PFC

1. 개요

2. PF는 무엇인가

3. PF가 중요한 이유

4. PF를 교정하자

4.1. 양상별 분류

• Passive PFC: 비교적 변동이 적은 부하에서 미리 측정된 무효분만큼 무효전류를 추가하거나 빼는(백터도에서 아래로만 가는 게 아니라 위로갈때도 있다.) 작업에 커패시터나 리액터를 사용해 고정적인 교정을 가한다. 교정범위가 좁아서 부하변동이 큰 경우에 쓰기가 까다롭다.
• Active PFC: 전원을 받을 때 선형부하인 것 처럼 흉내내기 위한 FET 와 다이오드, 추가 배전압정류회로와 커패시터를 사용해 선형부하의 역률을 흉내낸다. 소스 전압의 변동에 별로 영향을 받지 않으며(86~264v 까지 처리하는 회로가 있다.) 상당히 정밀하게 선형부하를 모델링하므로 역률이 0.95 이상 높게 나온다. 다만 가격이 약간 올라가며, 전력변환 과정에서의 손실이 발생한다. 보통 파워서플라이의 정류회로 출력이 310v[5] 정도인데 APFC 지나가면 380Vdc[6] 내외로 출력된다. 파워서플라이 말고 전력선에 병렬로 연결하는 APFC 모듈도 있는데 원리는 거의 같다. 충방전을 반복하면서 위상차로 인한 부분을 빼주고 매꿔주고를 반복해 선형부하처럼 보이게 한다.

4.2. 방식별 분류

• 커패시터 병렬연결: 현대 부하에서 백터값이 + 로 가는, 그러니까 VA 백터가 1사분면으로 가는 경우는 거의 없다. 하지만, 4사분면으로 가는 부하는 미친듯이 많은데, 당연히 전동기나 형광등이나 SMPS 를 엄청나게 쓰니까 그럴 수 밖에 없다. 심지어 백열등도 큰 거 달면 필라멘트의 인덕턴스 때문에 전류가 느려진다. 이를 보정하기 위해 커패시터를 사용하여 무효분 전류를 공급해주게 되며, 병렬로 연결한 커패시터는 전체 역률의 개선에 도움을 주게 된다. 물론, 하나의 커패시터로 넓은 부하 범위를 감당할 수 없어 보통은 여러개의 커패시터가 역률상황에 따라 주전원과의 접속을 제어받는다.

• 인덕터 병렬연결: 별로 안 흔한 +로 가는 경우를 잡을 때 쓴다. 전원과 병렬로 연결하면 되며 전류위상을 빠르게 해준다. 단, 오디오필의 경우 일부러 인덕터가 집에 엄청나게 설치된 경우가 있는데, 이건 PowerHouse 사에서 특별하게 디자인한 인덕터-커패 모듈을 설치한 경우이다. 순간전력공급속도를 빠르게 하기 위해서 설치한 경우가 대부분.[7]

• 인덕터 직렬연결: 일부 SMPS에서 고조파를 완화시키기 위해 브릿지 다이오드 전후에 인덕터를 사용하는 경우가 있다. 그러나 인덕터는 크고 무거우며 부스트 컨버터를 이용한 능동 역률 제어에 비해 성능도 떨어진다. 또한 능동 역률 제어방식이 점차 저렴해지고 있는 추세이므로 보기 힘들어지고 있다.

• 리액터 직렬연결: 가정집에서도 볼 일 없고 산업현장에서도 볼 일이 없으나 한전에 취직해서 변전소에 가게 되면 볼 일이 있다. 전압위상속도를 조절하는 데 쓰이며, 같이 전압도 조절할 수 있다.

• IGBT-FET-커패시터 능동 충방전 제어: 대개는 커패시터를 사용하는데, 커패시터 뱅크에 전원을 충전하고 방전하는 과정을 반도체로 제어, 여러 고조파가 발생하는 상황에서도 전압위상에 따라 전류위상을 선형부하의 것으로 모델링한다. 너무 비싼 관계로 전원에 민감한 곳이 아니면 쓰는 곳이 없다.

• 부스트 컨버터 능동 역률 제어: 교류 전압이 첨두치 미만일때도 부스트 컨버터로 전압을 끌어올려 DC 부하로 전력을 공급한다. PWM 제어를 통해 선형부하에 가까운 전류 파형을 만들어낸다. SMPS에서 일반적으로 사용되는 방식이다.

5. PFC 시 주의할 점

• PFC는 만능이 아니다. 원래 전기 많이 쓴다고 그거 줄여주진 못한다.
• 평소 PF 변동범위가 너무 넓을 경우 수동 PFC 는 포기하는 게 좋다.
• PFC 회로는 고전압으로 작동된다. 공급전압의 1.5배, 많게는 2배까지 올라간다.
• 평소에 고역률 장비를 사용하는경우 PFC의 적용은 오히려 역률을 떨어뜨릴 수 있다.