Пассивные PFC

Пассивные PFC делают на реактивном элементе - дросселе. К сожалению, для получения приемлемой эффективности его размеры получаются соизмеримы с размерами трансформаторного варианта построения этого блока питания, что экономически не выгодно. Большие геометрические размеры дросселя получаются потому, что он должен работать на частоте 50Hz (точнее 100Hz из-за удвоения частоты после выпрямления) и он никак не может быть меньше соответствующего трансформатора на такую же мощность. Довольно часто в БП под вывеской "пассивный PFC" скрывается дроссель весьма малых размеров. Точнее сказать, там не может быть дросселя достаточных размеров из-за весьма ограниченного места в корпусе обычного компьютерного БП. Подобный декоративный PFC может испортить динамические характеристики БП или стать причиной неустойчивой работы.

Если провести моделирование пассивных PFC, то хорошо видна разница между ними:

Разные типы разделены цветами:

• красный - обычный БП без PFC,
• желтый - увы, "обычный БП с пассивным PFC",
• зеленый - БП с пассивным PFC достаточной индуктивности.

На модели показаны процессы при включении БП и кратковременном провале через 250mS. Большой выброс напряжения при наличии пассивного PFC получается потому, что в дросселе накапливается слишком большая энергия при заряде сглаживающего конденсатора. Для борьбы с этим эффектом производят постепенное включение БП - вначале последовательно с дросселем подключается резистор для ограничения стартового тока, потом он закорачивается. Для БП без PFC или с декоративным пассивным PFC эту роль выполняет специальный терморезистор с положительным сопротивлением, т.е. его сопротивление сильно возрастает при нагревании. При большом токе такой элемент очень быстро нагревается и величина тока уменьшается, в дальнейшем он охлаждается из-за уменьшения тока и никакого влияния на схему не оказывает. Т.о., терморезистор выполняет свои ограничивающие функции только при очень больших, стартовых токах. Для пассивных PFC импульс тока при включении не так велик и терморезистор зачастую не выполняет свою ограничивающую функцию. В нормальных, больших пассивных PFC кроме терморезистора ставится еще специальная схема, а в "традиционных", декоративных этого нет.

И по самим графикам. Декоративный пассивный PFC дает всплеск напряжения, что может привести к пробою силовой схемы БП, усредненное напряжение несколько меньше случая без_PFC и при кратковременном пропадании питания напряжение падает на бОльшую величину, чем без_PFC. На лицо явное ухудшение динамических свойств. Нормальный пассивный PFC также имеет свои особенности. Если не учитывать начального всплеска, который в обязательном порядке должен быть компенсирован последовательностью включения, то можно сказать следующее:

- Выходное напряжение стало меньше. Это правильно, ведь оно равно не пиковому входному, как для первых двух типов БП, а "действующему". Отличие пикового от действующего равно корню из двух.
Пульсации выходного напряжения значительно меньше, ведь часть сглаживающих функций переходит на дроссель.
- Провал напряжения при кратковременном пропадании напряжения также меньше по той же причине.
- После провала следует всплеск. Это очень существенный недостаток и это основная причина, почему пассивные PFC не распространены. Этот всплеск происходит потому же, почему он происходит при включении, но для случая начального включения специальная схема может что-то откорректировать, то в работе это сделать много труднее.
- При кратковременном пропадании входного напряжения выходное меняется не так резко, как в других вариантах БП. Это очень ценно, т.к. медленное изменение напряжения схема управления БП отрабатывает весьма успешно и никаких помех на выходе БП не будет.

Для других вариантов БП при подобных провалах на выходах БП обязательно пойдет помеха, что может сказаться на надежности функционирования. Как часты кратковременные пропадания напряжения? По статистике, 90% всех нестандартных ситуаций с сетью 220V приходится как раз на такой случай. Основной источник возникновения, это переключения в энергосистеме и подключение мощных потребителей.

На рисунке показана эффективность PFC по уменьшению импульсов тока:

Для БП без PFC сила тока достигает 7.5A, пассивный PFC уменьшает ее в 1.5 раза, а нормальный PFC уменьшает ток значительно больше.

Активные PFC

Активный PFC это, по сути, еще один преобразователь, который встраивается между выпрямителем и конденсатором. Обычно, это повышающий преобразователь (StepUp) и он стабилизирует напряжение на выпрямительном конденсаторе на уровне, несколько бОльшем, чем максимальное напряжение в входной сети, обычно это 400V. Отличие активного PFC от простого преобразователя в том, что он питается от несглаженного напряжения и ограничивает свой ток из источника так, чтобы он соответствовал желательному, приближал форму тока к виду резистивной нагрузки. У активного PFC все свойства хорошего пассивного PFC без его недостатков. К достоинствам PFC в целом надо отнести:

• хорошую фильтрацию помех из сети 220V, особенно в пассивных PFC;
• вообще говоря, емкость конденсатора входного выпрямителя можно уменьшить в 2 раза - из-за накопления энергии в схеме PFC требования к емкости конденсатора смягчаются. Для случая декоративного пассивного PFC этот конденсатор нельзя уменьшать - стартовый бросок напряжения увеличится еще больше;
• значительно бОльший рабочий диапазон входного напряжения для активного PFC. Дело в том, что при заниженном входном напряжении активный PFC будет пытаться стабилизировать напряжение на выпрямительном конденсаторе.

Т.е. у всей схемы появились положительные свойства FlyBack без ее недостатков в превышении мощности и напряжения питания. Недостаток PFC один - повышение стоимости и увеличение размера БП.

Данная статья взята с сайта www.overclockers.ru.