पावर फैक्टर सुधार (पीएफसी) सर्किट - ट्यूटोरियल

पोस्ट SMPS डिज़ाइन में पावर फैक्टर करेक्शन सर्किट या PFC सर्किट को कॉन्फ़िगर करने के विभिन्न तरीकों का विवरण देता है, और इन टोपोलॉजी के लिए सबसे अच्छा अभ्यास विकल्प बताता है ताकि यह आधुनिक PFC प्रतिबंध दिशानिर्देशों का अनुपालन करे।

कुशल बिजली आपूर्ति सर्किट डिजाइन करना कभी भी आसान नहीं रहा है, हालांकि समय के साथ शोधकर्ताओं ने अधिकांश संबंधित मुद्दों को हल करने में सक्षम किया है, और काफी हद तक आधुनिक एसएमपीएस डिजाइनों को भी सर्वोत्तम संभव परिणामों के साथ अनुकूलित किया जा रहा है, इसके लिए धन्यवाद उभरते नियामक मानकों ने आधुनिक बिजली आपूर्ति इकाइयों के लिए सख्त गुणवत्ता मापदंडों को लागू करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

पीएफसी के दिशानिर्देश

निर्माताओं, आपूर्तिकर्ताओं और अन्य संबंधित शासी निकाय के प्रयासों से आधुनिक बिजली आपूर्ति गुणवत्ता प्रतिबंध काफी आक्रामक रूप से निर्धारित किए गए हैं।

आधुनिक बिजली आपूर्ति डिजाइन, पावर फैक्टर सुधार सुधार (पीएफसी) के लिए निर्धारित कई गुणवत्ता मापदंडों के बीच, जो वास्तव में हार्मोनिक रद्दीकरण के रूप में है, आईईसी 61000-3-2 नियमों द्वारा अनिवार्य आवश्यकता के रूप में घोषित किया गया है।

इस डिजाइनरों के कारण इन कड़े आधुनिक कानूनों को पूरा करने के लिए उनकी बिजली आपूर्ति डिजाइनों में पावर फैक्टर सुधार चरणों को डिजाइन करने में कठिन चुनौतियों का सामना करने के लिए मजबूर किया जाता है, और बिजली की आपूर्ति अपने चश्मे और एप्लिकेशन रेंज के साथ अधिक से अधिक दुर्जेय हो रही है, उचित पीएफसी सर्किटों की संरचना करना क्षेत्र में कई निर्माता के लिए कोई आसान नहीं है।

प्रस्तुत ट्यूटोरियल उन सभी संघों और पेशेवरों के लिए विशेष रूप से समर्पित हैं जो निर्माण में हैं या फ्लाईबैक SMPS की डिजाइनिंग उनकी व्यक्तिगत आवश्यकताओं के अनुसार सबसे आदर्श पीएफसी डिजाइन और गणना के साथ उन्हें सुविधाजनक बनाने के लिए।

इन ट्यूटोरियल्स में शामिल चर्चाएँ पीएफसी सर्किटों को 400 वॉट्स, 0.75 टीपीएस तक की बड़ी इकाइयों के लिए भी डिज़ाइन करने में मदद करेंगी।

पाठकों को एकल-चरण वाले अलग-अलग कन्वर्टर्स का चयन करने के बारे में जानने का अवसर मिलेगा, जिसमें एलईडी ड्राइवर भी शामिल हैं। सिस्टम डिज़ाइन की तुलना के साथ कदम डिज़ाइन ट्यूटोरियल और निर्देशों के साथ, कई इलेक्ट्रॉनिक्स जो सक्रिय रूप से पावर इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में शामिल हैं, के लिए प्रबुद्ध होंगे अपनी विशिष्ट एप्लिकेशन आवश्यकताओं के लिए सबसे इष्टतम दृष्टिकोण के बारे में जाने

पावर फैक्टर सुधार उद्देश्य

आधुनिक SMPS (स्विच मोड पावर सप्लाई) इकाइयों के भीतर पावर फैक्टर करेक्शन सर्किट ऑप्टिमाइज़ेशन कई उन्नत प्रासंगिक इंटीग्रेटेड सर्किट्स (ICs) के आगमन के कारण हाल के दिनों में विकसित हो सकता है, जिसने विशिष्ट होने वाले विभिन्न पीएफसी डिज़ाइनों को रखना संभव बना दिया है। संचालन के तरीके और व्यक्तिगत चुनौती से निपटने की क्षमता के साथ।

एसएमपीएस टोपोलॉजी की सीमा में वृद्धि के साथ पीएफसी डिजाइनिंग और कार्यान्वयन में जटिलता भी वर्तमान दिनों में बढ़ गई है।

पहले ट्यूटोरियल में हम डिजाइन के परिचालन विवरण के बारे में जानेंगे जो कि किसी भी पेशेवर द्वारा सुधारों के लिए पसंद किया जाता है।

मूल रूप से, पावर फैक्टर करेक्शन ऑफ-लाइन पावर सप्लाई के भीतर इनपुट करंट को ऑप्टिमाइज़ करने में मदद करता है ताकि ये उपलब्ध मेन इनपुट से वास्तविक पावर को बढ़ा सकें।

