¿Las unidades típicas de suministro de energía de la computadora son de adelanto o atraso?

Las fuentes de alimentación de las computadoras a menudo tienen características de "corrección del factor de potencia" que elevan el factor de potencia en uso a niveles cercanos a las cargas resistivas (1). Tengo curiosidad por lo que, en ausencia de la corrección del factor de potencia, serían las cargas de la fuente de alimentación. (Las fuentes de alimentación de modo de conmutación usan inductores y condensadores; aunque no estoy seguro de cómo se ve su carga en el lado de CA)

Sin el PFC, serían una fuente de alimentación completamente diferente, es decir, el PFC es una parte integral de la fuente, no una mejora de otro diseño.
@IgnacioVazquez-Abrams: ¿No es solo un gran capacitor o inductor al final?
No. Las fuentes de alimentación utilizan PFC activo, que es un convertidor de CC a CC que rastrea la forma de onda del voltaje de CA y hace que la carga parezca resistente a la red al obligar a que la corriente de CA sea sinusoidal y esté en fase con el voltaje.
Creo que una buena respuesta a esta pregunta debería abordar la diferencia entre el factor de potencia de desplazamiento y el factor de potencia de distorsión .

Respuestas (2)

No es tanto un caso de liderazgo o retraso. En una fuente de alimentación sin PFC, el circuito consta de un puente rectificador, seguido de un gran condensador a granel. La tapa se carga y cae entre los ciclos de la línea de CA. Durante una parte potencialmente grande del ciclo de la línea de CA, el puente no conduce porque el voltaje del límite todavía está por encima del voltaje de la línea de CA rectificado. Justo cerca del pico de la línea, el voltaje de la línea excede el voltaje del límite y toda la corriente fluye hacia el límite durante ese pequeño ángulo de conducción.

Por lo tanto, no parece estrictamente inductivo o capacitivo, pero genera grandes armónicos de línea. Eso es realmente lo que regulan los estándares de "corrección del factor de potencia". No es realmente el factor de potencia, sino los armónicos. Las enormes corrientes máximas en comparación con el consumo de corriente promedio es el problema para las empresas de servicios públicos.

Sugeriría ir a wikipedia para una explicación más detallada, tienen las fórmulas y un buen gráfico. Además, "No es realmente el factor de potencia" es un poco incorrecto: en general, el factor de potencia se define como la conjunción del factor de potencia de desplazamiento y el factor de potencia de distorsión.
@FrancoVS Buen punto sobre la definición de factor de potencia, de acuerdo. Realmente debería haber dicho que no es realmente el factor de potencia de desplazamiento (ya que el título del OP pregunta si está adelantado o retrasado). Realmente no me gusta el término "factor de potencia de distorsión", prefiero solo la distorsión armónica, pero definitivamente es correcto considerar ambos como parte del factor de potencia general.
Lo siento, pero esta respuesta no describe una PSU de PC en absoluto, incluso una sin PFC. Describe una fuente de alimentación lineal. En un SMPS (utilizado en todas las fuentes de alimentación de PC), la carga y descarga de la capacitancia a granel se produce a la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación, no a la frecuencia de la línea de CA.
@JamieHanrahan ¿Cómo es posible que se produzca la carga del límite máximo en la frecuencia de conmutación? La carga solo puede ocurrir cuando la línea de CA está por encima del voltaje máximo. Del mismo modo, la descarga ocurre cuando la línea de CA está por debajo del voltaje máximo.
@JamieHanrahan Puede ver la corriente de entrada a un suministro de conmutación ATX sin PFC (como en las PSU de PC) aquí: pcper.com/reviews/Cases-and-Cooling /...
@JohnD ¡No hay límite máximo donde crees que está! Un SMPS tipo PC tiene un rectificador de onda completa seguido de un interruptor que convierte la CC sin filtrar en una onda cuadrada de aproximadamente 30 kHz. Esa es la entrada a un transformador reductor, el resultado es FW rectificado, LUEGO viene la tapa del filtro. No hay límite de volumen en la sección de frecuencia de línea. (Sí, las viejas PSU sin PFC con un interruptor 110/220 usaban una tapa, pero esto estaba en un duplicador de voltaje antes del rectificador FW. Se omite en la posición 220). Diablos, parte del objetivo de un SMPS es evitar el límite mucho mayor que se necesitaría a 50 o 60 Hz.
@JamieHanrahan no se especificó la edad de la fuente de alimentación de la PC en la Q o la A. Cada suministro ATX que abrí tenía un puente rectificador -> tapas a granel -> cambiar parte de la conmutación. Algunos de estos tenían conmutación automática de voltaje, algunos manuales y otros con la típica especificación moderna de 90-260 VCA. Estos últimos, por supuesto, necesitan límites de entrada demasiado especificados. Por casualidad no creo haber abierto una fuente PFC ATX, ni siquiera para cambiar un ventilador (es decir, no he abierto los últimos modelos).
@ChrisH Consulte, por ejemplo , hardwaresecrets.com/anatomy-of-switching-power-supplies/2 . Los únicos límites que ven 60 Hz en la versión pre-PFC son los del duplicador de voltaje y los que no están en la ruta en la posición 220. En los modelos PFC ni siquiera tienes esos tapones. De cualquier manera, el filtrado se realiza aguas abajo del xformer reductor. Una vez más, el objetivo de un SMPS es que el reductor y las tapas del filtro no tienen que funcionar a 60 Hz.
@JamieHanrahan, ese ejemplo está de acuerdo con sus declaraciones, pero no es universal. La primera figura en en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply se refiere a las tapas de entrada como "tapas de filtro", pero al menos son visibles. También se usan en PFC pasivo (circuito de llenado de valle), por lo que es posible que al menos en algunos modelos eso sea lo que he visto. Definitivamente los he visto cargados con una red eléctrica de 230 V, ese es el único tipo que tengo.
@JamieHanrahan Ciertamente, hay algunos suministros ATX más nuevos que funcionan de la manera que usted describe, pero eso generalmente se debe a que SÍ tienen un PFC. Aquí estamos hablando de suministros sin PFC. Estos suministros necesitan un tiempo de espera y, por lo tanto, necesitan una capacitancia a granel de alto voltaje para (energía = 1/2CV^2) para obtener el tiempo de espera de 16 o 20 ms requerido. No se puede obtener con límites de salida. En su enlace, el "suministro ATX típico de gama baja muestra tapas a granel en la salida del puente rectificador. Por supuesto, el primario del transformador es una onda cuadrada de alta frecuencia, pero eso no tiene nada que ver con la corriente de entrada de CA.

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La imagen de arriba muestra una fuente de alimentación conmutada sin PFC simple. Este probablemente no se usaría como una fuente de alimentación de computadora ya que es de baja potencia, pero es suficiente para ilustrar el punto.

La red eléctrica se rectifica para cargar un capacitor, y luego este riel de CC de alto voltaje se usa para alimentar el convertidor, que en este caso es un convertidor flyback simple, pero hay varios otros diseños.

El capacitor se elige para que sea lo suficientemente grande como para que haya poca ondulación: como resultado, el rectificador solo puede conducir cerca del pico de la red.

El resultado de esto no es que la corriente se adelante o se retrase con respecto al voltaje, sino que la corriente no es sinusoidal con picos de corriente cerca de los picos del voltaje. Esto introduce una distorsión armónica significativa.

Para agregar PFC en la mayoría de las fuentes de alimentación, se agrega una segunda etapa antes de este capacitor que da forma a la corriente para que siga la forma del voltaje de la red. Este es típicamente un convertidor elevador como se muestra a continuación.

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