Egy kapcsolóüzemű tápegység megközelítőleg 1500 Watt teljesítménnyel tud terhelni egy tipikus 220V-os 10A-es biztosítékkal védett fali csatlakozót, mielőtt elérné a kritikus szintet. Ám egy egyszerű kenyérpirító akár 2000 Watt teljesítményű is lehet ugyanitt. A különbség a két eszköz között a kapcsolóüzemű tápegység alacsony teljesítménytényezőjében (Power Factor) keresendő. Ha korrigálnánk a tápegység teljesítménytényezőjét, akkor nagyobb lehetne kinyerhető Wattok száma egy 220V 10A-es konnektorból mint egy kenyérpirítóé.A kapcsolóüzemű tápok alapvetően rendelkeznek nemkívánatos rövid pulzáló áramjelleggel. Ezek áramveszteséget, súlyos mérhető teljesítménytényező romlást, harmonikusokat eredményeznek. A gyenge PF nemkívánt melegedést is okoz, ezek csökkenthetők a PF korrigálásával(PFC).
Mi az a teljesítménytényező korrekció(Power Factor Correction)
A teljesítménytényező(PF) egy technikai érték, ami megadja a valódi teljesítményfelvétel és a látszólag felvett teljesítmény(volt RMS x amper RMS) különbségét, egy 0 és 1 között lévő tizedes tört értékkel. A teljesítménytényezőt ügy is meghatározhatjuk, hogy a szinuszos feszültség és az áram hullámformájának az eltérése. Amikor a hálózat terhelése részben kapacitív vagy induktív, az áram hullámformája kitér a feszültség fázisából. Ez szükséges plusz áram generál egy nem kívánt terhelést a hálózati kábelre.
Egy egyszerű ellenállásnak van a legmagasabb teljesítménytenyezője(PF=1). Amikor a váltakozó áramú feszültség keresztülmegy az ellenálláson, a létrejövő áram megegyező fázisban marad a feszültséggel.
Egy elektromos motor induktív terhelés, különösen, amikor indul. Az áram hullámformája lemarad a feszültségé mögött, így leesik a teljesítménytényező értéke 1 alá. Ez az, amiért sok motorra indító kondenzátort szerelnek, hogy ellensúlyozzák az induktivitás hatását és korrigálják a teljesítménytényezőt.
Kapcsolóüzemű tápoknál megfigyelhetjük, hogy váltakozó áramú terhelés nem igazán kapacitív vagy induktív, sokkal inkább egyenetlen. A kapcsoló módú áram rövid, pulzáló, de fázisban van a feszültséggel. A készülék valódi teljesítményfelvétele jelentősen magasabb, mint a leadott(volt RMS x amper RMS), ez azért van, mert a teljesítménytényező kisebb mint 1, átlagosan 0.65 körüli.
Javítsuk a teljesítménytényezőt!
A rossz teljesítménytényezőt javítani kell PFC-kkel. Azok a típusok amiket kapcsolóüzemű tápokban használnak, "kisimítják" a pulzáló áram alacsony RMS értékét, növelve ezzel a teljesítménytényezőt, és csökkentve az áramköri hibák lehetőségét, illetve a kiégett biztosítékok előfordulását. Két alaptípusa létezik a teljesítménytényezőt korrigáló megoldásoknak, az aktív és a passzív PFC. Az aktív PFC hatásosabb, drágább és bele kell tervezni ill. építeni a tápba, így a PF érték 0.98 körüli lehet. A passzív PFC olcsóbb, megbízhatóbb, PF értéke 0.90 körüli.
Csökkentsük a vonali harmonikusokat
Vonali harmonikusok akkor jönnek létre, amikor a bejövő áram nem tiszta szinusz hullám és a kapcsoló táp ebből pulzáló áramokat állít elő. Vizsgálva ezeket, egyszerű matematikai eszközökkel leírhatunk egy összetett hullámformájú teljesítménytényezőt, az alapfrekvenciát módosító harmonikusokkal. A harmonikus áramok nem terhelik a hálózatot, de nemkívánt melegedéseket okoznak a csatlakozókon, kábeleken, megszakítókon és az elosztó transzformátoron. A PFC megszünteti a harmonikusokat, meghagyva az alapfrekvenciát.
Arassuk le az így kapott teljeítménytöbbletet!
Ahhoz, hogy meghatározzuk a PFC-vel elérhető teljesítménytöbbletet, meg kell értenünk az alábbi egyenletet, ami definiálja a tápegységből kijövő teljesítményt:
Pout = Vl(RMS) x Il(RMS) x PF x hatásfok
Például a rendszerünk a hálózatot 80%-osan terheli, egy tipikus 10A-es megszakítót 8A-rel lehet átlagosan terhelni, a legtöbb kinyerhető teljesítmény (220V x 8A) 1760 Watt. Egy kapcsoló üzemű táp 85%-os hatásfokkal 0.65-ös teljesítménytényezővel (220V x 8A x 0.65 x 0.85) 960 Watt teljesítményt tud szolgáltatni. Azonban, ha PFC-vel a tényezőt 0.98-ra korrigáljuk akkor (220V x 8A X 0.98 X 0.85) 1466 Wattra nő a teljesítmény, ami 53%-os növekedés.