º Por Osvaldo LW1DSEº

En la figura 1 vemos un PFC con la etapa de potencia tipo Boost y con los elementos necesarios para un funcionamiento correcto. El IC es del tipo generico, es decir, no necesariamente corresponde a un tipo existente en el mercado. Es a solo titulo de explicar el funcionamiento del conjunto.

Se puede apreciar una importante similitud para con los vistos respecto a fuentes conmutadas propiamente dichas. Para empezar, tenemos un resistor Ra, un capacitor Ca que generan un peque¤o delay para el arranque. Dado que sobre Ci en condiciones normales de trabajo, se halla presente un importante ripple de 100 (120) Hz, Ca impide que alcance el pin de Vdd del IC. R1 y R2 forman un divisor de tension que monitorea el estado de la linea de alimentacion general e inhibe el arranque si la misma se halla fuera de los valores de diseño. Por otro lado provee una señal semisinusoidal a ser utilizada en sectores internos del dispositivo. R3 y R4 pasan informacion al IC del estado de la tension de salida de manera similar que en cualquier fuente de
las ya vistas. Cc es el capacitor de compensacion del operacional, y que se lo calcula para que la respuesta en frecuecia sea (normalmente) inferior a los 20 Hz, de manera tal que no intente corregir el ripple presente en Ci, y se comporte realmente como un PFC. Co y Ro (de ser necesarios) fijan la frecuencia de conmutacion del PFC. Si es del tipo ZCS, ambos son innecesarios, y entonces entraria en funciones Rm (uniendo los puntos cortados con una X), llevando informacion del estado magnetico de L1 como ya vimos en las fuentes ZVS. Para ello, se toma una conexion del devanado auxiliar sobre L1, el cual tambien se rectifica en media onda con D2 para obtener la alimentacion del IC, y a veces se puede utilizar esa misma rectificacion para alimentar el IC del PWM de la fuente principal. Desde ella, se trae una señal de sincronismo que se aplica a la pata Syn para que ambos IC operen en forma coordinada; lo correcto seria que cuando el PFC entregue un pulso de corriente de salida por D1, sea el mismo instante en que se drena desde la fuente princiapal, de esa manera el ripple de alta frecuencia es minimo, con lo cual Co puede tener el minimo valor posible. Rg y R5 sabemos que su funcion es amortiguar posibles oscilaciones en el circuito de compuerta del FET y prevenir posibles disparos erraticos, y eventualmente, la destrucci¢n de la capa aisladora de SiO2 que la forma.

De acuerdo al modo de operacion del IC, y de como evoluciona la corriente en el inductor, se pueden distinguir 3 tipos distintos. Recuerdese, que para las fuentes hab¡a 2, y que uno de ellos (modo cont¡nuo) era muy poco
utilizado. Ac  la situacion es diferente, pues el restringido ancho de banda del sistema permite su utilizacion con poca dificultad.

---* Modo Continuo: la corriente en el inductor no se agota entre ciclo y ciclo.
Siendo del tipo a frecuencia fija, usualmente se lo utiliza con un sistema de sensado de corriente (Rs, Rf y Cf). Requiere una circuiteria interna al IC un tanto compleja, y actualmente se esta  utilizando una version mejorada en donde en lugar de corriente de pico, se utiliza un circuito de valor de medio de la corriente, que necesita circuitos extra, pero resulta mas sencillo de aplicar.

----* Modo Discontinuo: la corriente en el inductor se vacia entre ciclo y ciclo.
Es el mecanismo mas utilizado en moderadas potencias. Posee menores perdidas por conmutacion, pero tiene la desventaja de requerir semiconductores mas sobredimensionados. Una variante que se utiliza poco, consiste en no utilizar frecuencia de conmutacion fija, sino variable, que se implementa de forma tal que se arranca un ciclo ni bien la corriente en el inductor remanente del ciclo anterior justo llego a cero. De esta manera se opera en el limite entre modo continuo y discontinuo. Dicha variante se la llama: Controlled On Time (Tiempo de encendido controlado).

