Эссе о ККМ (PFC)

ККМ — «по любви или за деньги?»

В добрые старые времена все стабилизированные источники с гальванической развязкой вход-выход делались с трансформатором, работающим с частотой сети – 50 Гц для «наземки» и 400 Гц для всего летающего. Об импульсном потреблении из первичной сети никто не задумывался – разделительный низкочастотный трансформатор «размазывал» импульсы потребляемого тока во времени, понижая их амплитуду, да и самих источников вторичного электропитания было очень мало количественно на один фидер первичной сети.

Импульсные высокочастотные источники электропитания пришли на смену старым, с низко-частотными трансформаторами, по причине экономии меди для уменьшения веса и габаритов и повышения КПД. Революция была неизбежной в условиях резкого увеличения потребностей в самых разнообразных источниках, работающих от сети переменного тока – полупроводниковая электроника развивалась быстро.

Уже в начале 90-х стало ясно, что возможно существование больших секторов рынка преобразовательных устройств на основе маркетинговых соображений в большей степени, нежели технической целесообразности.

Примеры есть.

Например, источники бесперебойного электропитания для персональных и других компьютеров. Именно компьютеров, выполненных с использованием на сетевом входе импульсных преобразователей, для которых родным и безопасным является питание постоянным током с напряжением =300 В. Тем не менее, образовалась огромная индустрия массовой штамповки источников бесперебойного питания, выдающих переменное напряжение 220 В и произвели их очень много милионов штук и еще продолжают производить. Это был и есть маркетинговый сговор в целях увеличения продаж. И только относительно недавно всю бесперебойность стали закладывать в сами компьютеры (ноутбуки) в виде буферной батареи на стороне постоянного тока.

А в целом маркетинговая афера удалась!

Зачем, спросите вы, такое длинное вступление. Потому, что с ККМ произошла очень похожая история. ККМ пришли во время кризиса перепроизводства AC/DC источников, и необходим был гениальный маркетинговый ход для оживления продаж и поддержания производств.

Безусловно, техническая подоплека, конечно, была. Когда импульсных устройств много и все они работают в унисон от одного сетевого фидера – это может рождать огромные импульсные токи по форме далекие от синусоидального напряжения сети. Эти токи в отличие от вполне терпимых импульсов потребления с двойной частотой питающей сети могут достигать коэффициента формы в разы большие, чем у старых систем электропитания. Естественно речь пошла об увеличении действующего значения тока потребления и все очень испугались за живучесть сетевых проводов (!). Может сечение проводов фидеров сети необходимо резко увеличивать во всех квартирах, домах и фабриках? Пугающий эффект очень мощный. На практике все оказалось не так страшно. Мешали два фактора – заметное влияние сопротивления вполне реальных сетевых проводов и внутреннее сопротивление источника энергии. Оно-то, это сопротивление, все равно определяется в достаточно большой степени выходным сопротивлением опять же стоящих в начале фидера старинных трансформаторов, которые пока еще никто отменить не может.

Короче, нагрев питающих проводов увеличился на не очень большие проценты, а запас в проводах по сечению, заложенный нормативами уже давно тревогу за провода развеял. Так что не особо сбылись все выше выделенные «может».

Нужно оговориться, что компьютеров и возможных простейших светодиодных светильников, висящих на одном фидере питающей сети становится все больше, но и сами питающие сети модернизируются и меди на провода никто не жалеет.

Конечно, техника многообразна и очень быстро развивается, конечно, есть конкретные применения, где ККМ обязательны.

Но! Вспомните также как нормативами ввели требования на исключения свинца из припоев – потребовав заменить его не менее вредными составляющими. Вот весь мир и мучается – пайки плохие и ненадежные, затраты на новейшие машины, например, на высокотемпературные печки и всякие пайки в атмосфере дополнительных газов резко возросли и т.п. Ну а там, где качество пайки очень критично – в медицине и в военной технике – там присадки свинца разрешены. Кто выиграл? Продавцы припоев и прочей химии и производители оборудования для производства стали гораздо богаче, а аппаратура с огромным количеством паек проиграла.

Вот это и есть любовь не по любви, а за деньги, за Ваши деньги.

С ККМ история близкая – выпущены стандарты, требования – всем покупать источники электропитания только с ККМ, а ведь во многих случаях это опять не по любви, а за деньги.

Итак.

Отказываясь от ККМ вы уменьшаете количество компонентов в модуле AC/DC примерно на 30-40 %, т.е. резко увеличиваете наработку на отказ и позволяете остальным компонентам разместиться в отведенных габаритах корпуса более свободно и без локальных перегревов, вызванных теснотой.

Отказываясь от ККМ вы увеличиваете КПД модуля примерно на 3-5 %, что в ряде случаев даст неоспоримые преимущества для системы охлаждения.

Отказываясь от ККМ вы улучшаете ЭМС источника при тех же входных фильтрах или упрощаете входные фильтры.
Немаловажно – отказываясь от ККМ вы можете получить скидку в цене.

Но посоветуйтесь о вашей мысли исключить при заказе ККМ с вашими системщиками, они могут вас авторитетно поправить. Да и я не откажу вам в консультации в сложных случаях. Пишите. 

Генеральный конструктор AEPS-GROUP Александр Гончаров

P.S.

Важно учитывать, что ККМ позволяет потреблять от питающей сети синусоидальный ток при синусоидальном характере питающего напряжения. Когда ККМ обязателен?

  1. Когда на одном объекте сосредотачивается очень большое количество преобразователей AC/DC, подключенных к одному (!) фидеру напрямую, например, к выходной обмотке одного мощного трансформатора, стоящего на электрическом вводе в объект, типичный пример — светодиодные светильники в количестве тысячи и десятки тысяч штук в одном зале. Или большие компьютерные сети с количеством вычислителей в сотни и тысячи штук и т.п. Или фабрика для добычи биткоинов. Синхронное воздействие импульсов потребляемого тока действительно может вызывать перегрузку в проводах сети.
  2. Когда происходит работа непосредственно от выходных обмоток генераторов напряжения, например самолетная сеть 115 В или наземная 380 В. Генераторы плохо реагируют на импульсное потребление и не выдают полную мощность, перегреваются.

В таких случаях не задумывайтесь – однозначно ККМ необходим объективно.

Необходимо добавить, что в ряде случаев необходима кратковременная работа преобразователя AC/DC при значительном понижении входного напряжения, например на 30% и более. Или возможен экспорт продукции в Америку, Японию, Бразилию. Т.е. имеется необходимость работать от сети с низким напряжением и от сети с высоким напряжением. Вот здесь ККМ может быть очень полезным.