พื้นฐานของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าและประสิทธิภาพ
วิศวกรที่ทำงานกับแหล่งจ่ายไฟภายนอก (EPS) คุ้นเคยกับการวัดประสิทธิภาพเป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแอปพลิเคชันของพวกเขามักจะทำงานบนแหล่งจ่ายไฟ DC ข้อผิดพลาดทั่วไปอาจเกิดขึ้นได้เมื่อทำการวัดกำลังไฟฟ้าในด้าน AC ของแหล่งจ่ายไฟ ข้อผิดพลาดทั่วไปเหล่านี้รวมถึงการวัดที่ไม่ถูกต้องหรือการละเลยตัวประกอบกำลังไฟฟ้าโดยสิ้นเชิงเมื่อคำนวณกำลังไฟฟ้าเข้า ซึ่งส่งผลให้การวัดประสิทธิภาพไม่ถูกต้อง มาทบทวนพื้นฐานของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าและประสิทธิภาพ จากนั้นให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการรวมตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเมื่อทำการวัด AC ประสิทธิภาพของพลังงาน DC
ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าและประสิทธิภาพ การทบทวน
ประสิทธิภาพ (η) คืออัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าขาออกต่อกำลังไฟฟ้าขาเข้า:
สมการที่ 1: ประสิทธิภาพ
ในบริบทของแหล่งจ่ายไฟภายนอก (EPS) ที่เกี่ยวข้องกับกระแสตรง กำลังไฟฟ้าขาออกคำนวณได้ง่ายๆ โดยการคูณแรงดันไฟฟ้าขาออกด้วยกระแสไฟฟ้าขาออกโดยการให้ตัวเศษอย่างรวดเร็วแก่สมการ
การคำนวณกำลังไฟฟ้าขาออก
การคำนวณกำลังไฟฟ้าขาออกของ EPS ซึ่งเป็น DC นั้นง่ายๆ คือแรงดันไฟฟ้าขาออกคูณด้วยกระแสไฟฟ้าขาออก:
สมการที่ 2: กำลังไฟฟ้าขาออก
สมการที่ 2 คำนวณกำลังไฟฟ้าขาออกกระแสตรง (dc) (P_dc) ของแหล่งจ่ายไฟไฟฟ้า (EPS) โดยการคูณแรงดันไฟฟ้าขาออก (V_dc) ด้วยกระแสไฟฟ้าขาออก (I_dc) ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าวัดเป็นวัตต์ (W)
การทำความเข้าใจตัวประกอบกำลังไฟฟ้า
ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการใช้การคำนวณเดียวกันนี้เพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าขาเข้า สิ่งนี้ก่อให้เกิดปัญหาเนื่องจากผลคูณโวลต์-แอมแปร์ในวงจร AC ไม่ได้เท่ากับกำลังไฟฟ้าจริงเสมอไป และในความเป็นจริง ในกรณีของอะแดปเตอร์ภายนอก ผลคูณโวลต์-แอมแปร์จะไม่เท่ากับกำลังไฟฟ้าจริง ในวงจร AC ผลคูณโวลต์-แอมแปร์เท่ากับกำลังไฟฟ้าปรากฏ (S) ซึ่งเกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้าจริงผ่านคำว่า ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (PF):
สมการที่ 3: กำลังไฟฟ้าปรากฏ
สมการที่ 3 คำนวณกำลังไฟฟ้าปรากฏ (S) ในโวลต์-แอมแปร์ (VA) โดยการคูณแรงดันไฟฟ้า (rms) รูทมีนสแควร์ (Vrms) ด้วยกระแสไฟฟ้า (rms) รูทมีนสแควร์ (Irms)
การกำหนดตัวประกอบกำลังไฟฟ้า
ตามคำจำกัดความ ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าคืออัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าจริงต่อกำลังไฟฟ้าปรากฏ โดยที่กำลังไฟฟ้าปรากฏคือผลคูณของแรงดันไฟฟ้า rms และกระแสไฟฟ้า rms เฉพาะเมื่อตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 1 เท่านั้นที่ผลคูณโวลต์-แอมแปร์เท่ากับกำลังไฟฟ้าจริง:
สมการที่ 4: ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า
การวัดตัวประกอบกำลังไฟฟ้า
