Подбирая современный блок питания для настольного ПК, пользователь сталкивается с понятием корректора коэффициента мощности. В английской интерпретации это понятие звучит как power factor corrector (PFC). Что это такое, что он корректирует в современных блоках питания и какая от него польза?

Полная и активная мощность ПК

Для начала, разделим активный и пассивный корректоры коэффициента мощности (ККМ). Пассивные ККМ в современных блоках питания не применяются из-за низкой эффективности. Их мы рассматривать не будем. Далее речь пойдет только об активных ККМ (APFC).

В некоторых блоках питания APFC есть, в других нет. APFC в БП обычно преподносится производителем как неоспоримое преимущество.

Но для начала нужно разобраться с мощностью самого компьютера. Для определения мощности необходимо измерить ток, напряжение и перемножить их. Закон Ома, однако.

Измерим потребляемую мощность ПК, в составе которого установлен БП без корректора.

Измеритель показывает напряжение 220 вольт при токе 0.756 ампер. Все это перемножаем и получаем мощность 166 Вт. Странно, но прибор показывает мощность 100 Вт. Что это, ошибка?

Нет, просто мы сравнили разные мощности. После перемножения тока на напряжение была получена так называемая полная мощность — 166 Вт. А измеритель показал активную мощность 100 Вт, то есть именно ту, которая делает для нас работу. Остальная мощность просто не используются и ее можно условно назвать неактивной мощностью. В понятие неактивной мощности входят составляющие реактивной мощности и мощности гармонических искажений. вычисляются они немного сложнее, чем просто разность полной и активной мощности и останавливаться на этом мы не будем.

Чтобы не запутаться, полную мощность измеряют в вольт-амперах (ВА),  активную в ваттах (Вт)

Наверняка пытливый читатель сразу же задался корыстным вопросом: а за какую электрическую мощность мы платим, что учитывает электросчетчик. Так вот, счетчик считает только активную потребленную мощность.

Коэффициент мощности, он же Power Factor

Так вот, отношение активной мощности к полной дает нам так называемый коэффициент мощности (КМ), в английском это Power Factor (PF). Разделим 100 Вт на 166 и получим PF=0.60. Обратите внимание, именно это значение PF и показывает нам измеритель.

Не зная PF, невозможно достоверно определить мощность нелинейной нагрузки в сети переменного тока. Простой амперметр и вольтметр тут не годятся.

Иногда коэффициент мощности путают с коэффициентом полезного действия (КПД). На самом деле это совершенно разные показатели, не имеющие друг к другу никакого отношения.

PF показывает, насколько эффективно БП использует сеть переменного тока. КПД показывает, насколько эффективно БП преобразует мощность из сети для питания компонентов компьютера.

Именно коэффициент мощности и должен скорректировать корректор (PFC), пытаясь довести его до единицы и свести к нулю неиспользуемую мощность. Возникает вопрос: зачем? Ведь счетчик ее не учитывает, зачем же платить за корректор коэффициента мощности, который мы покупаем в одном корпусе с блоком питания.

Зачем корректировать коэффициент мощности

Первая причина — она же главная

Сама по себе неактивная мощность не используется и напрямую мы за нее не платим, но она бегает по проводам, по контактам выключателей и реле, по обмоткам трансформаторов и тем самым нагружает их почем зря.

Судите сами, наш подопытный БП потребляет ток 0.756 ампер. А если бы коэффициент мощности был равен 1, то потребляемый ток составил всего 0.45 А.

«А для моей новенькой медной проводки в квартире без разницы», — скажет читатель и будет прав, но только в границах своей квартиры. Для примера возьмем большое офисное здание, в котором установлены 1000 компов. Если все они будут с корректором коэффициента мощности, то общий потребляемый ток будет 450 Ампер. А если все будут без корректора, то мы получим ток в 750 А, из которых 300 А будут лишний раз нагревать провода, кабели и обмотки генераторов, увеличивая общие потери электроэнергии. Теперь умножьте все это на масштабы города, страны или даже всей планеты.

Вторая причина, тоже важная

Импульсный блок питания компьютера имеет на входе достаточно большую емкость в виде электролитического конденсатора. Кто хоть раз вскрывал БП, знает об этом. Именно этот конденсатор является главным виновником низкого PF и необходимости использования APFC. Дело в том, что конденсатор потребляет ток не равномерно, а только в определенные моменты. И вот в эти моменты возникает бросок тока.

Ниже желтая осциллограмма — это напряжение сети, а голубым цветом как раз обозначены импульсы тока зарядки конденсатора в моменты максимальных значений напряжения.

Все это приводит к искажению формы и симметрии синусоидального напряжения в сети. Даже на этой осциллограмме видно, что макушки синусоиды срезаны, и причина этому — как раз неравномерное потребление тока. Это негативно сказывается на работе других электроприборов, для которых «чистый» синус — залог хорошей работоспособности.

Для сравнения ниже показана осциллограмма, полученная при измерении тока через БП с APFC.

