Sind typische Computer-Netzteile stromführend oder nacheilend?

Computer-Netzteile verfügen häufig über „Power Factor Correction“-Funktionen, die den verwendeten Leistungsfaktor auf ein Niveau anheben, das nahe an ohmschen Lasten liegt (1). Ich bin gespannt, wie die Stromversorgungslasten ohne Leistungsfaktorkorrektur aussehen würden. (Schaltnetzteile verwenden sowohl Induktivitäten als auch Kondensatoren; ich bin mir jedoch nicht sicher, wie ihre Last auf der AC-Seite aussieht.)

Ohne die PFC wären sie eine völlig andere Stromversorgung, dh die PFC ist ein integraler Bestandteil der Stromversorgung, keine Erweiterung eines anderen Designs.
@IgnacioVazquez-Abrams: Es ist nicht nur ein großer Kondensator oder Induktor am Ende?
Nein. Netzteile verwenden aktive PFC, einen DC-zu-DC-Wandler, der die Wellenform der Wechselspannung verfolgt und die Last für das Versorgungsnetz als ohmsch erscheinen lässt, indem der Wechselstrom dazu gezwungen wird, sinusförmig und in Phase mit der Spannung zu sein.
Ich denke, eine gute Antwort auf diese Frage sollte sich mit dem Unterschied zwischen dem Verschiebungsleistungsfaktor und dem Verzerrungsleistungsfaktor befassen .

Antworten (2)

Es geht nicht so sehr um Führen oder Verzögern. Bei einem Nicht-PFC-Netzteil besteht die Schaltung aus einem Brückengleichrichter, gefolgt von einem großen Bulk-Kondensator. Die Kappe lädt sich auf und fällt zwischen den Zyklen der Wechselstromleitung ab. Während eines potenziell großen Teils des Wechselstromzyklus leitet die Brücke nicht, weil die Kappenspannung immer noch über der gleichgerichteten Wechselstromspannung liegt. Unmittelbar in der Nähe der Spitze der Leitung übersteigt die Leitungsspannung die Kappenspannung, und der gesamte Strom fließt während dieses kleinen Leitungswinkels in die Kappe.

Es sieht also nicht streng induktiv oder kapazitiv aus, erzeugt aber große Netzharmonische. Das ist wirklich das, was die Normen zur "Leistungsfaktorkorrektur" regeln. Es ist nicht wirklich der Leistungsfaktor, sondern die Oberschwingungen. Die enormen Spitzenströme im Vergleich zur durchschnittlichen Stromaufnahme sind das Problem für die Versorger.