----* Zero Current Switch: surge como una optimizacion del anterior modo.
Se utiliza un esquema parecido al anterior, pero se detecta el cruce por cero de la corriente en el inductor para disparar un nuevo ciclo de conduccion del MOSFET. El amplificador de error (el amp. operacional interno del IC) monitorea la salida del PFC via los resistores R3 y R4 y la compara con una referencia interna estable. Cc reduce la respuesta en frecuencia hasta alrededor de los 20 Hz. Ese resultante se multiplica analogamente con una muestra obtenida de la semisinusoide presente a la salida del rectificador.
Luego, esa salida se compara con un generador diente de sierra (Co, Ro) para crear de esa forma un PWM de duty cycle de duracion proporcional al valor de la tension rectificada, pero fija dentro de un dado semiciclo de
la tension alterna. Por otro lado, ese PWM dispara un flip flop que a su vez pone la salida del IC en un uno l¢gico (+12V para encender el MOSFET).
Cuando el MOSFET conduce, se pone al inductor sobre la tension de entrada.
La corriente crece linealmente al ritmo:
Este modo de operacion tiene como base de funcionamiento que, con un tiempo fijo de encendido, el pico de la corriente que alcanza el inductor, depende directamente de la tension instant nea a la salida del rectificador Ecuacion (1). Como dicho voltage esta  variando semisinusoidalmente, tambien lo hace la corriente de pico, y ademas la corriente media es la mitad de la de pico (por relacion geometrica). Entonces, si cada vez que se acabe un ciclo y la corriente llegue a cero se arranca otro inmediatamente, la corriente media del inductor, y por lo tanto la de linea es sinusoidal. De esta manera es relativamente simple llegar a valores del PF (Power Factor) de mas de .98.

Analicemos un poco el asunto con ayuda de la Matema tica. Para tener un factor de potencia unitario, necesitamos que la tension y la corriente esten en fase, como sucede unicamente en un resistor puro. En esas condiciones, y dado que estamos hablando de corriente alterna senoidal (sinusoidal), tenemos:

a) a ngulo de fase nulo entre la tension y la corriente drenada; y
b) muy baja distorsion de la corriente consumida.

Para cumplir el cometido, debemos hacer que la corriente que absorba nuestro PFC sea sinusoidal pura y en fase con la tension de linea. Eso se logra modulando a la corriente que circula por el inductor L1 y por lo tanto
desde la linea, con una semisinusoide superimpuesta al PWM de alta frecuencia. Eso se lleva a cabo multiplicando a la tension de error de la salida del operacional que compara la tension de salida con la referencia con una muestra de la tension instanta nea en la entrada, por ello es que existe el divisor R1 y R2 sin desacoplar. Es, por ende, esta etapa multiplicadora analogica entre el error y la semisinusoide, la diferencia entre un IC para PFC y el de uno para SMPS. Es el corazon, en definitiva, de nuestro PFC.

De modo tal que, al igual que con las fuentes Current Mode tenemos dos lazos de realimentacion en nuestro circuito. Uno interno que monitorea la corriente del inductor a traves de una muestra sacada desde el Source del MOSFET, Rs; y otro externo de tension, que vigila la tension de salida. La misma se halla rusticamente controlada por el circuito que arranca en R3 y R4 dado que el lazo tiene la respuesta en frecuencia restringida, y por lo tanto es lento en cuanto a efectuar correcciones. No obstante, la regulacion
definitiva queda a cargo de la fuente principal. Otra alternativa corrientemente en creciente uso, consiste en utilizar el valor medio de la corriente en el inductor, en lugar de la corriente de pico. Eso se obtiene adicionando un circuito no demasiado complicado entre Rs y el resto del circuito, y que consiste escencialmente en un integrador o filtro pasabajos realizado con un amplificador operacional que por lo general viene incluido dentro del IC diseñado para tales efectos.

Pueden utlizarse otras topologias, en lugar del boost arriba visto.
Sin embargo, se utiliza casi exclusivamente esta, por las razones enumeradas en el cap. 31, con mas algunas otras que ahora vamos a detallar. La etapa Buck necesita que la tension de salida sea menor que la de entrada. Es situacion no es posible cumplirla durante todo el ciclo, pues en los puntos en donde la semisinusoide baja a cerca de cero volts, la conduccion cesaria, ergo el PFC resultaria inutil, por no poder cumplir la condicion b) arriba expuesta. Y un Back Boost o inverter, no tendria mucho sentido, pues de poco
sirve tener una tension de salida con el positivo a masa. Tanto en la forma de un Boost o de un Fly Back, la corriente del inductor es la misma que la de entrada, mirando a la señal de baja frecuencia (la de la red), por lo
tanto controlando tal corriente, se puede tener bien vigilada la corriente de entrada. En cambio, en las otras topologias, no se da esta condicion, de manera tal que es mucho mas dificil, y costoso, alcanzar un buen factor de potencia y baja distorsion de la forma de onda de la corriente.

Por Osvaldo LW1DSE

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