सामान्य आवश्यकता के अनुसार किसी दिए गए विद्युत उपकरण को शुद्ध प्रतिरोधकता वाले भार के रूप में स्वयं का अनुकरण करना चाहिए, ताकि यह एक शून्य प्रतिक्रियाशील बिजली की खपत करने में सक्षम हो।

इस स्थिति के परिणामस्वरूप लगभग शून्य इनपुट हार्मोनिक धाराओं की उत्पत्ति होती है, दूसरे शब्दों में यह भस्म वर्तमान को इनपुट आपूर्ति वोल्टेज के साथ चरण में पूरी तरह से लाइन में रखने की अनुमति देता है जो सामान्य रूप से साइन लहर के रूप में होता है।

यह उपलब्धि सबसे इष्टतम और कुशल स्तरों पर मुख्य से 'वास्तविक शक्ति' का उपभोग करने के लिए उपकरण की सुविधा देती है, जिसके परिणामस्वरूप बिजली की अपव्यय को कम करने और इसकी दक्षता में वृद्धि होती है।

बिजली का यह प्रभावी उपयोग न केवल उपकरण को सबसे कुशल तरीके से पेश करने में मदद करता है, बल्कि उपयोगिता कंपनियों और प्रक्रिया के लिए शामिल पूंजी उपकरणों के लिए भी मदद करता है।

इसके बाद के संस्करण की सुविधा इसके अलावा विद्युत लाइनों को हार्मोनिक्स और नेटवर्क के भीतर उपकरणों में परिणामी हस्तक्षेप से मुक्त करने में सक्षम बनाती है।

उपर्युक्त फायदों के अलावा, आधुनिक बिजली आपूर्ति इकाइयों में एक पीएफसी सहित IEC61000-3-2 के साथ यूरोप और जापान में निर्धारित नियामक आवश्यकताओं के अनुपालन के लिए भी है, जो सभी विद्युत उपकरण योग्य होना चाहिए।

उपर्युक्त स्थिति को उन अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए विनियमित किया गया है, जिन्हें कक्षा डी उपकरण मानकों के तहत 75 वाट से ऊपर का दर्जा दिया जा सकता है या जो कि उच्चतर हैं, लाइन-फ्रीक्वेंसी हार्मोनिक्स के उच्चतम आयाम को 39 वें हार्मोनिक तक निर्दिष्ट करते हैं।

इन मानकों के अलावा, पीएफसी को अन्य दक्षताओं जैसे कि कंप्यूटर के लिए ऊर्जा स्टार 5.0 महत्वपूर्ण और ऊर्जा आपूर्ति प्रणालियों के लिए ऊर्जा स्टार 2.0 और 2008 से टीवी सेटों के लिए सुनिश्चित करने के लिए भी नियोजित किया गया है।

पावर फैक्टर की परिभाषा

PFC या पावर फैक्टर सुधार को स्पष्ट शक्ति के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, और इसे व्यक्त किया जा सकता है:

पीएफ = रियल पावर / स्पष्ट पावर, जहां रियल पावर में व्यक्त किया जाता है
वाट्स, जबकि अपारेंट पावर वीए में मौजूद है।

इस अभिव्यक्ति में वास्तविक शक्ति को एक चरण या चक्र में वर्तमान और वोल्टेज के तात्कालिक उत्पाद के औसत के रूप में निर्धारित किया जाता है, जबकि स्पष्ट शक्ति को वर्तमान समय के वोल्टेज के आरएमएस मूल्य के रूप में समझा जाता है।

इससे पता चलता है कि जब भी वर्तमान और वोल्टेज समकक्षों साइनसोइडल होते हैं और एक दूसरे के साथ चरण में होते हैं, तो परिणामी शक्ति कारक 1.0 होता है।

हालाँकि, ऐसी स्थिति में जब करंट, वोल्टेज पैरामीटर साइनसॉइडल होते हैं, लेकिन चरण में नहीं, एक पावर फैक्टर को जन्म देता है जो चरण कोण का कोसाइन होता है।

ऊपर वर्णित पावर फैक्टर की स्थिति उन मामलों में लागू होती है जहां वोल्टेज और करंट दोनों शुद्ध साइन तरंगें होती हैं, ऐसी स्थिति के साथ जहां लोडिंग प्रतिरोधक, प्रेरक और कैपेसिटिव घटकों से बना होता है जो प्रकृति में सभी गैर-रेखीय हो सकते हैं, इनपुट वर्तमान और वोल्टेज मापदंडों के साथ समायोजन नहीं कर रहा है।

एसएमपीएस टोपोलॉजी आमतौर पर इसके सर्किट्री के ऊपर वर्णित नैट्रे के कारण गैर-रैखिक प्रतिबाधा को मुख्य लाइन में पेश करती है।

SMPS कैसे काम करता है

एक SMPS सर्किट में मूल रूप से इनपुट पर एक रेक्टिफायर चरण शामिल होता है जो एक आधा लहर या एक पूर्ण तरंग रेक्टिफायर और एक सप्लिमेंटिंग फिल्टर कैपेसिटर हो सकता है जो कि उस पर रेक्टिफाइड वोल्टेज को रखने के लिए इनपुट सप्लाई साइन वेव के पीक लेवल तक ले जा सकता है जब तक कि अगली पीक नहीं साइन लहर दिखाई देती है और इस संधारित्र के चार्जिंग चक्र को दोहराती है, जिसके परिणामस्वरूप इसके पार आवश्यक स्थिर स्थिर वोल्टेज होता है।