Ich würde vorschlagen, für eine ausführlichere Erklärung zu Wikipedia zu gehen, sie haben die Formeln und eine schöne Grafik. Auch "Es ist nicht wirklich der Leistungsfaktor" ist irgendwie falsch: Im Allgemeinen wird der Leistungsfaktor als die Verbindung von Verschiebungsleistungsfaktor und Verzerrungsleistungsfaktor definiert.
@FrancoVS Guter Punkt zur Definition des Leistungsfaktors, einverstanden. Eigentlich hätte ich sagen sollen, dass es nicht wirklich der Verschiebungsleistungsfaktor ist (da der Titel des OP fragt, ob es führt oder zurückbleibt). Ich mag den Begriff "Verzerrungsleistungsfaktor" wirklich nicht, ich bevorzuge nur harmonische Verzerrungen, aber es ist definitiv richtig, beide als Teil des Gesamtleistungsfaktors zu betrachten.
Entschuldigung, aber diese Antwort beschreibt überhaupt kein PC-Netzteil, auch nicht eines ohne PFC. Es beschreibt ein lineares Netzteil. In einem SMPS (in allen PC-Netzteilen verwendet) erfolgt das Laden und Entladen der Bulk-Kapazität mit der Schaltfrequenz des Netzteils, nicht mit der Netzfrequenz.
@JamieHanrahan Wie kann es möglicherweise zu einer Aufladung der Bulk-Kappe bei der Schaltfrequenz kommen? Das Aufladen kann nur erfolgen, wenn die Wechselstromleitung über der Bulk-Cap-Spannung liegt. Ebenso tritt eine Entladung auf, wenn die Wechselstromleitung unter der Bulk-Cap-Spannung liegt.
@JamieHanrahan Sie können den Eingangsstrom zu einem ATX-Schaltnetzteil ohne PFC (wie bei PC-Netzteilen) hier sehen: pcper.com/reviews/Cases-and-Cooling/…
@JohnD Es gibt keine Bulk-Obergrenze, wo du denkst! Ein SMPS vom PC-Typ verfügt über einen Vollwellengleichrichter, gefolgt von einem Chopper, der den ungefilterten Gleichstrom in eine Rechteckwelle von etwa 30 kHz umwandelt. Das ist Eingang in einen Abwärtstransformator, das Ergebnis ist FW gleichgerichtet, DANN kommt die Filterkappe. Es gibt überhaupt keine Bulk-Obergrenze in der Line-Frequenz-Sektion. (Ja, die alten Nicht-PFC-Netzteile mit einem 110/220-Schalter verwendeten eine Kappe, aber diese befand sich in einem Spannungsverdoppler vor dem FW-Gleichrichter. Er wird in der 220-Position umgangen.) Verdammt, Teil des ganzen Punktes eines SMPS ist, die viel größere Kappe zu vermeiden, die bei 50 oder 60 Hz benötigt würde.
@JamieHanrahan In Q oder A wurde kein Alter des PC-Netzteils angegeben. Jede ATX-Versorgung, die ich geöffnet habe, hatte einen Brückengleichrichter -> Bulk Caps -> Schaltteil der Schaltung. Einige davon hatten eine automatische Spannungsumschaltung, andere eine manuelle und einige die typische moderne 90-260-VAC-Spezifikation. Letztere benötigen natürlich überdimensionierte Eingangskappen. Zufällig glaube ich nicht, dass ich eine PFC-ATX-Versorgung geöffnet habe, nicht einmal, um einen Lüfter zu wechseln (was bedeutet, dass ich nicht die neuesten Modelle geöffnet habe).
@ChrisH Siehe zum Beispiel hardwaresecrets.com/anatomy-of-switching-power-supplies/2 . Die einzigen Kappen, die in der Pre-PFC-Version 60 Hz sehen, sind die im Spannungsverdoppler und die sind in der 220-Position nicht im Pfad. Bei den PFC-Modellen gibt es diese Kappen nicht einmal. In jedem Fall erfolgt die Filterung stromabwärts des Step-down-Xformers. Auch hier besteht der springende Punkt bei einem SMPS darin, dass der Step-Down und die Filterkappen nicht mit 60 Hz laufen müssen.
@JamieHanrahan, dieses Beispiel stimmt mit Ihren Aussagen überein, ist aber nicht universell. Die erste Abbildung unter en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply bezieht sich auf die Eingangskappen als "Filterkappen", aber zumindest sind sie sichtbar. Sie werden auch in passiven PFC (Valley-Fill-Schaltung) verwendet - also ist es möglich, dass ich das zumindest bei einigen Modellen gesehen habe. Ich habe definitiv gesehen, dass sie am 230-V-Netz aufgeladen wurden - das ist die einzige Art, die ich habe.
@JamieHanrahan Es gibt sicherlich einige neuere ATX-Zubehörteile, die so funktionieren, wie Sie es beschreiben, aber das liegt normalerweise daran, dass sie einen PFC haben. Hier sprechen wir von PFC-freien Verbrauchsmaterialien. Diese Versorgungen benötigen eine Haltezeit und benötigen daher eine Hochspannungs-Bulk-Kapazität (Energie = 1/2CV^2), um die erforderliche Haltezeit von 16 oder 20 ms zu erreichen. Mit Output Caps geht das nicht. In Ihrem Link zeigt die "typische Low-End-ATX-Versorgung Bulk Caps am Ausgang des Brückengleichrichters. Natürlich ist die Primärseite des Transformators eine hochfrequente Rechteckwelle, aber das hat nichts mit dem AC-Eingangsstrom zu tun.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das obige Bild zeigt ein einfaches Nicht-PFC-Schaltnetzteil. Dieses würde wahrscheinlich nicht als Computer-Netzteil verwendet werden, da es wenig Strom verbraucht, aber es reicht aus, um den Punkt zu veranschaulichen.

Das Netz wird gleichgerichtet, um einen Kondensator aufzuladen, und dann wird diese Hochspannungs-Gleichstromschiene verwendet, um den Wandler mit Strom zu versorgen, der in diesem Fall ein einfacher Sperrwandler ist, aber es gibt mehrere andere Konstruktionen.

Der Kondensator wird so groß gewählt, dass er wenig Welligkeit aufweist: Dadurch kann der Gleichrichter nur nahe der Netzspitze leiten.

Das Ergebnis davon ist nicht, dass der Strom der Spannung vorauseilt oder nacheilt, sondern dass der Strom nicht sinusförmig ist mit Stromspitzen nahe den Spannungsspitzen. Dies führt zu einer signifikanten harmonischen Verzerrung.

Um bei den meisten Netzteilen PFC hinzuzufügen, wird vor diesem Kondensator eine zweite Stufe hinzugefügt, die den Strom so formt, dass er der Form der Netzspannung folgt. Dies ist typischerweise ein Aufwärtswandler , wie unten gezeigt.

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