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Кыргызча🔌 Corrección del Factor de Potencia (PFC)
Un convertidor PFC elevador (boost) da forma a la corriente de entrada para que sea senoidal y esté en fase con la tensión. Factor de potencia PF = cos(φ) → 1. Observa la reducción de la THD y la potencia reactiva Q.
Cómo funciona
Sin PFC, un simple rectificador de puente consume corriente en pulsos cortos cerca de los picos de tensión, generando un alto contenido armónico y un factor de potencia deficiente. El convertidor PFC elevador utiliza conmutación rápida y un bucle de control de corriente media para forzar a la corriente de entrada a seguir la forma de onda senoidal de la tensión, logrando un factor de potencia cercano a la unidad.
El lienzo muestra dos ciclos de CA: la tensión de suministro (verde), la corriente distorsionada sin PFC (ámbar, con armónicos 3º/5º/7º visibles), y la corriente senoidal ya conformada con PFC activo (verde azulado). Activa o desactiva PFC para comparar. Ajusta los deslizadores de ángulo de fase y THD para explorar distintos tipos de carga.
La carga aquí es una carga de potencia constante — una fuente conmutada que consume la potencia real P que fijes — por lo que P, y con ella S = P/PF y Q, están determinadas por la carga y el factor de potencia, no por la tensión de red. Lo que cambia V_rms es la corriente: las trazas se dibujan en unidades reales (√2·V_rms voltios de pico, sobre una escala completa de 240 V; I_rms = S/V_rms amperios, sobre una escala completa de 10 A) y las longitudes del fasor siguen las mismas magnitudes. Reduce V_rms a la mitad y la traza verde de tensión se reduce a la mitad mientras que la traza ámbar de corriente y la lectura de I_rms se duplican — que es exactamente por qué una tensión de red baja y un factor de potencia deficiente aumentan ambos las pérdidas I²R en el cableado.
Q = S × sin(φ) [potencia reactiva]
S = P / PF [potencia aparente]
I_rms = S / V_rms [corriente que la red debe entregar]
THD = √(Σ Iₙ²) / I₁ [distorsión armónica]
Preguntas Frecuentes
¿Qué es el factor de potencia?
El factor de potencia (PF) es la relación entre la potencia real (W) y la potencia aparente (VA): PF = P/S = cos(φ). Un PF de 1 significa que toda la potencia suministrada realiza trabajo útil. Un PF menor que 1 indica potencia reactiva o armónica que sobrecarga la red sin realizar trabajo útil.
¿Por qué es necesario corregir el factor de potencia?
Un factor de potencia bajo provoca un mayor consumo de corriente de la red, mayores pérdidas I²R en el cableado, transformadores sobrecargados y distorsión de tensión. Las compañías eléctricas pueden penalizar a las cargas industriales con bajo factor de potencia. La PFC reduce estos problemas y mejora la eficiencia energética.
¿Cómo funciona un convertidor PFC elevador?
Un convertidor PFC elevador utiliza un MOSFET de conmutación de alta frecuencia controlado por un bucle de modo de corriente media. Modula el ciclo de trabajo de modo que la corriente de entrada siga la forma senoidal de la tensión de entrada, haciendo que la corriente parezca resistiva (factor de potencia unitario).
¿Qué es la Distorsión Armónica Total (THD)?
La THD es la relación entre la suma de las corrientes armónicas y la corriente fundamental: THD = √(I₂²+I₃²+...)/I₁ × 100%. Sin PFC, las cargas rectificadoras consumen corriente pulsada con una THD alta (más del 100%). La PFC reduce la THD por debajo del 5%, lo cual es exigido por normas como la IEC 61000-3-2.
¿Qué es la potencia reactiva y cómo la reduce la PFC?
La potencia reactiva Q = V·I·sin(φ) en VAR es la potencia que oscila entre la fuente y la carga sin realizar trabajo. La PFC pone la corriente en fase con la tensión (φ → 0), de modo que sin(φ) → 0 y Q → 0. La potencia aparente pasa a ser igual a la potencia real.
¿Cuál es la diferencia entre el PF de desplazamiento y el PF verdadero?
El PF de desplazamiento = cos(φ₁) tiene en cuenta el desfase entre la tensión y la corriente fundamentales. El PF verdadero también incluye la distorsión armónica: PF = DPF / √(1+THD²). Incluso con DPF=1, los armónicos pueden reducir considerablemente el PF verdadero.
¿Qué normas regulan los requisitos de factor de potencia?
La IEC 61000-3-2 limita las corrientes armónicas para equipos de más de 75W. La EN 61000-3-2 es la versión europea. Energy Star y 80 PLUS exigen un PF mayor a 0,9 para fuentes de alimentación de ordenadores. Muchas normas industriales exigen un PF mayor a 0,95.
¿Qué tensión de salida produce un PFC elevador?
