Cześć. Jest to bardzo proste. Na początek klasyczny układ 1F:
Tutaj sprawa ma się tak. Mostek prostowniczy jedynie sprawia, że cały układ wykonawczy pracuje z prądem jednokierunkowym. Bez najmniejszego problemu moglibyśmy dławik wystawić przed mostek prostowniczy i układ nadal by działał (chociaż pewnie wymagał by regulacji). Tranzystor zwiera nam zasilanie do cewki przez co magazynowana jest energia w jej polu magnetycznym. Następnie następuje wyłączenie tranzystora i energia z dławika jest przepychana diodą do kondensatora.
Cała idea układu APFC polega na tym, żeby kształt prądu był taki sam jak kształt napięcia sieciowego. Wtedy zarówno moc bierna jak i moc przekształcenia jest minimalna. Wykonanie układu w sposób jak wyżej sprawia, że w danym pojedynczym cyklu pracy tranzystora prąd osiąga wartość proporcjonalną do chwilowego napięcia, jako że
prędkość narastania prądu w cewce o stałej indukcyjności jest proporcjonalna do napięcia. Tzn. jeżeli tranzystor załączy się w momencie gdy napięcie sieci wynosi 100V, w momencie jego wyłączenia prąd cewki wyniesie 1A. Jeżeli to samo stanie się przy napięciu 200V, w tym samym czasie (zakładając długość cyklu jest stała) prąd cewki osiągnie 2A. Czyli prąd jest proporcjonalny do napięcia, ma więc identyczny kształt co napięcie a o to właśnie chodzi. Układ sterujący APFC ma jedynie na bieżąco tak regulować długość cyklu pracy tranzystora, by przy danym obciążeniu napięcie wyjściowe obwodu mieściło się w wymaganych granicach.
Wracamy do porównania do 3F. Wcześniej napisałem, że można dławik wyprowadzić przed mostek prostowniczy:
Układ niewiele się więc zmienił i działa tak samo. Różnica jedynie jest taka, że płynie przez cewkę prąd w obu kierunkach, a nie w jednym, no i mostek prostowniczy jest mniej narażony na uszkodzenie przepięciami. Teraz nieco poprzesuwam diody mostka, ale nie zmienię połączeń. I może źródło napięcia przesunę:
To samo, prawda? To na koniec dorzućmy jeszcze 4 diody, 2 fazy i voila:
I nie robi się osobnych układów, bo nie ma znaczenia czy każda faza jest "zwierana" do dławika osobno, czy razem. Zwarcie jest zwarcie, i każda faza osobno ładuje swoją własną cewkę tak szybko, jak wysunie napięcie akurat ma (prędkość narastania prądu w cewce proporcjonalna do napięcia). Wyłączenie tranzystora zawsze sprawi, że samoindukcja cewki podniesie napięcie do takiego poziomu, by naładować kondensator, kwestia tego że fazy o niższym napięciu chwilowym będą ładowały niższym prądem i/lub krócej.
Tak właśnie dotarliśmy do pięknego układu jakim jest trójfazowe APFC, czyli układ który dobrze zbudowany rozwiązuje wiele problemów przy wynalazkach domowej produkcji zasilanych z sieci trójfazowej.
Jeżeli jeszcze mógłbym coś doradzić - datasheety układów scalonych aka kontrolerów APFC mogą wydawać się straszne, ale nie bierz pod żadnym pozorem najprostszych kontrolerów w obudowach SO8 SO10 i innych o małej ilości nóżek. Mają one problemy z regulacją wypełnienia impulsu i soft-startem, bo często obie te funkcje realizowane są przez jedną nóżkę a to rodzi masę problemów.
Jeżeli chodzi o napięcie 500V, nie da się tego zrobić w ten sposób. Napięcie sieci trójfazowej (nawet dwufazowej) wyprostowanej dwupołówkowo to 540V. A my do poprawnej pracy musimy to napięcie podnieść o kilkadziesiąt woltów. Czyli na 600V to byśmy zaczynali dyskusje.
Jest jedna możliwość - APFC generujący ujemne napięcie. Zauważ wyżej, że nawet przy wyłączonym kontrolerze APFC całość pracuje jak zwykły prostownik sześciopulsowy i na wyjściu daje 540V. Możemy użyć innej topologii, bo zauważ że typowy układ jednofazowy APFC to przetwornica Boost, tylko ma specyficzne sterowanie. Możemy użyć przetwornicy buck:
Która w teorii da Ci ujemne napięcie, ale to tylko kwestia odwrócenia szyn zasilania dalszych odbiorników. Wtedy układ działa identycznie, ale może poprawnie pracować już od pojedynczych woltów na wyjściu.
Niestety nigdy nie budowałem układu APFC Buck w wersji trójfazowej. Trzeba będzie przemyśleć układ elementów wykonawczych, ale powinno się udać.
