/       /       /    Устройство импульсных блоков питания, APFC

Устройство импульсных блоков питания, APFC

Некоторое время назад мне задавали вопрос по поводу корректора коэффициента мощности импульсных блоков питания, попробую кратко рассказать что это такое и зачем надо.

Так уж сложилось, что в обычной жизненной ситуации вы скорее всего встретите корректор коэффициента мощности (ККМ) в блоке питания компьютера.
Нет, конечно они встречаются и в других блоках питания, даже чаще, чем в компьютерных. Но обычно это промышленные блоки питания и в быту попадаются крайне редко.
Думаю что большинство читателей моего блога и зрителей моего канала, как минимум немного ориентируются в радиоэлектронике, потому скорее всего видели компьютерный блок питания "изнутри".
Блок питания с активным корректором выглядит на первый взгляд почти также как и обычный.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Но если посмотреть внимательнее, то на "горячей" стороне можно заметить большой дроссель. Его магнитопровод может иметь разную форму, но чаще всего попадаются с кольцевыми, как и вариант на фото.
Кроме того подобные блоки питания отличаются еще и тем, что обычно в них установлен один фильтрующий конденсатор на 450-500 Вольт, а не два по 200-250. Обусловлено это тем, что часто такие блоки питания имеют широкий диапазон входного напряжения от 100-115 Вольт и переключение входного напряжения им не нужно.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Не стоит путать дроссель АККМ (активный корректор коэффициента мощности) с выходным дросселем групповой стабилизации, хотя внешне они весьма похожи. Отличие в том, что обычно дроссель корректора имеет только одну обмотку, а ДГС (дроссель групповой стабилизации), несколько.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Вообще корректор может быть не только активным, а и пассивным. В этом случае вы увидите на верхней крышке блока питания "железный" дроссель с парой проводов, внешне похожий на 50Гц трансформатор мощностью 10-20 Ватт.
Такой вариант также жизнеспособен, но заменить полноценный активный корректор он не может.

Теперь не много о том, зачем это вообще все надо. Думаю вы знаете, что ток в сети имеет форму синусоиды, действующее напряжение 220-230 Вольт (у нас), амплитудное - 310-320 Вольт. Не буду сейчас рассказывать чем отличается действующее от амплитудного, сделаю это в другой раз, но кто еще не видел, синусоида выглядит так, как показано на этом рисунке.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Дальше переменный ток выпрямляется и фильтруется конденсаторами. Чаще всего применяется такая схема, представляющая из себя диодный мост и пару (иногда один) конденсаторов.
Конечно там есть еще входной фильтр, предохранитель, но в данном случае они нас не касаются.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

При нормальной напряжение на конденсаторах будет примерно 280-320 Вольт в зависимости от их емкости и мощности нагрузки, я об этом уже рассказывал в своем видео посвященному устройству блоков питания.
Но так как напряжение в сети по сути 100 раз в секунду меняется от нуля до 320 Вольт и опять до нуля, а в цепи есть диодный мост, то ток заряда конденсаторов фильтра течет не всегда, а только когда амплитудное напряжение превысит напряжение на конденсаторах.
При этом ток в цепи 220-230 Вольт будет выглядеть как показано вверху этой картинки. Получается, что блок питания потребляет энергию не постоянно, а только на пиках синусоиды. Если предположить, что БП потребляет в итоге энергию всего 20% времени, то ток в момент когда идет заряд конденсаторов, будет в 5 раз больше среднего тока потребления. Например ток 1 Ампер, мощность 220 Ватт, значит пики тока будут доходить до 5 Ампер.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Проблема эта вылезла "в полный рост" тогда, когда количество импульсных блоков питания превысило некую "критическую массу". В итоге было придумано довольно простое и эффективное решение. Кстати, в развитых странах все мощные блоки питания должны иметь корректор коэффициента мощности, но так как это недешево, то производители недорогих блоков питания на этом экономят в первую очередь.

Как я сказал, решение проблемы простое и по сути лежит на поверхности. А базой для этого решения является обычный степ-ап преобразователь напряжения. На схеме виден дроссель, транзистор, диод, ШИМ контроллер и конденсатор.
При открывании транзистора в дросселе накапливается энергия, которая при закрытии транзистора суммируется с входным напряжением и поступает в нагрузку, подзаряжая выходной конденсатор. Такая схема часто используется в повербанках для получения 5 Вольт из 3.7.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Но если скрестить обычный блок питания и эту схему, то мы получим активный корректор коэффициента мощности.
При этом важно то, что фильтрующий конденсатор после диодного моста не ставится, его роль выполняет конденсатор небольшой емкости, обычно 0.47-1.0мкФ, он нужен только для компенсации импульсного характера потребления корректора.