एसी के प्रत्येक शिखर चक्र पर संधारित्र को चार्ज करने की यह प्रक्रिया मांग करती है कि इन पीक अंतरालों के बीच, एसएमपीएस की लोड खपत को पूरा करने के लिए इनपुट को पर्याप्त करंट से लैस किया जाना चाहिए।

चक्र को संधारित्र में एक बड़े प्रवाह को जल्दी से डंप करके लागू किया जाता है, जिसे अगले शिखर चक्र तक आने तक निर्वहन के माध्यम से लोड पर लागू किया जाता है।

इस असमान चार्ज और डिस्चार्ज पैटर्न के लिए यह अनुशंसा की जाती है कि संधारित्र से पल्स करंट को लोड की औसत आवश्यकता से 15% अधिक आंका गया है।

हम उपरोक्त आंकड़े में देख सकते हैं कि वोल्टेज की महत्वपूर्ण मात्रा के बावजूद वोल्टेज और वर्तमान पैरामीटर स्पष्ट रूप से एक दूसरे के साथ चरण में हैं।

हालाँकि, अगर हम उपरोक्त 'चरण कोण कोसाइन' शब्द को लागू करते हैं, तो बिजली की आपूर्ति 1.0 के पावर फैक्टर होने के बारे में गलत अनुमान को जन्म देगा।

ऊपरी और निचले तरंगों में वर्तमान की हार्मोनिक सामग्री की मात्रा का संकेत मिलता है।

यहां 'मौलिक हार्मोनिक सामग्री' 100% के आयाम के साथ तुलना में इंगित की गई है, जबकि उच्च हार्मोनिक्स को मौलिक आयाम के पूरक प्रतिशत के रूप में प्रस्तुत किया गया है।

हालांकि, चूंकि वास्तविक शक्ति केवल मूलभूत घटक द्वारा निर्धारित की जाती है, जबकि अन्य अनुपूरक हार्मोनिक्स केवल स्पष्ट शक्ति का प्रतिनिधित्व करते हैं, वास्तविक शक्ति कारक 1.0 से काफी कम हो सकता है।

इस विचलन को हम डिस्टॉर्शन फैक्टर शब्द से कहते हैं, जो एसएमपीएस इकाइयों में गैर-एकता शक्ति कारक को जन्म देने के लिए मौलिक रूप से जिम्मेदार है।

वास्तविक और स्पष्ट शक्ति के लिए अभिव्यक्ति

एक सामान्य अभिव्यक्ति जो वास्तविक और स्पष्ट शक्ति के बीच संबंध को संबोधित करती है, इस प्रकार दी जा सकती है:

जहाँ cos Where वर्तमान / वोल्टेज तरंगों के बीच चरण कोण from से उभरता हुआ विस्थापन कारक बनता है और cosΦ विरूपण कारक को दर्शाता है।

नीचे दिए गए आरेख का जिक्र करते हुए, हम एक ऐसी स्थिति देख सकते हैं जो एक पूर्ण शक्ति कारक सुधार दिखाता है।

हम देख सकते हैं कि यहाँ वर्तमान तरंग काफी आदर्श रूप से वोल्टेज तरंग की प्रतिकृति बनाता है क्योंकि दोनों ही स्पष्ट रूप से चरण में और एक दूसरे के साथ चल रहे हैं।

इसलिए यहां इनपुट करंट हार्मोनिक्स को लगभग शून्य माना जा सकता है।

पावर फैक्टर सुधार बनाम हार्मोनिक न्यूनीकरण

पहले के उदाहरणों को देखते हुए यह स्पष्ट है कि पावर फैक्टर और कम हार्मोनिक्स एक दूसरे के साथ तालमेल में काम करते हैं।

यह आमतौर पर माना जाता है कि यदि संबंधित हार्मोनिक्स की सीमाएं उल्लिखित हैं, तो आसपास के क्षेत्र में अन्य उपकरणों के साथ वर्तमान गड़बड़ी को समाप्त करने के तरीके से विद्युत लाइनों में इनपुट वर्तमान संदूषण को प्रतिबंधित करने में मदद मिल सकती है।

इसलिए जबकि इनपुट करंट की प्रोसेसिंग को 'पावर फैक्टर करेक्शन' कहा जा सकता है, शोधन के आउटपुट परिमाण ने सोचा कि इस प्रसंस्करण को अंतर्राष्ट्रीय दिशानिर्देशों के अनुसार हार्मोनिक सामग्री के रूप में समझा जाता है।

SMPS टोपोलॉजी के लिए, यह आम तौर पर विस्थापन तत्व है जो लगभग एकता में है, जो पावर फैक्टर और हार्मोनिक विरूपण के बीच निम्नलिखित संबंधों को जन्म देता है।

