Что такое PFC и зачем это нужно

Добрый день, друзья!

Наверняка многие из вас видели на компьютерном блоке питания таинственные буквы «PFC». Сразу скажем, что на самых дешевых блоках этих букв, скорее всего, не будет. Хотите, я открою вам эту страшную тайну? Внимайте!

Что такое PFC?

PFC – это аббревиатура от слов Power Factor Correction (коррекция коэффициента мощности). Перед тем, как расшифровать этот термин, вспомним какие бывают виды мощности.

Активная и реактивная мощность

Блок питания с PFCЕще в школьном курсе физики нам рассказывали, что мощность бывает активная и реактивная.

Активная мощность делает полезную работу, в частности, выделяясь в виде тепла.

Классический примеры — утюг и лампа накаливания. Утюг и лампочка — почти чисто активная нагрузка, напряжение и ток на такой нагрузке совпадают по фазе.

Но существует и нагрузка с реактивностью — индуктивная (электродвигатели) и емкостная (конденсаторы). В реактивных цепях существует сдвиг фаз между током и напряжением, так называемый косинус φ (Фи).

Ток может отставать от напряжения (в индуктивной нагрузке) или опережать его (в емкостной нагрузке).

document-propertiesРеактивная мощность не производит полезной работы, а только болтается от генератора к нагрузке и обратно, бесполезно нагревая провода.

Это означает, что проводка должна иметь запас по сечению.

Чем больше сдвиг фаз между током и напряжением, тем большая часть мощности бесполезно рассеивается на проводах.

Реактивная мощность в блоке питания

В компьютерном блоке питания после выпрямительного моста стоят конденсаторы достаточно большой емкости. Таким образом, присутствует реактивная составляющая мощности. Если компьютер используется дома, то обычно проблем никаких не возникает. Реактивная мощность обычным бытовым счетчиком электроэнергии не фиксируется.

document-propertiesНо в здании, где установлена сотня или тысяча компьютеров, учитывать реактивную мощность необходимо!

Типичное значение косинуса Фи для компьютерных блоков питания без коррекции — около 0,7, т. е. проводка должна быть рассчитана с 30% запасом по мощности.

Однако излишней нагрузкой на провода дело не ограничивается!

В самом блоке питания ток через входные высоковольтные диоды протекает в виде коротких импульсов. Ширина и амплитуда этих импульсов может меняться в зависимости от нагрузки.

Большая амплитуда тока неблагоприятно влияет на высоковольтные конденсаторы и диоды, сокращая срок их службы. Если выпрямительные диоды выбраны «впритык» (что часто бывает в дешевых моделях), то надежность всего блока питания еще более снижается.

Как осуществляется коррекция коэффициента мощности?

Дроссель PFCДля борьбы со всеми этими явлениями и используют устройства, повышающие коэффициент мощности.

Они делятся на активные и пассивные.

Пассивная схема PFC представляет собой дроссель, включенный между выпрямителем и высоковольтными конденсаторами.

Дроссель — это индуктивность, обладающая реактивным (точнее, комплексным) сопротивлением.

Характер ее реактивности противоположен емкостному сопротивлению конденсаторов, поэтому происходит некоторая компенсация. Индуктивность дросселя препятствует нарастанию тока, импульсы тока слегка растягиваются, их амплитуда уменьшается.

Однако косинус φ повышается незначительно и большого выигрыша по реактивной мощности не происходит.

document-propertiesДля более существенной компенсации применят активные схемы PFC.

Активная схема повышает косинус φ до 0,95 и выше. Активная схема содержит в себе повышающий преобразователь на основе индуктивности (дросселя) и силовых коммутирующих элементов, которые управляются отдельным контроллером. Дроссель периодически то запасает энергию, то отдает ее.

На выходе PFC стоит фильтрующий электролитический конденсатор, но меньшей емкости. Блок питания с активной PFC менее чувствителен к кратковременным «провалам» питающего напряжения, что является преимуществом. Однако применение активной схемы удорожает конструкцию.

В заключение отметим, что наличие PFC в конкретном питающем блоке можно идентифицировать по буквам «PFC” или «Active PFC”. Однако могут быть случаи, когда надписи не соответствуют действительности.

document-propertiesОднозначно судить о наличии пассивной схемы можно по наличию достаточно увесистого дросселя, а активной — по наличию еще одного радиатора с силовыми элементами (всего их должно быть три).

Вот так, друзья! Хитро компьютерный блок питания устроен, не правда ли?

Всего наилучшего!

До встречи на блоге!


Обсуждение: 30 комментариев

  1. Спасибо, интересная информация !!!