В итоге преобразователь пытается "высосать" из сети все что можно в диапазоне уже не 220-230 Вольт, а 40-80. Кстати, мощные блоки питания далеко не всегда могут работать в широком диапазоне, хотя и могут при этом содержать в своем составе АККМ. Просто в таких режимах корректору приходится тяжело и работу в широком диапазоне они не обеспечивают, хотя и продолжают корректно работать.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Здесь я попробовал наглядно показать разницу в работе обычного БП и БП с корректором.
Красным выделен вариант работы обычного блока питания, заштрихованная часть отображает зону, где есть потребление тока. Видно что зона довольно узкая, соответственно ток будет большим. Причем чем больше емкость конденсаторов фильтра, тем уже будет эта зона и тем ниже будет коэффициент мощности.
Синим и зеленым я показал пару вариантов работы активного корректора, один начинает работу примерно от 100 Вольт амплитудной составляющей, второй примерно от 50 Вольт. Видно что зона стала шире, соответственно ток пропорционально падает и растет коэффициент мощности.
В общем-то данная зона может начинаться почти от нуля, тогда коэффициент будет равен единице, но обычно он составляет 0.98-1, этого более чем достаточно.

Чем же чреват этот пресловутый коэффициент мощности.
Из-за пиков тока происходит кратковременная перегрузка сети, в следствие чего могут начаться проблемы в старых и изношенных сетях. Возможно отгорание нулевого провода в трехфазных сетях с совсем печальными последствиями.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

А вот схема входной части компьютерного блока питания имеющего в своем составе активный корректор мощности, он выделен синим цветом.
Не удивляйтесь что на схеме нет ШИМ контроллера, который им управляет, часто он расположен на отдельной плате, а иногда интегрирован в общий ШИМ контроллер. Т.е. помимо одного-двух штатных каналов имеется еще и выход для управления транзистором корректора. Такой вариант удобен для производителя, но далеко не всегда удобен для ремонтника. В самом начале я показал фото блока питания, там как раз вышел из строя узел корректора, а так как микросхема управляет всем, то выгорела и она. Найти замену я не смог, потому Бп лежит мертвым грузом и возможно будет разобран на запчасти, тем более что они весьма неплохого качества.
Устройство импульсных блоков питания, APFC

Что же дает нам корректор, сначала преимущества:
1. Характер потребления почти такой же как у активной нагрузки, соответственно нет пиковых перегрузок.
2. Часто такие БП имеют расширенный диапазон входного напряжения и лучше работают в плохих электросетях.
3. Емкость фильтрующего конденсатора нужна меньше, так как паузы без тока меньше.
4. Инвертору блока питания легче работать, ведь по сути он питается стабилизированным напряжением.

Теперь недостатки.
1. Выше цена.
2. Меньше надежность
3. Могут быть сложности при работе с некоторыми моделями UPS.

Иногда идут споры, по поводу КПД таких блоков питания. Я придерживаюсь мнения, что КПД одинаков, так как хоть корректор и имеет собственное потребление, но основному инвертору работать легче, потому то на ото и выходит.

Ну и конечно же видео, в качестве дополнения. А я как всегда жду ваших вопросов как в комментариях здесь, так и под видео.
Эту страницу нашли, когда искали:
pfc микросхемы, коэфициент мощности в блоках питания, схема pfc на ncp1607b, нормальный бп с apfc, корректор мощности в блоках питания что такое, нужен ли pfc в блоке питания, схема импульсника на реактивную нагрузку, коррекция коэффициента мощности pfc в бп, 13, для чего нужен fsp фильтр, можно ли отключить pfc в бп ноутбука, активный корректор по мостовой схеме, описание ремонта схемы apfc на 6800, коэффициент мощности блока питания тур, схема блока питания на apfc, функцией apfc, корректировка мощности блока питания, схема компьютерного блок питания gigabyte, pfc схемотехника, активный коиректор мощности, корректор мощности принцип работы,схема, принцип работы pfc в блоке питания, cm6805ag блок питания, конденсатор в блоке с apfc, cos компьютерного блока питания