इस अभिव्यक्ति में टीएचडी कुल हार्मोनिक विकृति का प्रतिनिधित्व करता है, जो मौलिक सामग्री पर हानिकारक हार्मोनिक्स के द्विघात योग के रूप में होता है, जो संबंधित हार्मोनिक सामग्री के सापेक्ष वजन को मौलिक समकक्ष के संदर्भ में व्यक्त करता है। अन्य समीकरण टीएचडी के पूर्ण आंकड़े को जोड़ता है और % अनुपात में नहीं, यह व्यक्त करते हुए कि एक PF बनाने के लिए THD को अनिवार्य रूप से शून्य होना चाहिए।

पावर फैक्टर सुधार के प्रकार

उपरोक्त आंकड़े में इनपुट तरंग विशेषता एक इनपुट रेक्टिफायर कॉन्फ़िगरेशन और एक फिल्टर संधारित्र के बीच में पेश किए गए SMPS डिवाइस के लिए एक विशिष्ट 'सक्रिय' प्रकार के पावर फैक्टर सुधार को प्रदर्शित करता है, और एक पीएफसी एकीकृत सर्किट के माध्यम से संबद्ध सर्किटरी के साथ कार्यवाही को नियंत्रित करता है। यह सुनिश्चित करना कि इनपुट करंट इनपुट वोल्टेज वेवफॉर्म का सुसंगत रूप से अनुसरण करता है।

इस प्रकार के प्रसंस्करण को आधुनिक SMPS सर्किट में नियोजित PFC का सबसे प्रचलित प्रकार माना जा सकता है, जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में देखा जा सकता है।

यह कहने के बाद, यह किसी भी तरह से अनिवार्य नहीं है कि आईसीएस और सेमीकंडक्टर्स का उपयोग करने वाले केवल 'सक्रिय' संस्करणों का उपयोग प्रस्तावित पीएफसी के लिए किया जाना चाहिए, डिजाइन के अन्य प्रकार जो निर्धारित नियमों के नीचे एक उचित राशि पीएफसी की गारंटी दे सकते हैं, सामान्य रूप से स्वागत किया जाता है।

यह देखा गया है कि वास्तव में 'सक्रिय' समकक्ष की स्थिति की जगह एक एकल प्रारंभ करनेवाला काफी हद तक चोटियों को नियंत्रित करके और समान रूप से इनपुट वोल्टेज के साथ वर्तमान में समान रूप से वितरित करके हार्मोनिक्स को अस्वीकार करने में सक्षम है।

निष्क्रिय पीएफसी डिजाइन

हालांकि, निष्क्रिय पीएफसी नियंत्रण का यह रूप काफी भारी लोहे के cored प्रारंभ करनेवाला की मांग कर सकता है और इसलिए इसका उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है जिसमें कॉम्पैक्टनेस एक महत्वपूर्ण आवश्यकता नहीं है। (पेज 12)

एक निष्क्रिय एकल प्रारंभ करनेवाला PFC के लिए एक त्वरित समाधान हो सकता है, लेकिन उच्च वाट क्षमता के लिए इसका आकार अव्यवस्थित रूप से बड़े आयामों के कारण अबाध शुरू हो सकता है।

नीचे दिए गए ग्राफ़ में हम 250 वाट पीसी एसएमपीएस वेरिएंट की तीन संख्याओं की इनपुट विशेषताओं का गवाह करने में सक्षम हैं, जिनमें से प्रत्येक एक समान पैमाने के कारक पर एक वर्तमान तरंग का प्रतिनिधित्व करते हैं।

हम आसानी से देख सकते हैं कि सक्रिय पीएफसी ड्रापपार्टर की तुलना में निष्क्रिय निष्क्रिय पीएफसी आधारित पीएफसी से प्राप्त परिणाम 33% अधिक है।

भले ही यह IEC61000-3-2 मानकों को पारित करने में सक्षम हो सकता है, यह निश्चित रूप से हाल ही में अधिक कड़े 0.9PF आवश्यकता नियम के अनुरूप नहीं होगा, और इस नए मानकों के अनुसार निर्धारित QC स्वीकृति स्तर को विफल कर देगा।

बुनियादी ब्लॉक आरेख

चल रहे इलेक्ट्रॉनिक बाजार के रुझान के कारण जहां हम चुंबकीय कोर प्रक्रिया में वृद्धि और आधुनिक, बहुत सस्ती अर्धचालक सामग्रियों की वृद्धि के साथ-साथ तांबे की लागत में वृद्धि देख सकते हैं, अगर हम सक्रिय पीएफसी दृष्टिकोण को देखते हैं तो यह आश्चर्य की बात नहीं होगी। निष्क्रिय समकक्ष की तुलना में अत्यधिक लोकप्रिय हो रहा है।

और इस प्रवृत्ति को आने वाले भविष्य में और भी अधिक मजबूत बनाने के लिए माना जा सकता है, जो कई एसएमपीएस डिजाइनरों और निर्माताओं के लिए अधिक से अधिक उन्नत और उन्नत पीएफसी समाधान पेश कर रहा है।

IEC610003-2 मानकों के इनपुट लाइन हार्मोनिक्स की तुलना करना

नीचे चित्र में हम IEC6000-3-2 प्रतिबंधों के संदर्भ में तीन अलग-अलग 250 वाट पीसी एसएमपीएस परिणामों के निशान देख पा रहे हैं। पीसी, टीवी और उनके मॉनिटर जैसे सभी डी श्रेणी के गैजेट्स के लिए संकेतित प्रतिबंध मान्य है।

