Що дає PFC? (Power Factor Correction)
Ні для кого не секрет, що одним з головних блоків комп'ютера є блок живлення. При покупці ми звертаємо свою увагу на різні характеристики: на максимальну потужність блоку, характеристики системи охолодження і на уровань шуму. Але не всі задаються питанням що таке PFC?
Отже, давайте розберемося що дає PFC
Стосовно до імпульсних блоків живлення (в системних блоках комп'ютерів в даний час використовуються БП тільки такого типу) цей термін означає наявність в блоці живлення відповідного набору схемотехнических елементів.
Power Factor Correction - перекладається як «Корекція фактора потужності», зустрічається також назва «компенсація реактивної потужності».
Власне фактором або коефіцієнтом потужності називається відношення активної потужності (потужності, споживаної блоком живлення безповоротно) до повної, тобто до векторної сумі активної і реактивної потужностей. По суті коефіцієнт потужності (не плутати з ККД!) Є відношення корисної та отриманої потужностей, і чим він ближче до одиниці - тим краще.
PFC буває двох різновидів - пасивний і активний.
При роботі імпульсний блок живлення без будь-яких додаткових PFC споживає потужність від мережі живлення короткими імпульсами, приблизно збігаються з піками синусоїди напруги.
Найбільш простим і тому найбільш поширеним є так званий пасивний PFC, що представляє собою звичайний дросель порівняно великій індуктивності, включений в мережу послідовно з блоком живлення.
Пасивний PFC кілька згладжує імпульси струму, розтягуючи їх у часі - однак для серйозного впливу на коефіцієнт потужності необхідний дросель великий індуктивності, габарити якого не дозволяють встановити його всередині комп'ютерного блоку живлення. Типовий коефіцієнт потужності БЖ з пасивним PFC складає всього лише близько 0,75.
Активний PFC є ще один імпульсний джерело живлення, причому підвищує напругу.
Як видно, форма струму, споживаного блоком живлення з активним PFC, дуже мало відрізняється від споживання звичайної резистивного навантаження - результуючий коефіцієнт потужності такого блоку може досягати 0,95 ... 0,98 при роботі з повним навантаженням.
Правда, у міру зниження навантаження коефіцієнт потужності зменшується, в мінімумі опускаючись приблизно до 0,7 ... 0,75 - тобто до рівня блоків з пасивним PFC. Втім, треба зауважити, що пікові значення струму споживання у блоків з активним PFC все одно навіть на малій потужності виявляються помітно менше, ніж у всіх інших блоків.
Крім того, що активний PFC забезпечує близький до ідеального коефіцієнт потужності, так ще, на відміну від пасивного, він покращує роботу блоку живлення - він додатково стабілізує вхідну напругу основного стабілізатора блоку - блок стає помітно менш чутливим до зниженої мережевої напруги, також при використанні активного PFC досить легко розробляються блоки з універсальним живленням 110 ... 230В, які не потребують ручного перемикання напруги мережі.
Такі БП мають специфічну особливість - їх експлуатація спільно з дешевими ДБЖ, що видають ступінчастий сигнал при роботі від батарей може призводити до збоїв в роботі комп'ютера, тому виробники рекомендують використовувати в таких випадках ДБЖ класу Smart, завжди подають на вихід синусоїдальний сигнал.
Також використання активного PFC покращує реакцію блоку живлення під час короткочасних (частки секунди) провалів мережевої напруги - в такі моменти блок працює за рахунок енергії конденсаторів високовольтного випрямляча, ефективність використання яких збільшується більш ніж в два рази. Ще однією перевагою використання активного PFC є більш низький рівень високочастотних перешкод на вихідних лініях, тобто такі БП рекомендуються для використання в ПК з периферією, призначеної для роботи з аналоговим аудіо / відео матеріалом.
А тепер трохи теорії
Звичайна, класична, схема випрямлення змінної напруги мережі 220V складається з діодного моста і згладжує конденсатора. Проблема в тому, що струм заряду конденсатора носить імпульсний характер (тривалість близько 3mS) і, як наслідок цього, дуже великим струмом.