วิธีที่ดีที่สุดในการวัดตัวประกอบกำลังไฟฟ้าคือการใช้มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า เช่น ที่แสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง อุปกรณ์เหล่านี้จะส่งออกกำลังไฟฟ้าจริงโดยตรง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องพิจารณาตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเมื่อคำนวณประสิทธิภาพ นอกเหนือจากกำลังไฟฟ้าจริงแล้ว มิเตอร์เหล่านี้ยังสามารถวัดตัวประกอบกำลังไฟฟ้า THD กระแสไฟฟ้าสำหรับแต่ละฮาร์มอนิก และอื่นๆ แม้ว่าอะแดปเตอร์ภายนอกกำลังไฟต่ำจะไม่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าหรือขีดจำกัดฮาร์มอนิกที่กำหนดไว้ แต่แหล่งจ่ายไฟกำลังไฟสูงกว่าจะมีขีดจำกัดด้านกฎระเบียบเฉพาะเกี่ยวกับเนื้อหาฮาร์มอนิกและตัวประกอบกำลังไฟฟ้า มาตรฐานต่างๆ เช่น EN 61000-3-2 ระบุขีดจำกัดของกระแสฮาร์มอนิกสูงสุดและรวมถึงฮาร์มอนิกที่ 39 สำหรับระดับพลังงานบางอย่าง เมื่อทำการวัดกระแสฮาร์มอนิกของแหล่งจ่ายไฟ มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็น
รูปที่ 1: มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า WT210 แสดงการวัดที่สอดคล้องกับรูปคลื่น
ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟ
คุณอาจคิดว่าผลกระทบของการละเว้นตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดเพียงเล็กน้อย และ/หรือตัวประกอบกำลังไฟฟ้าของอะแดปเตอร์ภายนอกไม่สามารถแย่ขนาดนั้นได้ ในความเป็นจริง หากไม่มีการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าของอะแดปเตอร์ภายนอกอาจต่ำถึง 0.5 ที่โหลดพิกัดได้อย่างง่ายดาย อะแดปเตอร์ที่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้า 0.5 จะมีกำลังไฟฟ้าปรากฏเป็นสองเท่าของกำลังไฟฟ้าจริง ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟจะมีประสิทธิภาพจริง 100% การวัดนี้จะแสดงเพียง 50%
นอกเหนือจากการรวมตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในการคำนวณประสิทธิภาพโดยทั่วไปแล้ว สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับสายและโหลด ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ เช่น DoE Level VI กำหนดให้วัดประสิทธิภาพที่หลายจุด (โหลด 25%, 50%, 75% และ 100%) ที่แรงดันไฟฟ้าทั้งสูงและต่ำ หากใช้ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในการคำนวณกำลังไฟฟ้าจริง จะต้องวัดใหม่สำหรับแต่ละเงื่อนไขเหล่านี้
มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้าสำหรับการทดสอบประสิทธิภาพที่แม่นยำ
กฎระเบียบที่เพิ่มขึ้นมาหลายทศวรรษทำให้การทดสอบประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการเลือกและรับรองคุณสมบัติของแหล่งจ่ายไฟ การขาดประสบการณ์ในการจัดการกับวงจร AC อาจนำไปสู่วิศวกรทดสอบเพื่อละเว้นหรือคำนวณตัวประกอบกำลังไฟฟ้าอย่างไม่ถูกต้อง ส่งผลให้ตัวเลขประสิทธิภาพไม่ถูกต้อง เมื่อทำการทดสอบอะแดปเตอร์ภายนอก หรือแหล่งจ่ายไฟ AC-DC ใดๆ วิธีที่ดีที่สุดในการคำนวณกำลังไฟฟ้าขาเข้าจริงคือการใช้มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้ไม่เพียงแต่วัดกำลังไฟฟ้าจริงโดยตรงเท่านั้น แต่ยังสามารถวัดกระแสไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับฮาร์มอนิกแต่ละตัวและให้ภาพรวมที่สมบูรณ์ของอินพุตแหล่งจ่ายไฟ
ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าอยู่ในรายการข้อกังวลสำหรับนักออกแบบของอุปกรณ์เกือบทุกชนิดที่ดึงพลังงานจำนวนมากจากเต้ารับไฟฟ้า รวมถึงวิศวกรในภาคส่วนไฟฟ้าหนัก เป้าหมายตัวประกอบกำลังไฟฟ้าตามกฎหมาย รวมถึงประสิทธิภาพ ต้นทุนส่วนประกอบ และปริมาณ/พื้นที่บอร์ดจะต้องได้รับการพิจารณา
KSPOWER ได้ออกแบบการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบแอคทีฟในแหล่งจ่ายไฟ AC-DC ส่วนใหญ่ที่มีพิกัด 105 W ขึ้นไป เพื่อช่วยให้การใช้งานง่ายขึ้นและรับประกันการปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับ OEM