Нетрудно заметить, что форма тока в БП с APFC синхронно повторяет форму напряжения, именно это и требуется от APFC. В данном случае PF составлял 0.98. Кстати, это блок питания be quiet! Pure Power 11 500W.

Требования энергоэффективности

В целях повышения энергоэффективности компьютерных блоков питания была предложена программа сертификации — 80 PLUS. Чуть позже требования программы были включены в международный стандарт энергоэффективности потребительских товаров Energy Star, который является обязательным во многих странах мира.

В стандарте 80 PLUS, кроме базовых требований, существуют несколько дополнительных уровней, которые добавлялись по мере совершенствования технологий изготовления БП.

О КПД мы говорить не будем, это совсем другая история, а вот на коэффициент мощности как раз стоит обратить внимание. Как следует из таблицы, даже в базовых требованиях стандарта 80 PLUS коэффициент мощности должен быть не ниже 0.8, и с каждым уровнем энергоэффективности требования к коэффициенту мощности только возрастают.

Получить такой коэффициент мощности можно, только если применять активный корректор коэффициента мощности (APFC). Теперь причина применения APFC в БП становится понятной и заключается в необходимости соответствовать требованиям стандарта 80 PLUS. Кроме того, получение сертификата определенного уровня энергоэффективности является делом чести уважающего себя производителя. Ведь чем выше сертификат, тем более престижным и продвинутым среди покупателей считается блок питания.

Превращаем LM7805 в ШИМ-контроллер: гибридный импульсный стабилизатор 5 В своими руками

⚙️ Назначение и особенности схемы

На первый взгляд — это обычный стабилизатор напряжения с использованием популярной микросхемы LM7805. Однако при внимательном рассмотрении видно: устройство работает в импульсном режиме, используя транзистор BD242 как ключевой элемент. Это превращает схему из линейным стабилизатора в импульсный. А LM7805 в ШИМ-контроллер, позволяя обеспечить выход 5 В с высоким КПД и хорошей токовой отдачей.

Загляните на мой Телеграмм КАНАЛ Азбука РадиоСхем

Идея схемы

На базе широко распространённого стабилизатора LM7805 реализуем DC/DC преобразователь с высоким КПД. Вместо обычного линейного режима микросхема работает в импульсном (ШИМ) режиме с использованием внешнего p-n-p транзистора (BD242), дросселя и диода Шоттки.

Такой подход позволяет достичь более высоких токов , при этом схема остаётся простой и доступной для повторения даже начинающим радиолюбителям.

Как построить Лабораторный БП на LM317 с фиксированными уровнями НАПРЯЖЕНИЯ для новичков

Подробный разбор схемы

Входной каскад

• J2 — разъём для подключения источника питания 24 В DC.

• C1 (47 мкФ) — электролит для сглаживания начальных пульсаций и выбросов.

• R1 (47 Ом) — ограничивает ток в базу транзистора, формируя условия для импульсной работы.

Импульсный модуль

• Q1 — BD242 (NPN транзистор):Работает в ключевом режиме: включается и выключается с частотой, определяемой динамикой обратной связи.
  Основная задача — подавать энергию на дроссель L1 и тем самым заряжать выходной конденсатор C2.
  

• IC1 — LM7805:Используется здесь не как линейный стабилизатор в традиционном смысле.
  Он контролирует напряжение на выходе и задаёт уровень для обратной связи, косвенно влияя на длительность включения транзистора.
  

ШИМ-функциональность и фильтрация

• L1 (680 мкГн) — дроссель сглаживает импульсы, формируя стабильное постоянное напряжение.

• C2 (470 мкФ) — конечный фильтр, накопительный элемент, сглаживающий выход.

• D1 — 1N5817:Диод Шоттки с низким прямым падением и быстрым восстановлением.
  Позволяет току дросселя течь при закрытом транзисторе (freewheeling режим).
  

• R2 и R3 — формируют цепь обратной связи. Они передают информацию о состоянии выхода в управляющую часть схемы.

Как это работает

1. Первоначальный запуск
   После включении питание поступает через R1 и LM7805 на выход. Напряжение также подаётся на базу транзистора Q1, который открывается. Через L1 начинает протекать ток, заряжая выходной конденсатор C2.

2. Установка напряжения
   Когда напряжение на выходе достигает 5 В, LM7805 закрывается. Ток через резистор R1 прекращается и Базовый ток Q1 исчезает, и транзистор закрывается.

3. Импульсный режим
   После выключения Q1, ток через дроссель L1 также прекращается.  Но в дросселе накоплено магнитное поле и происходит самоиндукция. Ток начинает опять течь только в противоположную сторону через диод D1, обеспечивая непрерывное питание нагрузки. Когда напряжение на выходе немного проседает, LM7805 снова начинает проводить, и цикл повторяется.

4. Автоматический переход в линейный режим
   При низкой нагрузке (или её отсутствии) транзистор Q1 остаётся закрытым, и схема ведёт себя как обычный линейный стабилизатор — выходной ток течёт только через LM7805. Это упрощает работу при холостом ходе и повышает надёжность.