Наприклад, для БП з навантаженням в 200W середній струм з мережі 220V буде 1A, а імпульсний - в 4 рази більше. Якщо таких БП багато і (або) вони могутніше? ... тоді струми будуть просто божевільними - не витримає проводка, розетки, та й платити доведеться більше за електрику, адже якість струму споживання вельми сильно враховується.
Наприклад, на великих заводах є спеціальні конденсаторні установки для компенсації "косинуса". У сучасній комп'ютерній техніці зіткнулися з тими ж проблемами, але ставити багатоповерхові конструкції ніхто не буде, і пішли іншим шляхом - в блоках харчування ставлять спеціальний елемент по зменшенню "імпульсний" споживаного струму - PFC.
Різні типи розділені квітами:
- червоний - звичайний БП без PFC,
- жовтий - на жаль, "звичайний БП з пасивним PFC",
- зелений - БП з пасивним PFC достатньою індуктивності.
На моделі показані процеси при включенні БП і короткочасному провалі через 250mS. Великий викид напруги при наявності пасивного PFC виходить тому, що в дроселі накопичується занадто велика енергія при заряді згладжує конденсатора. Для боротьби з цим ефектом виробляють поступове включення БП - спочатку послідовно з дроселем підключається резистор для обмеження стартового струму, потім він закорачивается.
Для БП без PFC або з декоративним пасивним PFC цю роль виконує спеціальний терморезистор з позитивним опором, тобто його опір сильно зростає при нагріванні. При великому струмі такий елемент дуже швидко нагрівається і величина струму зменшується, в подальшому він охолоджується через зменшення струму і ніякого впливу на схему не робить. Т.ч., терморезистор виконує свої обмежують функції тільки при дуже великих, стартових токах.
Для пасивних PFC імпульс струму при включенні не такий великий і терморезистор часто не виконує свою обмежує функцію. У нормальних, великих пасивних PFC окрім терморезистора ставиться ще спеціальна схема, а в "традиційних", декоративних цього немає.
І по самим графіками. Декоративний пасивний PFC дає сплеск напруги, що може привести до пробою силової схеми БП, усереднене напруга трохи менше випадку без_PFC і при короткочасному зникненні живлення напруга спадає на більшу величину, ніж без_PFC. На обличчя явне погіршення динамічних властивостей. Нормальний пасивний PFC також має свої особливості. Якщо не враховувати початкового сплеску, який в обов'язковому порядку повинен бути компенсований послідовністю включення, то можна сказати наступне:
- Вихідна напруга стало менше. Це правильно, адже воно одно не пікового вхідному, як для перших двох типів БП, а "чинному". Відмінність пікового від чинного дорівнює кореню з двох.
Пульсації вихідної напруги значно менше, адже частина згладжують функцій переходить на дросель.
- Провал напруги при короткочасному зникненні напруги також менше з тієї ж причини.
- Після провалу слід сплеск. Це дуже суттєвий недолік і це основна причина, чому пасивні PFC не поширені. Цей сплеск відбувається тому ж, чому він відбувається при включенні, але для випадку початкового включення спеціальна схема може щось відкоригувати, то в роботі це зробити набагато важче.
- При короткочасному зникненні вхідної напруги вихідна змінюється не так різко, як в інших варіантах БП. Це дуже цінно, тому що повільне зміна напруги схема управління БП відпрацьовує вельми успішно і ніяких перешкод на виході БП не буде.
Для інших варіантів БП при подібних провалах на виходах БП обов'язково піде перешкода, що може позначитися на надійності функціонування. Як часті короткочасні зникнення напруги? За статистикою, 90% всіх нестандартних ситуацій з мережею 220V припадає саме на такий випадок. Основне джерело виникнення, це перемикання в енергосистемі і підключення потужних споживачів.
На малюнку показана ефективність PFC щодо зменшення імпульсів струму:
Для БП без PFC сила струму досягає 7.5A, пасивний PFC зменшує її в 1.5 рази, а нормальний PFC зменшує струм значно більше.
Якщо таких БП багато і (або) вони могутніше?Як часті короткочасні зникнення напруги?