दिखाए गए हार्मोनिक सामग्री की सीमा उपकरणों की इनपुट शक्ति के अनुसार तय की जाती है। ऐसी एलईडी लाइट्स, सीएफएल लाइट्स, क्लास सी प्रतिबंधों से संबंधित उत्पादों के लिए सामान्य रूप से पालन किया जाता है, जो कि उनके इनपुट की सीमा के साथ समान हैं।

अन्य गैर-पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद न्यूनतम 600 वाट इनपुट शक्ति के अनुपात में अपनी पीएफसी सीमा निर्धारित करते हैं।

यदि हम निष्क्रिय PFC ट्रेस को देखते हैं, तो हम इसे सेट प्रतिबंध सीमा के अनुरूप शायद ही पाते हैं, बस एक स्पर्श और एक तरह की स्थिति (हार्मोनिक नंबर 3 पर)

निष्क्रिय पीएफसी सुविधाओं का विश्लेषण

निम्नलिखित आंकड़े में हम एक पारंपरिक पीसी बिजली की आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किए गए निष्क्रिय पीएफसी सर्किट का एक उत्कृष्ट उदाहरण देख सकते हैं। यहाँ उल्लेखनीय बात इनपुट लाइन इनपुट वोल्टेज के साथ पीएफसी प्रारंभ करनेवाला के केंद्र नल का कनेक्शन है।

जबकि 220V चयन मोड (स्विच ओपन) में, प्रारंभकर्ता के पूरे दो खंडों को पूर्ण पुल रेक्टिफायर सर्किट की तरह काम करने वाले रेक्टिफायर नेटवर्क के साथ लगाया जाता है।

हालाँकि 110V मोड (स्विच क्लोज़) में, कॉइल के 50% या एक आधे हिस्से को कॉइल के बाईं ओर सेक्शन के माध्यम से उपयोग किया जाता है, जबकि रेक्टिफायर सेक्शन अब हाफ वेव रेक्टिफायर डबलर सर्किट में बदल जाता है।

चूंकि पूर्ण तरंग सुधार के बाद 220V का चयन लगभग 330V उत्पन्न करने के लिए बाध्य है, इसलिए यह SMPS के लिए बस इनपुट बनाता है और इनपुट लाइन वोल्टेज के अनुसार काफी उतार-चढ़ाव की संभावना रखता है।

उदाहरण सर्किट आरेख

हालांकि यह निष्क्रिय पीएफसी डिजाइन अपने प्रदर्शन के साथ काफी सरल और प्रभावशाली लग सकता है लेकिन यह कुछ उल्लेखनीय कमियां प्रदर्शित कर सकता है।

पीएफसी की भारी प्रकृति के साथ, इसके प्रदर्शन को प्रभावित करने वाली दो अन्य चीजें पहले हैं, एक यांत्रिक स्विच का समावेश जो इकाई को संचालित करते समय एक संभावित मानवीय त्रुटि के लिए संवेदनशील बनाता है, और संबंधित पहनने और आंसू के मुद्दों को भी।

दूसरा, लाइन वोल्टेज को लागत प्रभावशीलता के मोर्चों में रिश्तेदार अक्षमताओं और पीएफसी आउटपुट के साथ डीसी से डीसी पावर रूपांतरण सटीकता के परिणाम में स्थिर नहीं किया जा रहा है।

क्रिटिकल कंडक्शन मोड (CrM) कंट्रोलर्स

कंट्रोलर स्टेज जिसे क्रिटिकल कंडक्शन मोड कहा जाता है, जिसे ट्रांजिशनल मोड या बॉर्डरलाइन कंडक्शन मोड (बीसीएम) कंट्रोलर कहा जाता है, सर्किट कॉन्फिगरेशन होते हैं, जिन्हें इलेक्‍ट्रॉनिक्‍स इलेक्‍ट्रॉनिक्‍स एप्‍लीकेशन में प्रभावी ढंग से काम में पाया जा सकता है। यद्यपि इसकी प्रयोज्य के साथ परेशानी मुक्त होना, ये नियंत्रक अपेक्षाकृत महंगे हैं।

निम्न आरेख 1-8 एक नियमित सीआरएम नियंत्रक सर्किट डिजाइन दर्शाता है।

आमतौर पर एक CrM कंट्रोलर PFC में ऊपर दिखाई गई सर्किटरी होती है, जिसे निम्नलिखित बिंदुओं की मदद से समझा जा सकता है:

एक संदर्भ गुणक चरण का एक इनपुट एक कम आवृत्ति ध्रुव वाले संबद्ध त्रुटि एम्पलीफायर आउटपुट से एक उचित रूप से आयामित संकेत प्राप्त करता है।

गुणक के अन्य इनपुट को एक सुधारा हुआ एसी लाइन इनपुट से निकाले गए स्थिर डीसी क्लैंप्ड वोल्टेज के साथ संदर्भित देखा जा सकता है।

इस प्रकार, गुणक से परिणामी आउटपुट त्रुटि amp आउटपुट से रिश्तेदार डीसी का उत्पाद है और एसी इनपुट से पूर्ण लहर एसी साइन दालों के रूप में संदर्भित संकेत है।