Характеристики и КПД

• При входе 24 В и выходе 5 В, КПД достигает 60–65%, что значительно лучше обычного линейного регулятора.

• При использовании LM7812/7815 и выходах 12 В / 15 В КПД возрастает до 75%.

• При этом схема не требует сложных контроллеров, трансформаторов или микросхем с ШИМ.

Гибкость: другие напряжения

Хотите 12 В или 15 В? Просто замените LM7805 на LM7812 или LM7815. Чтобы обеспечить стабильную работу в ШИМ-режиме при повышенном напряжении,

Практические рекомендации

• Резистор R1 можно подбирать под нужный порог включения ключа.

• Используйте радиаторы для транзистора Q1 1 А.

• Для повышения КПД — замените BD242 на MOSFET и подберите схему драйвера.

• При желании можно добавить индикатор перегрузки

Высоковольтный Регулируемый источник ПИТАНИЯ от 0 до 300 вольт на IRF740

Преимущества схемы

• Повышенный КПД по сравнению с линейными стабилизаторами.

• Простая реализация ШИМ на дискретных элементах.

• Поддержка больших токов за счёт внешнего транзистора.

• Меньшая тепловая нагрузка на LM7805.

Надёжный регулируемый Источник Питания на LM317: от 1,5В до 15В

Многие устройства с автономным питанием используют напряжения, кратные 1,5 В – это стандартное значение для одного гальванического элемента (батарейки). Однако в стационарных условиях гораздо выгоднее перейти на питание от сети, чтобы не расходовать батареи. Здесь на помощь приходит сетевой источник питания, позволяющий заменить элементы питания стабильным напряжением из розетки.

Рассмотрим простую, надёжную и удобную схему на популярной микросхеме LM317, позволяющую получать фиксированные значения напряжения от 1,5В до 15В с шагом 1,5В. Устройство особенно полезно для питания радиоконструкторов, датчиков, измерительной и аудиотехники, а также для зарядки аккумуляторов.

Загляните на мой Телеграмм КАНАЛ Азбука РадиоСхем

Схема источник питания на LM317

На рисунке показана схема сетевой источник питания для аппаратуры:

Трансформатор на схеме не показан, потому что это может быть практически любой силовой трансформатор с выходным переменным напряжением в пределах 15-20V.

Даже можно использовать китайский трансформатор с двойной вторичной обмоткой 9-0-9V, используя крайние выводы, а средний отвод не подключая в схему.

🧩 Устройство и принцип действия

Схема состоит из трёх основных частей:

1. Выпрямитель на диодах VD1–VD4 (1N4004) – Переменное напряжение 18V (от 15 до 20V) поступает на мостовой выпрямитель на диодах VD1-VD4. Выпрямитель преобразует переменное напряжение от трансформатора в постоянное.

2. Фильтрующий конденсатор C1 – сглаживает пульсации.

3. Регулируемый стабилизатор на LM317 – задаёт выходное напряжение.

При указанных на схеме величинах сопротивления резисторов R1-R14. На выходе схемы можно выбрать одно из десяти фиксированных напряжений:
1,5В, 3В, 4,5В, 6В, 7,5В, 9В, 10,5В, 12В, 13,5В и 15В.

Переключение значений осуществляется механическим переключателем S1, который подключает соответствующий резистор из набора R2–R14.

Высоковольтный Регулируемый источник ПИТАНИЯ от 0 до 300 вольт на IRF740

Как работает стабилизация

Микросхема LM317 регулирует выходное напряжение в зависимости от сопротивлений в цепи обратной связи:

В этой схеме резистор R1 = 330 Ом остаётся постоянным, а R2 (R2-R14) выбирается переключателем. Именно этот подбор сопротивлений формирует нужное напряжение.

На выходе стоит конденсатор C2 на 100 мкФ – он фильтрует выход и обеспечивает устойчивую работу при изменении нагрузки. Диод VD5 защищает LM317 от обратного напряжения, которое может возникнуть при отключении питания.

Важные моменты

• LM317 требует разницу между входным и выходным напряжением не менее 3В для стабильной работы.

• Используйте радиатор для LM317, особенно при нагрузке более 200 мА.

• Величины напряжений, указанные на схеме, могут немного отличаться из-за допуска резисторов. Если нужно точно — подбирайте резисторы вручную или ставьте подстроечные.

Факты и советы

• LM317 был разработан в 1970-х и используется до сих пор из-за своей надёжности и простоты.

• Благодаря встроенной тепловой защите и ограничению тока, LM317 прощает многие ошибки новичков.

• Можно использовать прецизионные резисторы с допуском 1% для более точного напряжения.

• Если требуется плавная регулировка – можно заменить переключатель переменным резистором.

Как сделать Стабилизатор тока на LM317 с плавной регулировкой

Заключение

Этот источник питания — отличное решение для лаборатории, мастерской или радиолюбительского уголка. Простота сборки, доступность компонентов и возможность точной настройки делают его незаменимым помощником при разработке и ремонте электроники.