    Ответить
    1. Александр:

      Информация интересная и не совсем правильная.
      Компенсация коэффициента мощности нужна не из-за работы выпрямителя, он тут совершенно не причём,а из-за работы высокочастотного преобразователя напряжения, который после выпрямителя -вся реактивка там.

      Ответить
      1. Виктор Геронда:

        Это как? Поясните.

        Ответить
  2. Здравствуйте, Виктор! Интересную тему вы затронули, редко её описывают на компьютерных блогах :good:

    Для полноты картины можно упомянуть, что не все ИБП совместимы с блоками питания с Active PFC, это нужно учитывать при выборе как БП, так и ИБП :-)

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      Да, Сергей, вы правы. Бывает так что, не всегда БП с активным PFC совместимы с конкретным ИБП.

      Ответить
      1. Denys:

        Здравствуйте, Виктор! А как определить эту совместимость?

        Ответить
        1. Виктор Геронда:

          Совместимость БП компьютера с ИБП? Экспериментальным образом.

          Ответить
  3. gres:

    До раздела «Реактивная мощность в блоке питания» все верно, а дальше куча ерунды. Если коротко и обобщить то:

    — Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка , там нет реактива!!! А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности.
    — Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения.
    — Конденсаторы на входе, после диодного моста, ловят провалы напряжения и естественно не являются реактивной нагрузкой, так как работают уже в сети выпрямленного (постоянного пульсирующего) тока.
    — Дроссель в корректоре выполняет абсолютно другую функцию, его ЭДС самоиндукции сглаживает нарастание и спад импульсов входного тока.
    — Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      «Блок питания компьютера это абсолютно активная нагрузка», «конденсаторы на входе … не являются реактивной нагрузкой».

      Блок питания в целом является реактивной нагрузкой. Реактивность там появляется как раз из-за наличия конденсатора. Но вызвана она не тем, что конденсатор представляет собой реактивное сопротивление, а тем, что импульсы потребляемого тока нагруженным выпрямителем имеют импульсный характер. Подводимое напряжение является синусоидальным (в первом приближении), а потребляемый ток — нет.
      Несинусоидальные ток и напряжение могут быть представленными рядами Фурье из гармоник, кратных основной. Мгновенная мощность — это произведение рядов Фурье тока и напряжения, и в каждый конкретный момент может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Отрицательное значение мощности значит, что мощность отдается от нагрузки к источнику. Т.е. это и есть реактивная мощность.

      «А значит не нужны ни какие компенсаторы реактивной мощности».
      Раз ставят, значит нужны.

      С дросселем вы в целом правы, я был менее точен. Он растягивает импульсы тока, что уменьшает реактивность.

      «Активный корректор приводит форму тока потребления к синусоиде. Почти.» Да, вы правы. Поэтому и уменьшается реактивность.

      «Коэффициент мощности ИБП — это коэффициент нелинейных искажений и к косинусу Фи он не имеет ни какого отношения». Каких нелинейных искажений? Коэффициент мощности — это отношение активной мощности к полной (активной и реактивной). Если есть реактивная мощность, то он будет меньше единицы. Причем тут нелинейные искажения?

      Ответить
      1. Андрей:

        У компьютерного блока питания вообще нет понятия «косинус Фи» из-за отсутствия сдвига фазы потребляемого тока ко входному напряжению.

        Ответить
        1. Виктор Геронда:

          Вы хотите сказать, что в компьютерном блоке питания нет реактивностей, и он представляет собой чисто активную нагрузку?

          Ответить
  4. Ахмад:

    Здраствуйте. Подскажите как определить мощность или емкость дросселя. Моя подгорела и жутко жужит но работает, хочу поменять пока не сгорело все. Не смог найти такой же и хотел поменять другой но с такими же характеристиками

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      Здравствуйте, Ахмад. Если у вас пассивный PFC, то возьмите любой подходящий по габаритам дроссель от блока питания такой же мощности (или близкой) с пассивной PFC. Толку от него все равно немного.

      Ответить
  5. Мах:

    МОжно вместо дроселя поставить перемычку?

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      Наверное, в большинстве случаев можно, хотя и не всегда. Но зачем?
      Я не пробовал.

      Ответить
  6. алекс:

    спасибо брат за ликбез для чайников ты твориш добро

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      Пожалуйста, Алекс

      Ответить
  7. Константин:

    Очень грамотно описано. Благодарствуем.

    Ответить
  8. Александр:

    Здравствуйте.
    Дискуссия о том, является ли блок питания реактивной нагрузкой или нет для меня не закрыта. С одной стороны реактивность это сдвиг фаз между током и напряжением, что безусловно присутсвует в блоке питания без PFC фильтра, и вызвано характером зарядки конденсатора после диодного моста, а с другой стороны реактивная мощность это мощность запасенная на потребителе, а затем снова отданная источнику в течение одного периода колебаний за счет емкости или индуктивности в сети переменного тока. Но емкость в блоке питания стоит за диодным мостом, и запасенная на ней энергия обратно в сеть не возвращается. Остается только непропорциональность тока и напряжения в течение одного периода. Так стоит ли считать блок питания реактивной нагрузкой?