गुणक चरण से यह आउटपुट पूर्ण तरंग साइन लहर दालों के रूप में भी देखा जा सकता है, लेकिन उचित रूप से इनपुट वोल्टेज के संदर्भ के रूप में उपयोग किए गए त्रुटि संकेत (लाभ कारक) के अनुपात में कम हो जाता है।

इस स्रोत का संकेत आयाम उचित निर्दिष्ट औसत शक्ति को लागू करने और एक उचित विनियमित आउटपुट वोल्टेज सुनिश्चित करने के लिए उचित रूप से ट्विक किया गया है।

वर्तमान आयाम को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार चरण गुणक से आउटपुट तरंग के अनुसार प्रवाह का कारण बनता है, हालांकि लाइन आवृत्ति वर्तमान संकेत आयाम (चौरसाई के बाद) गुणक चरण से इस संदर्भ के आधे होने की उम्मीद की जा सकती है। ।

यहां, वर्तमान आकार देने वाले सर्किटरी के संचालन को निम्नानुसार समझा जा सकता है:

ऊपर दिए गए आरेख का जिक्र करते हुए, Vref मल्टीप्लायर स्टेज से सिग्नल आउट करने के लिए खड़ा होता है, जिसे आगे चलकर एक तुलनित्र के एक ओप्स से खिलाया जाता है, जिसका दूसरा इनपुट वर्तमान वेवफॉर्म सिग्नल के साथ संदर्भित होता है।

पावर स्विच पर, प्रारंभ करनेवाला के पार वर्तमान धीरे-धीरे बढ़ता है जब तक कि शंट के पार संकेत Vref स्तर तक नहीं पहुंच गया हो।

यह तुलनित्र को अपने उत्पादन को चालू करने के लिए सर्किट में बिजली बंद करने के लिए स्विच करने के लिए मजबूर करता है।

जैसे ही ऐसा होता है कि वोल्टेज जो प्रारंभ में धीरे-धीरे रैंप पर आ रहा था, धीरे-धीरे शून्य की ओर गिरना शुरू हो जाता है और एक बार जब यह शून्य को छूता है, तो ओप्पम आउटपुट फिर से चालू हो जाता है और फिर से चालू हो जाता है।

जैसा कि ऊपर की विशेषता का नाम बताता है, सिस्टम का नियंत्रण पैटर्न कभी भी प्रारंभ करनेवाला को चालू और बंद स्विचिंग मोड में पूर्व निर्धारित सीमा से ऊपर शूट करने की अनुमति नहीं देता है।

यह व्यवस्था opamp से परिणामी आउटपुट के औसत शिखर वर्तमान स्तर के बीच संबंधों की भविष्यवाणी और गणना करने में मदद करती है। चूंकि प्रतिक्रिया त्रिकोणीय तरंगों के रूप में होती है, तरंग का औसत त्रिभुज तरंगों की वास्तविक चोटियों के ठीक 50% को दर्शाता है।

इसका तात्पर्य है कि त्रिभुज तरंगों के वर्तमान संकेत का परिणामी औसत मान = Inductor current x R sense होगा या केवल opamp के पूर्व निर्धारित संदर्भ स्तर (Vref) का आधा भाग होगा।

उपरोक्त सिद्धांत का उपयोग करने वाले नियामकों की आवृत्ति लाइन वोल्टेज और लोड वर्तमान पर निर्भर होगी। उच्चतर रेखा वोल्टेज में आवृत्ति अधिक हो सकती है और लाइन इनपुट भिन्न होने पर भिन्न हो सकती है।

फ्रीक्वेंसी क्लैंप्ड क्रिटिकल कंडक्शन मोड (FCCrM)

विभिन्न औद्योगिक बिजली आपूर्ति पीएफसी नियंत्रण अनुप्रयोगों में इसकी लोकप्रियता के बावजूद, ऊपर वर्णित सीआरएम नियंत्रक में कुछ अंतर्निहित कमियां शामिल हैं।

इस प्रकार के सक्रिय पीएफसी नियंत्रण का मुख्य दोष लाइन और लोड स्थितियों के संबंध में इसकी आवृत्ति अस्थिरता है, जो लाइटर लोड और उच्च लाइन वोल्टेज के साथ आवृत्ति में वृद्धि को दर्शाता है, और यह भी कि हर बार इनपुट साइनव्यू शून्य क्रॉसिंग के करीब पहुंचता है।

यदि आवृत्ति क्लैंप को जोड़कर इस समस्या को ठीक करने का प्रयास किया जाता है, तो आउटपुट में विकृत वर्तमान तरंग के साथ परिणाम होता है, जो इस तथ्य के कारण अपरिहार्य लगता है कि 'टन' इस प्रक्रिया के लिए अनुचित है।

हालाँकि एक वैकल्पिक तकनीक का विकास, बंद मोड (DCM) में भी एक सच्चे शक्ति कारक सुधार को प्राप्त करने में मदद करता है। ऑपरेशन के सिद्धांत को नीचे और संलग्न समीकरणों के साथ चित्रा में अध्ययन किया जा सकता है।

ऊपर दिए गए आरेख का संदर्भ देते हुए, कुंडली की चोटी के वर्तमान को हल करके मूल्यांकन किया जा सकता है:

स्विचिंग चक्र के संदर्भ में औसत कॉइल करंट (जिसे अतिरिक्त रूप से दिए गए स्विचिंग चक्र के लिए तात्कालिक रेखा के रूप में माना जाता है, इस तथ्य के कारण है कि स्विचिंग आवृत्ति आमतौर पर लाइन आवृत्ति से अधिक होती है जिस पर लाइन वोल्टेज की विविधताएं होती हैं। ), सूत्र के साथ व्यक्त किया गया है:

उपरोक्त संबंध और शब्दों के सरलीकरण को मिलाने से निम्नलिखित बातें सामने आती हैं:

उपरोक्त अभिव्यक्ति स्पष्ट रूप से इंगित करती है और बताती है कि यदि कोई विधि कार्यान्वित की जाती है, जिसमें एल्गोरिथ्म एक निरंतर स्तर पर ton.tcycle / Tsw को बनाए रखने के लिए देखभाल करता है, तो यह हमें एक पापुलर लाइन वर्तमान को प्राप्त करने में सक्षम करेगा, जिसमें एक एकता पावर फैक्टर भी हो सकता है। संचालन का तरीका।

यद्यपि उपरोक्त विचार प्रस्तावित डीसीएम नियंत्रक तकनीक के लिए कुछ अलग लाभों को प्रकट करते हैं, यह संबंधित उच्च शिखर वर्तमान स्तरों के कारण आदर्श विकल्प नहीं लगता है, जैसा कि निम्न तालिका में दिखाया गया है:

एक आदर्श पीएफसी की स्थिति को प्राप्त करने के लिए, एक समझदार दृष्टिकोण एक ऐसी स्थिति को लागू करना होगा जहां डीसीएम और सीआरएम के संचालन मोड को इन दो समकक्षों में से सबसे अच्छा दूध देने के लिए मिला दिया जाता है।

इसलिए जब लोड की स्थिति भारी नहीं होती है और CrM उच्च आवृत्ति पर चलता है, तो सर्किट DCM मोड के ऑपरेशन के लिए चला जाता है, और जब लोड करेंट अधिक होता है, तो Crm स्थिति को बनाए रखने की अनुमति दी जाती है ताकि करंट पेक करें अवांछनीय उच्च सीमाओं को पार करने के लिए नहीं।

दो सुझाए गए नियंत्रण मोड में इस तरह के अनुकूलन को निम्नलिखित आंकड़ों में सबसे अच्छा माना जा सकता है जहां दो नियंत्रण मोड के लाभों को सबसे वांछनीय समाधान प्राप्त करने के लिए मिला दिया जाता है।

चालन मोड जारी रखता है

पीएफसी के निरंतर चालन मोड एसएमपीएस डिजाइनों में उनके लचीले अनुप्रयोग सुविधा और रेंज और संबंधित कई लाभों के कारण काफी लोकप्रिय हो सकते हैं।

इस मोड में वर्तमान पीक स्ट्रेस को निचले स्तर पर बनाए रखा जाता है जिसके परिणामस्वरूप संबंधित घटकों के भीतर कम से कम स्विचिंग लॉस होता है, और इसके अलावा इनपुट रिपल को अपेक्षाकृत स्थिर आवृत्ति के साथ न्यूनतम स्तर पर प्रदान किया जाता है, जो बदले में चौरसाई प्रक्रिया को अधिक सरल बनाता है। वही।
सीसीएम प्रकार के पीएफसी के साथ जुड़े निम्नलिखित विशेषताओं पर थोड़ा और अधिक विस्तार से चर्चा करने की आवश्यकता है।

Vrms2 नियंत्रण

सार्वभौमिक रूप से लागू किए गए अधिकांश पीएफसी डिज़ाइन के साथ महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक संदर्भ संकेत है जिसे सुधारित इनपुट वोल्टेज की एक स्टेप डाउन नकल की आवश्यकता है।

इनपुट वोल्टेज के बराबर छोटा यह सुधारा गया अंत में सर्किट में आउटपुट करंट के लिए सही तरंग को आकार देने के लिए लगाया जाता है।

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, इस ऑपरेशन के लिए एक मल्टीप्लायर सर्किट स्टेज आमतौर पर नियोजित किया जाता है, लेकिन जैसा कि हम जानते हैं कि एक मल्टीप्लायर सर्किट स्टेज पारंपरिक ट्विन-इनपुट मल्टीप्लायर सिस्टम की तुलना में अपेक्षाकृत कम लागत वाला हो सकता है।

एक क्लासिक उदाहरण लेआउट नीचे चित्र में देखा जा सकता है जो एक सतत मोड पीएफसी दृष्टिकोण को दर्शाता है।

जैसा कि देखा जा सकता है, यहां बूस्ट कन्वर्टर को एक औसत करंट-मोड PWM की सहायता से चालू किया जाता है, जो कमांड करंट सिग्नल के संदर्भ में, विवेचक करेंट (कनवर्टर के लिए इनपुट करंट) के आयाम के लिए जिम्मेदार हो जाता है, V (i) , जिसे VDIV के अनुपात में इनपुट वोल्टेज V (इन) के बराबर स्केल डाउन के रूप में देखा जा सकता है।

