Was ist Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltung)?

Schaltung in Geräten, die aus dem Wechselstromnetz gespeist werden, die den Eingangsstrom einer Sinuskurve mit derselben Form und Phase wie die Spannung annähert und so den Leistungsfaktor nahe an 1 bringt (PFC, Power Factor Correction). Üblich ist ein Hochsetzsteller hinter dem Gleichrichter, dessen Schalter so gesteuert wird, dass der Eingangsstrom proportional zur gleichgerichteten Spannung ist; der Ausgang ist eine Gleichspannung von etwa 380 bis 400 V oberhalb des Scheitelwerts der Eingangsspannung. Sie dient dazu, die Oberschwingungsströme von Gleichrichterschaltungen mit bloßem Glättungskondensator zu verringern, und ein nachfolgender galvanisch getrennter DC-DC-Wandler erzeugt aus dieser Gleichspannung die benötigten Spannungen.

Japanische Bezeichnung: 力率改善回路

„Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltung)“ kommt in 6 Übungsfragen aus 2 Themen vor, z. B. Leistungshalbleiter, Schaltungen der Leistungselektronik.

Fachgebiet: Schaltungen der Leistungselektronik

Jetzt üben: Fragen zu Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltung)

Welches Ziel der in Stromversorgungsschaltungen verwendeten Leistungsfaktorkorrektur (PFC) ist richtig?

  1. ADie Ausgangsspannung zu verdoppeln
  2. BDas Netzteilrauschen zu erhöhen
  3. CDie Wellenform des Eingangsstroms einer Sinusform nahe der Spannung anzupassen und den Leistungsfaktor an 1 anzunähern
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Antwort: C. Die Wellenform des Eingangsstroms einer Sinusform nahe der Spannung anzupassen und den Leistungsfaktor an 1 anzunähern

Bei einfachen Gleichrichterschaltungen mit Glättungskondensator fließt der Eingangsstrom nur impulsförmig nahe dem Scheitelwert, der Leistungsfaktor sinkt auf etwa 0,5 bis 0,7, und Oberschwingungen belasten das Stromnetz. Eine PFC-Schaltung regelt den Eingangsstrom z. B. mit einem Hochsetzsteller auf eine Sinusform wie die Spannung und erhöht den Leistungsfaktor auf 0,95 oder mehr. In Japan und Europa gibt es Oberschwingungsvorschriften für Geräte ab einer bestimmten Leistung, und PFC ist z. B. in PC-Netzteilen und LED-Beleuchtung eingebaut.

Warum wird bei Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltungen) vom Boost-Typ in Netzteilen für 100 bis 240 V Wechselspannung die Ausgangsgleichspannung häufig auf etwa 380 bis 400 V gelegt?

  1. AJe höher die Ausgangsgleichspannung gewählt wird, desto weiter steigt der Leistungsfaktor über 1, sodass sich der Eingangsstrom weiter verringern lässt
  2. BEin Hochsetzsteller kann nur Spannungen oberhalb seiner Eingangsspannung ausgeben, daher muss sie über dem Scheitelwert der Eingangsspannung (etwa 339 V bei 240 V Effektivwert) liegen
  3. CDie PFC-Schaltung ist als Tiefsetzsteller aufgebaut, daher wird die Ausgangsgleichspannung unter dem Scheitelwert des Eingangs gehalten, um den nachfolgenden galvanisch getrennten Wandler und den Glättungskondensator vor Überspannung zu schützen
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Antwort: B. Ein Hochsetzsteller kann nur Spannungen oberhalb seiner Eingangsspannung ausgeben, daher muss sie über dem Scheitelwert der Eingangsspannung (etwa 339 V bei 240 V Effektivwert) liegen

Bei der PFC-Schaltung vom Boost-Typ dient die gleichgerichtete, pulsierende Spannung als Eingang, und der Schalter wird so gesteuert, dass der Eingangsstrom sinusförmig mit derselben Form wie die Spannung verläuft. Da ein Hochsetzsteller keine Spannung unterhalb seiner Eingangsspannung ausgeben kann, muss die Ausgangsgleichspannung stets über dem Scheitelwert der Eingangsspannung liegen. Der Scheitelwert von 240 V Effektivwert ist √2 × 240 ≈ 339 V, weshalb man mit Reserve etwa 380 bis 400 V wählt. Diese Gleichspannung setzt ein nachfolgender galvanisch getrennter DC-DC-Wandler auf die benötigte Spannung um.

„Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltung)“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltung)“ (6)

  1. Welches Ziel der in Stromversorgungsschaltungen verwendeten Leistungsfaktorkorrektur (PFC) ist richtig?
  2. Warum wird bei Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC-Schaltungen) vom Boost-Typ in Netzteilen für 100 bis 240 V Wechselspannung die Ausgangsgleichspannung häufig auf etwa 380 bis 400 V gelegt?
  3. Welches Merkmal des Superjunction-(SJ-)MOSFET ist richtig?
  4. Was ist der Hauptvorteil von SiC-Schottky-Barrier-Dioden als Freilaufdioden z. B. in Wechselrichtern?
  5. Welcher DC-DC-Wandler gibt eine höhere Gleichspannung als die Eingangsspannung aus?
  6. Warum wird in einem Netzteil, dessen Eingangsstrom nicht sinusförmig ist und viele Oberschwingungen enthält, der Leistungsfaktor nicht 1, selbst wenn die Grundschwingung des Stroms mit der Spannung in Phase ist?

Vergleiche mit diesem Begriff

Verwandte Begriffe

Hochsetzsteller (Boost-Konverter) Gleichrichterschaltung (Gleichrichter) Glättungskondensator Leistungsfaktor DC-DC-Wandler Raumladungszone (Verarmungszone) Durchlasswiderstand (R_on) SiC (Siliziumkarbid) Wechselrichter Tastverhältnis (Duty Cycle)

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