Вас может заинтересовать



Комментарии: 17

  1. Oleg
    -1
    Кирич, ну ты загнул на предмет трансформаторов))) мысль по сути верна, и это не является твоей темой в данном случае) для не специалиста этого достаточно, конечно. Но там несколько другие процессы происходят и большая энергетика несколько другая специфика)) ) впрочем в данном случае - трансформаторы 10/0,4 кВ это вообще lowvoltage пользуясь терминологией одного западного монополиста в части энергетики))) Полагаю нам есть чему поучиться друг у друга))
    15 февраля 2018 19:04
    ЦитироватьОтветить
    1. Очень тяжело писать под различную аудиторию, часто приходится упрощать и утрировать.
      А насчет учиться, так я никогда не против, чем больше я узнаю, тем больше понимаю как мало знаю :)
      15 февраля 2018 23:06
      ЦитироватьОтветить
  2. Роман
    +1
    Задача убедиться, что схема исправная в Чифтек 400Вт.  Конденсатор на 400В, на нем мультиметр показывает 385В с отклонениями в несколько вольт.  То есть эта схема своим шимом не держит заряд стабильным?  Так понимаю если близко 400В  значит все работает?
    27 февраля 2018 06:05
    ЦитироватьОтветить
    1. Если выше чем расчетное для работы без корректора, то работает. Грубо говоря, у Вас в розетке 220, значит на конденсаторе должно быть больше чем 315.
      Реально уже при 350 все нормально.
      27 февраля 2018 10:37
      ЦитироватьОтветить
  3. Константин
    0
    Здравствуйте. Недавно столкнулся с проблемой неожиданно вышедшего из строя блока питания. Как обычно, завоняло и спустя секунды все потухло :). Паяльник в руках хоть я держать немного и могу, но от подобных ремонтов был далек, все мои ремонты ограничивались заменой вспухших или потекших конденсаторов. В общем спустя н-ое время, куча прочтенного и просмотренного и нескольких часов с тестером были выявлены следующие сгоревшие детали:
    1. Предохранитель.
    2. Конденсатор 420В 390мкФ (тестеров либо вообще не звонится, либо звонится 10-30пкФ).
    3. Транзистор SIHG20N50C.
    4. ШИМ дежурки STRA6069H.
    Так же треснул немного корпус варистора, но он не пробит и сопротивление кажет согласно маркировке. Пока не нашел ему замену, оставил как есть.

    В общем детали я поменял, блок запустился, все напряжения присутствуют и в норме. Во время ремонта так же обнаружил что стабилизатор L7912CV (стоит на выходе -12В) плохо впаян, радиатор возможно мог закоротить на дроссель +12В, плюс были вырваны две его дорожки из платы и тоже могли закоротить.

    Извините за большое количество вводной информации. Суть вопроса такая - что могло стать причиной выхода из строя выше названных деталей? Я не могу успокоиться, т.к. для себя не нашел причина поломки. У меня есть предположение что виной тому высохший конденсатор, но на старых блоках без коррекции мощности я с таким не сталкивался. Натолкнувшись на ваше видео о APFC возникла мысль о том, что из-за высохшего электролита ШИМ вошел в рекурсию и постоянно гонял транзистор. В итоге ШИМ перегрелся, коротнул, выбил транзистор, транзистор уже спалил предохранитель. Верно ли я понял свою ситуацию? И второй вопрос... Стоял электролит на 420В, но он на 25мм. Я смог найти только на 400В такого диаметра. В видео вы говорили что электролит работает не на 310, а на более высоком напряжении из-за APFC (честно не понял почему и как, просто принял как факт). Не выйдет ли из строя электролит на 400В? Хотя на ваших фото блок с электролитом именно такого напряжения. Тесты я проводил на двух параллельно спаянных 200В конденсаторах, но без большой нагрузки.

    P.S. Блок питания Xilence XP800.(135)R3, 800W. Судя по фото в интернете, это китайский блок Zalman ZM-550P (http://diy.pconline.com.cn/power/reviews/1110/2562847_all.html) только с другой наклейкой и черными радиаторами :), потому как внутренности 1 в 1.
    1. У БП с корректором часто горит силовой дроссель, либо из-за межвиткового КЗ, либо от перегрева.
      Кроме того сохнет конденсатор, но это гораздо реже.

