужністю 400 Вт з пасивною корекцією коефіцієнта потужності. Він містить наступні елементи:

1. Конденсатори фільтра випрямленої напруги мережі.

2. Дросель, що здійснює корекцію коефіцієнта потужності.

3. Трансформатор головного перетворювача.

4. Трансформатор, що керує ключами.

5. Трансформатор допоміжного перетворювача (чергової напруги).

6. Фільтри сіткової напруги від пульсацій блоку живлення.

7. Радіатор, на якому встановлені вихідні транзисторні ключі.

8. Радіатор, на якому встановлені діоди, що випрямляють змінну напругу головного трансформатора.

9. Плата керування швидкістю обертання вентилятора.

10. Плата, на якій встановлений ШІМ-контролер FSP3528 (аналог KA3511).

11. Дросель групової стабілізації і елементи фільтра пульсацій вихідної напруги.

12. Конденсатори фільтра пульсацій вихідної напруги.

Включення дроселя для корекції КП.

Внаслідок не високої ефективності пасивного ККП в блок живлення була введена нова схема ККП, що побудована на основі ШІМ-стабилизатора, навантаженого на дросель. Ця схема приносить безліч плюсів блоку живленню:

• розширений діапазон робочих напруг;
• з'явилася можливість значно зменшити ємність конденсатора фільтра сіткової напруги;
• значно підвищений КП;
• зменшення маси блоку живлення;
• збільшення ККД блоку живлення.

Є і недоліки в цієї схеми - це зниження надійності БЖ і некоректна робота з деякими джерелами безперебійного живлення при перемиканнях режимів роботи батарея / мережа. Некоректна робота цієї схеми з ІБЖ викликана тим, що в схемі значно зменшилася ємність фільтра сіткової напруги. В момент, коли короткочасно пропадає напруга, сильно зростає струм ККП, необхідний для підтримки напруги на виході ККП, в наслідок чого спрацьовує захист від КЗ (короткого замикання) в ІБЖ.

Схема активного коректора коефіцієнта потужності.

Якщо подивитися на схему, то вона являє собою генератор імпульсів, що навантажений на дросель. Напруга мережі випрямляється діодним мостом і подається на ключ, що навантажений дроселем L1 і трансформатором Т1. Трансформатор введений для зворотного зв'язку контролера з ключем. Напруга з дроселя знімається за допомогою діодів D1 і D2. Причому напруга знімається по черзі за допомогою діодів, то з діодного мосту, то з дроселя, і заряджає конденсатори Cs1 і Cs2. Ключ Q1 відкривається і у дроселі L1 накопичується енергія потрібної величини. Розмір накопиченої енергії регулюється тривалістю відкритого стану ключа. Чим більше накопичено енергії, тим більшу напругу віддасть дросель. Після вимикання ключа відбувається віддача накопиченої енергії дроселем L1 через діод D1 конденсаторам.

Така робота дозволяє використати повністю всю синусоїду змінної напруги мережі на відміну від схем без ККП, а також стабілізувати напругу, що живить перетворювач.

У сучасних схемах блоків живленнях, часто застосовують двоканальні ШІМ-контролери. Одна мікросхема здійснює роботу, як перетворювача, так і ККП. Внаслідок чого істотно знижується кількість елементів у схемі блоку живлення.

Схема простого блоку живлення на двоканальному ШІМ-контролері.

Розглянемо схему простого блоку живлення на 12В з використанням двоканального ШІМ-контролера ML4819. Одна частина блоку живлення здійснює формування постійного стабілізованої напруги +380В. Інша частина являє собою перетворювач, що формує постійну стабілізовану напругу +12В. ККП складається, як і у вище розглянутому випадку, з ключа Q1, навантаженого на нього дроселя L1 трансформатора Т1 зворотного зв'язку. Діоди D5, D6 заряджають конденсатори С2, С3, С4. Перетворювач складається з двох ключів Q2 і Q3, навантажених на трансформатор Т3. Імпульсна напруга випрямляється діодною зборкою D13 і фільтрується дроселем L2 і конденсаторами С16, С18. За допомогою патрона U2 формується напруга регулювання вихідної напруги.

Блок живлення GlacialPower GP-AL650AA.

Розглянемо конструкцію блоку живлення, у якій є активний ККП:

1. Плата керування струмовим захистом;

2. Дросель, що виконує роль як фільтра напруг +12В и +5В, так і функцію групової стабілізації;

3. Дросель фільтра напруги +3,3В;

4. Радіатор, на якому розміщені випрямні діоди вихідних напруг;

5. Трансформатор головного перетворювача;

6. Трансформатор, що керує ключами головного перетворювача;

7. Трансформатор допоміжного перетворювача (формуючий чергову напругу);

8. Плата контролера корекції коефіцієнта потужності;

9. Радіатор, що охолоджує діодний міст і ключі головного перетворювача;

10. Фільтри сіткової напруги від перешкод;

11. Дросель коректора коефіцієнта потужності;

12. Конденсатор фільтра сіткової напруги.