यह इनपुट वोल्टेज सिग्नल के वर्ग के साथ त्रुटि वोल्टेज सिग्नल को विभाजित करके लागू किया जाता है (संधारित्र सीएफ द्वारा चिकना किया जाता है, ताकि इनपुट वोल्टेज स्तर के संदर्भ में एक सरलीकृत स्केलिंग कारक बनाया जा सके)।

हालाँकि आपको इनपुट वोल्टेज के वर्ग से विभाजित होने वाले त्रुटि सिग्नल को देखने में यह थोड़ा अजीब लग सकता है, इस उपाय के पीछे का कारण लूप गेन (या क्षणिक आश्रित प्रतिक्रिया) बनाना है जो कि इनपुट वोल्टेज पर आधारित नहीं हो सकता है ट्रिगर करना।

हर पर वोल्टेज का वर्ग पीडब्लूएम नियंत्रण के ट्रांसफ़र फ़ंक्शन (इनपुट वोल्टेज के साथ अनिश्चित काल के वर्तमान ग्राफ ढलान की आनुपातिकता) के साथ-साथ, बनामिन के मूल्य के साथ बेअसर करता है।

हालाँकि पीएफसी के इस रूप का एक पहलू गुणक का लचीलापन है, जो इस चरण को विशेष रूप से सर्किट के पावर हैंडलिंग अनुभागों को थोड़ा अतिव्यापी होने के लिए मजबूर करता है, ताकि यह सबसे खराब स्थिति बिजली अपव्यय परिदृश्यों को भी बनाए रखे।

औसत वर्तमान मोड नियंत्रण

उपरोक्त आकृति में हम देख सकते हैं कि मल्टीप्लायर V (i) से उत्पन्न संदर्भ संकेत तरंग के आकार और PFC इनपुट करंट के स्केलिंग रेंज को कैसे दर्शाता है।

संकेतित पीडब्लूएम चरण संदर्भ मूल्य के बराबर औसत इनपुट करंट सुनिश्चित करने के लिए जिम्मेदार बनता है। प्रक्रिया एक औसत वर्तमान मोड नियंत्रक चरण के माध्यम से निष्पादित की जाती है, जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में देखा जा सकता है।

औसत वर्तमान मोड नियंत्रण मूल रूप से नियंत्रण संकेत आईसीपी के संदर्भ में औसत वर्तमान (इनपुट / आउटपुट) को विनियमित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है, जो एक त्रुटि एम्पलीफायर सर्किट चरण के माध्यम से कम आवृत्ति डीसी लूप को नियोजित करके बनाया जाता है, और यह कुछ भी नहीं है लेकिन संकेत वी के समतुल्य वर्तमान जो इसे पहले के आंकड़े में दिखाया गया है।

तरंग के आकार को विनियमित करने के लिए स्टेज करंट एम्पलीफायर एक करंट इंटीग्रेटर के साथ-साथ एक एरर एम्पलीफायर का काम करता है, जबकि आरसीपी में उत्पन्न होने वाले आईकेपी सिग्नल डीसी इनपुट वोल्टेज कंट्रोल को अंजाम देने के लिए जिम्मेदार हो जाता है।

वर्तमान एम्पलीफायर से एक रैखिक प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए, इसके इनपुट के समान होने की आवश्यकता है, जिसका अर्थ है आर (शंट) में उत्पन्न संभावित अंतर आरसीपी के आसपास उत्पन्न वोल्टेज के समान होना चाहिए, क्योंकि हमारे पास डीसी के माध्यम से नहीं हो सकता है वर्तमान एम्पलीफायर के नॉन-इनवर्टिंग रेसिस्टर इनपुट।

वर्तमान एम्पलीफायर द्वारा उत्पन्न आउटपुट को 'कम आवृत्ति' त्रुटि संकेत माना जाता है, जो शंट के औसत वर्तमान के साथ-साथ ईस्प से संकेत के आधार पर होता है।

अब एक थरथरानवाला एक sawtooth संकेत उत्पन्न करता है जिसका उपयोग इसके साथ उपरोक्त संकेत की तुलना करने के लिए किया जाता है, जैसा कि वोल्टेज नियंत्रण नियंत्रण डिजाइन के साथ किया जाता है।

यह उपरोक्त दो संकेतों की तुलना करके PWM के निर्माण का परिणाम है।

उन्नत पीएफसी समाधान

पीएफसी नियंत्रण के विभिन्न तरीकों जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है (सीआरएम, सीसीएम, डीसीएम) और उनके वेरिएंट डिजाइनरों को पीएफसी सर्किट को कॉन्फ़िगर करने के विभिन्न विकल्पों के साथ प्रदान करते हैं।

हालांकि इन विकल्पों के बावजूद, दक्षता के मामले में बेहतर और अधिक उन्नत मॉड्यूल प्राप्त करने के लिए निरंतर खोज ने इन अनुप्रयोगों के लिए अधिक परिष्कृत डिजाइनों का निदान करना संभव बना दिया है।

हम इस पर अधिक चर्चा करेंगे क्योंकि यह लेख विषय पर नवीनतम के साथ अद्यतन किया गया है।