Un convertidor PFC elevador siempre produce una tensión de salida superior a la tensión de entrada de pico. Para una entrada de 230V CA (pico 325V), el bus de salida del PFC suele ser de 400V CC. Esta tensión se reduce después mediante un convertidor posterior hasta la tensión de salida requerida.
¿Qué es el PSRR en el contexto de la PFC?
La Relación de Rechazo de la Fuente de Alimentación (PSRR) mide qué tan bien un regulador posterior rechaza el rizado de su riel de alimentación. La etapa PFC produce un rizado de 100/120 Hz en el bus de CC (al doble de la frecuencia de red) que el convertidor posterior debe rechazar.
¿Se puede implementar la PFC de forma pasiva?
Sí, la PFC pasiva utiliza grandes inductores (bobinas de choque) en serie con la entrada de CA para reducir los armónicos de corriente y mejorar el factor de potencia de desplazamiento. Sin embargo, la PFC pasiva es voluminosa, pesada y está limitada a un PF de alrededor de 0,7–0,9. La PFC activa elevadora alcanza un PF mayor a 0,99 con un circuito compacto.
Sobre esta simulación
Esta simulación compara en vivo la corriente rectificadora sin corregir frente a la corriente corregida por PFC elevador frente a la misma forma de onda de tensión de CA. Activar PFC Activo alterna entre una corriente distorsionada (construida a partir de la fundamental más los armónicos 3º, 5º y 7º) y una senoide limpia en fase con la tensión, mientras que el arco de factor de potencia y el panel de estadísticas muestran exactamente cómo responde PF = cos(φ)/√(1+THD²).
🔬 Qué muestra
Dos ciclos de CA superpuestos: tensión (verde), corriente de carga distorsionada con armónicos (ámbar), y — cuando PFC está activo — una corriente senoidal corregida (verde azulado) casi en fase con la tensión, además de un arco fasorial giratorio que visualiza el ángulo de fase detrás del factor de potencia.
🎮 Cómo usarlo
Ajusta el Ángulo de Fase φ y la THD (%) para dar forma a la corriente sin corregir, fija V_rms y la Potencia de Carga P, y luego activa o desactiva PFC Activo para comparar. Observa cómo se actualizan en vivo el Factor de Potencia PF, la Potencia Real P, la Aparente S, la Reactiva Q y la corriente de línea I_rms = S/V_rms. Pausa con P, reinicia con R.
💡 ¿Sabías que?
Normas como la IEC 61000-3-2 limitan las corrientes armónicas para equipos de más de 75W, por lo que casi todos los cargadores de portátiles y controladores LED modernos por encima de ese umbral contienen una etapa PFC elevadora activa, aunque el usuario final nunca la vea.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la línea de corriente ámbar se ve dentada en lugar de una onda senoidal suave?
Se construye a partir de un seno fundamental más los armónicos 3º, 5º y 7º escalados por el deslizador de THD — las cargas rectificadoras reales consumen corriente en pulsos estrechos cerca del pico de tensión, lo cual es matemáticamente equivalente a una fundamental fuertemente contaminada con estos armónicos impares.
¿Por qué al activar PFC Activo el estadístico de Factor de Potencia cambia instantáneamente a casi 0,99?
Esta simulación modela un convertidor PFC elevador idealizado que fuerza a la corriente a seguir la tensión senoidal casi a la perfección, eliminando tanto el desfase como la THD. Los convertidores reales se aproximan, pero no llegan del todo a 0,99 debido a las no idealidades de conmutación, aunque el modelo muestra el comportamiento objetivo teórico.
¿Por qué al aumentar el Ángulo de Fase φ se reduce la proporción de Potencia Real P respecto a la Aparente S?
La potencia reactiva Q = S·sin(φ) crece con φ mientras que la potencia real P = S·cos(φ) disminuye, por lo que la potencia aparente S = P/PF debe aumentar para entregar la misma potencia real — se está suministrando más corriente desde la red para el mismo trabajo útil.
¿Por qué el aumento de la THD perjudica el factor de potencia incluso cuando el Ángulo de Fase φ es pequeño?
El factor de potencia verdadero combina ambos efectos: PF = cos(φ)/√(1+THD²). Incluso con una alineación de fase perfecta (φ=0), una distorsión armónica alta por sí sola puede hacer que el PF verdadero caiga muy por debajo de 1, por lo que la reducción de la THD importa de forma independiente a la corrección de fase.
¿Por qué un convertidor PFC elevador necesita una tensión de salida superior al pico de entrada?
Una topología elevadora solo puede subir la tensión, nunca bajarla, lo que es precisamente lo que le permite dar forma activamente a la corriente de entrada durante todo el ciclo de CA, incluso cerca de los cruces por cero de la tensión. Para una entrada de 230V RMS (325V de pico), la etapa PFC suele producir aproximadamente 400V CC.
Un convertidor PFC elevador da forma a la corriente de entrada para que sea senoidal y esté en fase con la tensión. Factor de potencia PF = cos(φ) → 1. Observa la reducción de la THD y la potencia reactiva Q.
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