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      Александр, вы можете подключить измерительные приборы, провести измерения и аргументированно отстаивать свое мнение с цифрами, графиками и скриншотами в руках. Продолжать дискуссию исключительно в теоретическом ключе смысла нет. Если вы не считаете нужным возиться с приборами, никто не запретит вам иметь мнение, что компьютерный блок питания без PFC является чисто активной нагрузкой.

      Ответить
    2. Роман:

      Вы правы. Ничего в сеть не возвращается в обычном выпрямителе. Сотни статей про PFC начинают и заканчивают реактивной мощностью и cos фи, которая в общем-то в комповом БП дело десятое и PF обусловлен в основном нелинейностью.
      У PF 2 множителя — соs фи и (1+THD^2)^0.5.

      Ответить
  9. Владимир:

    Я пожалуй соглашусь с Александром

    Ответить
  10. Захар:

    Здравствуйте!

    Какого типа ИБП подходят для БП с APFC? И как рассчитать нужную мощность ИБП (естественно, при известной мощности БП)?

    Спасибо!

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      В общем случае — линейно-интерактивные и с двойным преобразованием. Но на практике конкретная модель ИБП обычно так четко не идентифицируется, поэтому надо изучать подробное описание конкретной модели.
      Мощность ИБП, которая обычно на нем указывается — это полная мощность (измеряемая в В*А), если умножить эту мощность на косинус фи (который тоже указывается в конкретной модели ИБП), получим активную мощность ИБП. Она должна быть больше той мощности, которая указывается на компьютерном БП. В то же время последнюю нередко завышают, особенно в дешевых моделях БП.

      Ответить
      1. ЗАХАР:

        Виктор, спасибо за ответ!

        Ещё такой вопрос: в некоторых статьях читал, что мощность ИБП должна быть больше мощности блока питания с APFC раза в 2,5–3. Насколько это соответствует (или несоответствует) действительности?

        Ответить
        1. Виктор Геронда:

          Возможно, это связано с чьи-то практическим опытом. Дело в том, что мощность ИБП (как полная, так и активная) нередко в рекламных целях завышена. Ну, или как-то так хитро считали, что получилась завышенной. При этом мощность БП с APFC может быть указана верно. И может получиться так, что ИБП «не потянет» БП с APFC. С другой стороны, мощность БП с APFC тоже может быть завышена ))) Чтобы не попасть впросак и существует, по-видимому, такая рекомендация. Мой практический опыт говорит, что с «честными» ИБП (например, APC) достаточно запаса кратности 1,5-2. Но это касается тех ИБП, с которыми я имел дело. Все ИБП APC я, конечно же, не исследовал.

          Ответить
          1. Захар:

            Огромное, Вам, спасибо! Уже хоть есть от чего отталкиваться.

            Ответить
  11. Игорь:

    Сколько умных обьяснений привели, но ни кто так толком и не обьяснил для чего это пфц в блоке питания и что она конкретно даёт что оно улучьшает.. экономию электроэнергии, надёжность или что-то ещё полезное а не какойто эфимерный косинус фи..?

    Ответить
    1. Виктор Геронда:

      Если в офисе много компьютеров, и у них есть PFC, это уменьшает нагрев проводки по сравнению с теми, у кого PFC нет. Или при том же нагреве можно использовать проводку меньшего сечения. Если PFC нет, часть энергии бесполезно болтается туда-сюда, нагревая провода.

      Ответить
    2. Александр:

      PFC уменьшает негативные последствия связанные с ключевой работой управляющих элементов в преобразователе бп. Косинус фи в традиционном смысле для реактивной нагрузки сюда приплетать абсолютно неправильно, потому что здесь нет реактивной нагрузки в понимании сетей переменного тока 220в 50гц. Конденсатор заряжается через диод, а отдает запасенную энергию через преобразователь в нагрузку. циклы заряда и разряда конденсатора происходят на порядки отличающихся частотах, 50 герц и десятки килогерц. В сеть попадает не энергия разряда конденсатораа, а высокочастотные токи вызванные переключением управляющих элементов, которые конденсатор не в состоянии полностью сгладить. Задача стоит в том чтоб снизить импульсную нагрузку на сеть и таким образом сохранить запасенную конденсатором энергию со всеми вытекающими последствиями. Для этого и делаются индуктивные или активные фильтры которые не допускают выхода обратно в сеть энергии, которая уже попала в бп через диодный мост на конденсатор

      Ответить

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

© 2021 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru