tutorial Correção do fator de potência

[Henrique Forró]

Com o aumento da importância da correção do fator de potência em equipamentos de todos os tipos, um controlador capaz de realizar essa tarefa, ocupando o mínimo de espaço e usando o mínimo de componentes externos, é algo que deve ser levado em conta em qualquer projeto. Neste artigo, mostramos como essa correção pode ser feita através de circuitos eletrônicos.

Existem diversas maneiras de se corrigir o fator de potência em um circuito eletrônico. Uma delas consiste no controle médio da corrente numa topologia tipo boost, por exemplo, como a que faz uso do circuito integrado ML4821, bastante comum nessa aplicações.

Esse tipo de circuito pode gerar um sinal senoidal de alta qualidade, se bem que ele também possa ser usado em outras topologias de fontes de alimentação. Na figura 1 temos, então, o diagrama de blocos simplificado para esse tipo de aplicação.

 

 

 

Observe que esse circuito monitora a entrada da corrente retificada em onda completa e também a tensão de saída. As duas realimentações são combinadas de modo a modular a corrente média de entrada de acordo com a tensão retificada, e ao mesmo tempo regulando as variações que ocorrem tanto na linha como na carga.

Chegamos então ao circuito da figura 2, que consiste em um Controlador de Fator de Potência ou Power Factor Controller (PFC) com todas as conexões já feitas. Conforme podemos ver, o coração do circuito é o modulador de corrente.
 

 

Esse modulador é formado por um circuito de ganho linear, um amplificador de corrente e um circuito comparador PWM (Modulação de Largura de Pulso ou Pulse Width Modulator). A finalidade desses três sub-circuitos é forçar a corrente de saída a ter uma forma de onda senoidal.

Uma corrente proporcional à tensão retificada de entrada é gerada com a ajuda do resistor RL. Essa é a tensão de referência ,que é aplicada a uma das entradas do modulador de ganho. A outra entrada do modulador de ganho é a ligada à saída do amplificador de erro.

Assume-se que a saída do amplificador de erro muda mais lentamente quando comparada com a freqüência da rede. Isso é real, uma vez que a faixa passante desse amplificador é ajustada para um valor baixo através dos componentes de realimentação.

O modulador de ganho tem uma entrada de corrente. Isso quer dizer que ele possui uma boa imunidade a ruídos de terra. Quando existe uma corrente nessa entrada, seu terminal de entrada proporciona uma queda de tensão equivalente a um diodo. Isso faz parte do espelho de corrente, significando que uma fonte de tensão de baixa impedância nunca deve ser ligada nessa entrada.

A saída do modulador de ganho é uma corrente que é o produto da corrente de referência e uma saída do amplificador de erro que monitora a tensão de saída. Essa corrente de saída é aplicada ao resistor Rc, e a tensão é subtraída da tensão sensoriada através de Rs e aplicada ao amplificador de erro.

Com o controle em elo fechado, o amplificador de erro consegue manter essa tensão diferencial próxima de zero. Isso força a tensão produzida pelo retorno da corrente em Rs a ser igual à tensão através de Rc. Como isso exige um sensoriamento dissipativo, o resistor Rs deve ser de potência, mas de baixo valor.

O sinal de corrente de erro amplificado é aplicado à entrada inversora do comparador PWM. A outra entrada do comparador PWM é a rampa gerada pelo capacitor C do oscilador. Uma modulação de largura de pulso é, então, obtida quando o sinal amplificado de erro (que fixa o ponto de excursão) modula o circuito para cima e para baixo.

O restante do circuito é muito semelhante aos encontrados em circuitos convencionais PWM. Nessa topologia, entretanto, o loop opera em torno de 0 V.

Pormenores sobre o cálculo de todos os componentes desse circuito assim como sobre configurações de maior potência (200 W) completas, podem ser encontradas no Application Note AN 16 da Fairchild.

*Artigo originalmente publicado na revista Saber Eletrônica Ano 43 - Número 416 Setembro 2007