      Но не держа БП в руках тяжело поставить точный диагноз,  предположу что действительно виноваты выходные цепи дежурки, это частая проблема, особенно если компьютер выключают на ночь кнопкой, а не отключением питания. Пока компьютер работает, вентилятор охлаждает дежурку, выключили кнопкой, вентилятор выключился, а дежурка продолжает работать.

      По поводу напряжения, просто измерьте напряжение на конденсаторе, но скорее всего там ниже чем 400, потому должно все работать нормально.
      12 марта 2018 11:21
      ЦитироватьОтветить
  4. ДОБРЫЙ ВЕЧЕР )))) У МЕНЯ К ВАМ ВОПРОС ...БУДЕТ ЛИ РАБОТАТЬ ИБП ОТ Ц382-ДИ ТЕЛЕВИЗОРА ЕСЛИ НАГРУЗИТЬ ЕГО ТОЛЬКО УМЗЧ ОТ ТОГО ЖЕ Ц382-ДИ ТЕЛЕВИЗОРА В КАЧЕСТВЕ УЗЧ ...ИЛИ НАДО ОБЯЗАТЕЛЬНО ПОДКЛЮЧИТЬ К ВЫВОДАМ 130 ВОЛЬТ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ НАГРУЗКУ ТИПА ЛАМПОЧКИ В 40 ВАТТ ....ЕСЛИ ОТВЕТИТЕ ТО СИЛЬНО ПОМОЖЕТЕ .....
    23 марта 2018 19:33
    ЦитироватьОтветить
    1. В последний раз ковырял такой БП лет так 15 назад, если не больше.
      Помню что было очень много проблем с ним, я бы на Вашем месте закинул его на полку и взял что-то более-менее современное.
      25 марта 2018 21:43
      ЦитироватьОтветить
  5. Я бы написал не "Могут быть сложности при работе с некоторыми моделями UPS", а:
    не работают с UPS, имеющими на выходе модифицированную синусоиду.
    1. Работают, просто УПС должен иметь запас по мощности, проверено неоднократно.
      Мелкие слабые УПСы часто уходят в защиту, а вот если УПС довольно мощный, а кроме того подключены и обычные БП параллельно к БП с корректором, то защита не срабатывает.
  6. "Работают, просто УПС должен иметь запас по мощности, проверено неоднократно."
    Да нет же, мой FSP Vesta 850 LCD в принципе не способен питать без дополнительных фильтров PFC БП, там амплитуда прямоугольника = 372В,
    осциллограммы выкладывал здесь: http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=49:6095:2033#2033

    Перечитал свой ответ и понял, что не совсем корректно написал - с модифицированной синусоидой НЕ РАБОТАЕТ активный PFC, БП с активным PFC может работать, а может и нет, все зависит от реализации активного PFC и самой модифицированной синусоиды.
    1. Правильно, я потому и написал что могут быть сложности, в Вашем случае не повезло.
      Если УПС мощнее некоторого предела (условно), то шанс что будет работать, очень высок. Сильно зависит насколько быстрая и чувствительная защита от перегрузки в УПСе, а также от того как реализован APFC, например нижний порог его реакции.
      У меня чаще работало чем не работало, но это у меня, у кого-то другого может быть совсем наоборот.
  7. Согласен. ОК.
  8. Михаил
    0
    Подскажите, пожалуйста, использование 400в конденсатора в APFC - это нормально? В некоторых статьях пишется, что на выходе APFC - 410 вольт стабилизированного напряжения и в таком случае тут даже запаса нет, а люди пишут, что в схеме может быть задано 380 вольт, и тогда в 450в вроде как особого смысла нет...
    12 августа 2018 11:36
    ЦитироватьОтветить
    1. Напряжение может быть разным, кто-то настраивает на 350 и ставит конденсатор на 400, кто-то на 410 и тогда конденсатор на 450. В граничных вариантах, например 380-390 Вольт лучше применять на 450.
      16 августа 2018 03:51
      ЦитироватьОтветить
  9. 9929PK
    0
    Отличный материал! Подскажите, есть ли какие-нибудь особенности при проверке, поиске неисправностей и ремонте таких БП по сравнению с обычными ATX PS? Хотя  бы коротко.
    5 октября 2018 14:56
    ЦитироватьОтветить
    1. Есть, в ближайшее время планирую сделать видео с описанием разных неисправностей в импульсных БП, там же будет описана методика по разным типам БП.
      11 октября 2018 10:26
      ЦитироватьОтветить

Добавить комментарий

Ваше имя:
Ваш e-mail:

Текст комментария:
Секретный код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив