コンピューターの電源のアクティブな力率補正はどのように機能しますか？

非常に詳細な説明を探しているわけではありません（ただし、歓迎されます）。私はそれがどのように機能するかを直感的に理解したいと思っています。

基本的にコンピューターPSUでは、入力、フィルター、PFC回路、スイッチ、変圧器、整流の順になり、最終的に出力フィルターとコンシューマーがあります。私が読んだものから、スイッチを制御し、出力の電圧を調整する同じPWM回路は、アクティブな力率補正も制御します。

私が得られないのは、力率が実際に修正される方法です。

これが写真です：

これら2つのトランジスタはここでどのように機能し、PFCコントローラーは力率が悪いとどのように判断しますか？

力率は通常コイルとコンデンサで修正されることを知っており、ここでは両方を見ていますが、トランジスタの1つが導通し始めたときに実際に何が起こるか、2つのトランジスタが必要な理由、および力率にどのように影響するかはわかりません。

力率は、電流を電圧に追従させることにより管理されます（「修正」は実際には間違った用語ですが、一般的な用語です）。回路図では、バス電圧はAC波形のピークよりも少し高くなります。インダクタ、FET、ダイオード、およびコンデンサがブーストコンバータを形成します。このコンバータは、整流されたAC入力電圧を受け取り、バス電圧を生成します。

制御システムが出力電圧のみを調整した場合、PFCは発生しません。その代わりに、ダイオードを流れる平均電流を調整して、瞬時の整流されたAC入力電圧に比例させます。力率の観点からの理想的な負荷には、電圧と同相の電流があることに注意してください。別の見方をすれば、ACラインの負荷は抵抗性である必要があります。実際の抵抗器と同じように、電圧に比例した電流を維持する必要があります。

もちろん、それはバス電圧の調整とは相反します。これは、AC入力電圧に対する応答は高速ですが、バス電圧の調整に対する応答ははるかに遅いことによって処理されます。つまり、ACラインにはまだ抵抗がありますが、バス電圧を目標値に近づけるために、抵抗値は必要に応じてゆっくりと変更されます。

Digital PFC Controlの記事をチェックして、PFCの背景と、電流を測定せずに電流を電圧に比例させる方法を確認できます。それに関して特許を取得しました。これには、デジタル計算を使用してバス電圧をより正確に制御することも含まれます。わずかな計算能力で、ACライン電圧の追従によりバスに生じるリップルを把握し、それを使用して、負荷からの需要の変化により変化したものを判断できます。これにより、PFC機能を無効にすることなく、従来のアプローチよりも迅速に負荷の変化を調整できます。

簡略化：

• PFCコントローラーは、力率が「悪い」かどうかを「認識」せず、力率が良好であることを保証します
• 図のように2つのトランジスタを使用することは、ブーストコンバータの動作とは無関係です（両方が同時にオンとオフになります）
• コイルとコンデンサを使用した受動力率補正は、能動力率補正とは根本的に異なります

Philip C. ToddによるアクティブPFCに関する標準的なペーパーは、PFCの仕組みについて非常に詳細な説明を提供し、古風なコントローラー（UC3854）向けに書かれているにもかかわらず、アイデアは依然として関連性が高く、現代の多くのアクティブPFC実装の基礎となっています。

アクティブPFCコントローラーの基本的な目的は、主電源から引き出される負荷を抵抗性にすることです。明らかに、ほとんどの場合、ダウンストリーム負荷は抵抗力がありません（通常、DC / DCコンバーターのような定電力負荷）。PFCコントローラーが力率補正を実現する方法は、AC波形を検出し、コンバーター（通常はブースト）のデューティサイクルを変調して抵抗器のように動作させることです-ゼロ交差点では電流を流さず、ACピーク。

パッシブPFC（説明したコイルとコンデンサ）には、非理想的な負荷を打ち消すために、メインに大きなローパスフィルターを配置することが含まれます。関与する「スマート」はありません。

提供した図には、一般的なPFCコントローラーが使用するセンシングネットワークがありません。

• 入力AC波形センシング
• 出力DCセンシング
• MOSFET電流

波形センシングは、通常は電流の形で、ブリッジ整流器の後のAC波形を表す信号をPFCコントローラーに提供します。PFCコントローラーはこの波形入力を使用して、コンバーターのデューティサイクルを制御します。

出力DCセンシングは、ブーストコンバーターの出力レギュレーションを維持する低速電圧（通常20Hz未満）ループです。AC波形入力よりも低い帯域幅が必要です。そうでない場合、PFCは機能しません。

MOSFET電流検出は、電流モード制御に使用される高速電流ループです。

「力率」とは、次の2つの懸念事項を指します。

• 電流と電圧の間の位相角（位相差が大きい= I * Vに比べて供給される電力が低い）

• 非線形負荷に起因する電流の歪み：クレストファクター=ピーク電流/ rms電流は、正弦波のsqrt（2）よりもはるかに大きくなる可能性があり、ユーティリティの伝送システムでより多くの損失を引き起こす高調波につながります。

電源のPFC回路は、主にこれらの2番目に対処します。その図のインダクタ+ MOSFETを取り除くと、非常に高い波高率負荷になります。ダイオードはコンデンサに大きな「スラープ」電流を引き込みます。

PFC回路は、インダクタを流れる電流を（電圧と同相の）整流正弦波にし、商用電源の電流を正弦波のように見せることにより、これをユーティリティから保護しようとします。

なぜ2つのトランジスタが必要ですか？それらは実装の詳細ではありません（おそらく、一般的なパッケージで2つの小さなMOSFETを使用するほうが、一般的なパッケージで1つの大きなMOSFETを使用するよりも費用対効果が高いでしょう）。

制御回路はMOSFETをオンにし、インダクタを流れる電流を増加させます。MOSFETをオフにすると、電流が負荷に流れ込み、一般的に電流が減少します。制御回路は、先に述べたように、整流された正弦波として、インダクタを流れる電流を制御するためにオン/オフを決定します。

また、出力の電圧も調整します。

これを行うには、通常のDC / DCコンバーターよりも少し複雑で、インダクターとコンデンサーの両方でより多くのエネルギー貯蔵容量が必要です。