Power factor correction
Een derde filter dat we in een alle voedingen tegenkomen is verantwoordelijk voor de correctie van de arbeidsfactor, in het Engels aangeduid door ‘Power Factor Correction' (PFC). PFC zorgt ervoor dat je computer geen onnodig vermogen verbruikt; minder vermogen betekent een lager bedrag op de energierekening.
Het gaat wat ver om de werking van PFC exact uit te leggen, maar gelukkig is de basis niet zo ingewikkeld. Het elektrisch vermogen P wordt gedefinieerd als het product van de stroom I en de spanning V, ofwel P = V x I. Wanneer stroom en spanning gelijk lopen, gaat deze formule zondermeer op. Gelijk wil zeggen dat, in termen van wisselspanning, de spanning en de stroom op exact hetzelfde tijdstip negatief en positief worden (zie onderstaande figuur). Op die manier vormt het vermogen, wanneer we formule toepassen, ook een sinus. Het vermogen is hier voortdurend positief; op het moment dat spanning en stroom positief zijn is het product positief. Wanneer beide negatief zijn is het product eveneens positief. Het gemiddelde vermogen is als een rechte lijn getekend: dit is het nuttige vermogen dat door de PC gebruikt kan worden.
Het vermogen (blauw) is gedefinieerd als stroom (groen) maal spanning (rood).
Als alle stromen en spanningen zo verliepen als in deze grafiek, zou er niks aan de hand zijn. Wat gebeurt er werkelijk? De eerder genoemde condensatoren en spoelen zorgen ervoor dat de stroom niet meer op hetzelfde moment van positief naar negatief omschakelt: een condensator zorgt ervoor dat de stroom ¼ periode voorloopt op de spanning, een spoel zorgt ervoor dat de stroom ¼ periode naijlt. Niet enkel de spoelen en condensators in de voeding vormen een probleem: ook in de PC zijn er diverse condensators aanwezig die roet in het eten gooien. Daarnaast is ook het elektriciteitsnet alles behalve ideaal en lopen stroom en spanning in het begin ook al niet gelijk. Als stroom en spanning op die manier uit fase gaan lopen, betekent dit dat er veel van het vermogen niet goed kan worden ingezet en wordt verspild. De voeding neemt dan meer vermogen op dan nodig zou zijn en deze gaat op in warmte. De mate waarop stroom en spanning uit elkaar lopen heet de arbeidsfactor.
Om dit tegen gaan wordt Power Factor Correction toegepast, een techniek die ervoor zorgt dat stroom en spanning weer tegelijk omschakelen. Hiervoor gebruikt men dezelfde soort componenten als die het probleem veroorzaken. Omdat spoelen en condensators een tegengesteld effect hebben op het verschuiven van de stroomgolf kun je deze zó regelen dat ze elkaar opheffen.
Bij passieve PFC wordt er gebruik gemaakt van de meest eenvoudige vorm van het aanpassen van de arbeidsfactor: een eenvoudige spoel zorgt ervoor dat de stroom over een vaste afstand wordt verschoven. Hierbij gaat men uit van de aanname dat in 99% van de gevallen de stroom in de PC en op het net voorloopt op de spanning, er zijn meer condensators dan spoelen in een PC aanwezig. Deze eenvoudige en goedkope uitvoering heeft wel grote beperkingen: aangezien de oplossing niet wordt aangepast aan de grootte van de arbeidsfactor gaat er nog relatief veel vermogen verloren. Bovendien reageert de spoel op plotse stroomveranderingen, wat kan leiden tot spanningsschommelingen.
Actieve PFC is volledig opgebouwd uit een elektrisch circuit met transistors en diodes. Het circuit zorgt ervoor dat het proces constant wordt bijgestuurd, zodat de efficiëntie van een voeding zo hoog mogelijk ligt. Door het gebruik van complexe filters is een actieve PFC niet goedkoop. De PFC bepaalt een belangrijk deel van de stabiliteit en efficiëntie van de voeding en de PC en hoe beter (en complexer) dit filter, hoe duurder de voeding.
