IC’s voor intelligente PFC

Breed inzetbaar, flexibel en gemakkelijk te configureren

Meer en meer wordt het elektriciteitsnet belast door apparaten met een elektronische regeling. Met name alle computers, maar zeker niet te vergeten de verlichting maken dat de netspanning hierdoor behoorlijk vervuild raakt. Niet voor niets dat de netbeheerder en de elektriciteitsleveranciers eisen stellen aan de power factor. Voor de ontwikkelaars van elektronica houdt dit in dat de voedingen voorzien moeten worden van een goed werkende power factor correctieschakeling, een klus die met de nieuwe ADP1047/ADP1048 van Analog Devices niet meer echt ingewikkeld hoeft te zijn.

Alle elektronische apparaten hebben een voeding waarvan het eerste deel bestaat uit een gelijkrichter en een buffercondensator om de gelijkgerichte spanning al een beetje op een constant niveau te brengen. Deze opbouw wordt al sinds de begintijd van de elektronica zo gemaakt en heeft vanaf dat moment er al voor gezorgd dat de power factor (PF) van de netspanning verlaagd werd. Aangezien echter het aantal belastingen op het net die voorzien waren van een gelijkrichter met buffering veel kleiner was dan het aantal belastingen dat het konden stellen zonder gelijkrichting (zoals motoren, lampen en verwarmingen), werd de totale PF van de netaansluiting niet aanzienlijk lager. Vandaag de dag is dat anders. Bijna geen enkele motor wordt meer direct op het net aangesloten en alle moderne lampen (denk aan spaar- en LED-lampen) zijn voorzien van een stukje elektronica dat de stroom door de lamp regelt. Bij al deze applicaties wordt de netspanning gelijkgericht en hebben we te maken met de problemen die ontstaan door het telkens bijladen van de buffercondensator. Zoals bekend zorgt de pulsvormige stroom voor zeer veel hogere harmonischen die de PF behoorlijk verlagen.

Continu laden
Om er voor te zorgen dat stroom en spanning aan de netzijde van de voeding gelijkvormig zijn, moet het laadproces van de buffercondensator zo omgevormd worden dat er sprake is van een continu laadproces. Dit is echter lastiger dan gezegd. De ingangspanning is immers een wisselspanning en alleen op de toppen van de sinus kan het niveau hoger zijn dan de spanning over de buffercondensator zodat er een stroom kan gaan lopen.
Om toch continue te kunnen laden, dient de gelijkgerichte spanning omgevormd te worden tot een spanning die net iets hoger is dan die over de buffercondensator. De meest simpele manier hiervoor is het toepassen van een geschakelde upconverter bestaande uit een spoel, een schakeltransistor, een seriediode en een stukje regelelektronica. In figuur 1 is hiervan het basisschema te zien in de vorm van het applicatieschema voor het toepassen van de ADP1047, één van de nieuwste digitale regelaars voor het corrigeren van de PF.
De regelaar zorgt er voor dat de schakel-FET met een hoge snelheid schakelt. Telkens als de FET in geleiding is, loopt er een stroom door de spoel die bij het uitschakelen van de FET graag door wil blijven lopen. De spanning over de spoel neemt hierdoor toe totdat de som van de ingangspanning en de spoelspanning hoger is geworden dan de spanning over de buffercondensator. Op dat moment ontlaadt de spoel zich en wordt de buffer een klein beetje bijgeladen. De seriediode heeft hierbij de taak om er voor te zorgen dat de buffercondensator zich niet kan ontladen via de schakel-FET. Dit zou immers het proces behoorlijk verstoren.
De functie van de ADP1047 in dit proces is er voor te zorgen dat de FET net lang genoeg in geleiding is om de spoel op te laden met net dat beetje energie dat nodig is om de condensator bij te laden. Daarbij moet hij er voor zorgen dat de er wel nagenoeg constant een ingangstroom blijft lopen en het niveau over de buffercondensator ongeveer constant blijft. Al met al een vrij complexe taak waarbij het nodige geregeld en gemeten moet worden.
Hoeveel er telkens bijgeladen moet worden, kan de regeleenheid bepalen door de frequentie en de duty cycle van het schakelsignaal aan te passen. Dit houdt echter wel in dat de stroom in de netaansluiting niet echt constant is. Gedurende de gehele periode van de sinusvormige ingangsspanning zal er een pulserende stroom lopen met een hoge schakelfrequentie. De pieken van de stroom volgen echter wel de sinusvorm van de spanning waarmee de PF al een behoorlijk stuk verbeterd is. De PF kan nog verder verbeterd worden door een passief filter voor de totale schakeling op te nemen. Wanneer dit een kantelfrequentie heeft van rond de 50 Hz, dan zal er voldoende onderdrukking optreden en is aan de netzijde nagenoeg niets meer te merken van de hoge schakelfrequentie waarmee de FET in de PFC geschakeld wordt.

Voor het complete artikel klikt u hier

Voor meer informatie over de ADP1047 klik hier

Voor meer informatie over de ADP1048 klik hier