КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Российский патент 2012 года по МПК G05F1/70 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известны корректоры коэффициента мощности (ККМ), содержащие входной фильтр, выпрямитель, делитель напряжения, дроссель, транзистор, диод, выходной конденсатор и схему управления [1, 2].

Прототип [3] и аналоги [1, 2] имеют следующие недостатки.

1. Низкая надежность вследствие того, что пусковые токи через элементы в десятки раз превышают номинальные значения.

2. Низкий КПД, так как для ограничения величины пускового тока установлен термистор и использованы индуктивные элементы с большим внутренним сопротивлением.

3. Высокая стоимость выходного конденсатора, допустимое напряжение которого должно быть выше максимально возможного мгновенного напряжения сети.

4. Не имеют защиты от превышения входным напряжением определенного уровня.

5. Пусковые токи вызывают уменьшение напряжения сети.

Цель изобретения - уменьшение пусковых токов, повышение надежности, увеличение КПД и расширение диапазона допустимых значений напряжения сети.

Указанная цель достигается тем, что в корректор коэффициента мощности, содержащий входной фильтр, выпрямитель, делитель выпрямленного напряжения, транзистор, диод, дроссель, датчик тока, выходной конденсатор и схему управления корректора коэффициента мощности, к выходу выпрямителя подключен сток второго транзистора, затвор которого связан с выходом схемы преобразования уровня сигнала, а исток соединен с дросселем, вторым диодом и схемой преобразования уровня сигнала, вход последней связан с выходом первого компаратора, у которого первый вход подключен к датчику тока, а второй вход - к первому опорному напряжению, кроме того, первый вход второго компаратора соединен с делителем выпрямленного напряжения, второй вход подключен к второму опорному напряжению, а выход связан с первым компаратором.

На фиг.1 показана структурная схема корректора коэффициента мощности.

Корректор коэффициента мощности (Фиг.1) содержит входной фильтр 1, выпрямитель 2, делитель выпрямленного напряжения 10, транзистор 6, диод 7, дроссель 5, датчик тока 9, выходной конденсатор 8, схему управления корректора коэффициента мощности 11, к выходу выпрямителя подключен сток второго транзистора 3, затвор которого связан с выходом схемы преобразования уровня сигнала 12, а исток соединен с дросселем 5, вторым диодом 4 и схемой преобразования уровня сигнала 12, вход последней связан с выходом первого компаратора 15, у которого первый вход подключен к датчику тока 9, а второй вход - к первому опорному напряжению Uоп1, кроме того, первый вход второго компаратора 14 соединен с делителем выпрямленного напряжения 10, второй вход подключен к второму опорному напряжению Uоп2, а выход связан с первым компаратором 15.

Работает корректор коэффициента мощности следующим образом.

При подаче входного переменного напряжения (Uвх) на выходе выпрямителя 2 появляется напряжение, вспомогательное напряжение +Uп начинает увеличиваться (относительно отрицательной клеммы выходного напряжения) и при достижении последним определенного уровня включается схема преобразования уровня сигнала 12. При этом напряжение на выходном конденсаторе 8 и ток через датчик тока 9 равны нулю. Первый компаратор 15, сравнивающий напряжение на датчике тока с опорным напряжением Uоп1, выдает сигнал, который, после прохождения через схему преобразования уровня сигнала 12, включает транзистор 3. Ток через транзистор 3, дроссель 5, диод 7, конденсатор 8 и датчик тока 9 начинает увеличиваться. В момент времени, когда напряжение на датчике тока 9 становится больше напряжения Uоп1 на определенную величину, определяемую параметрами положительной обратной связи, срабатывает первый компаратор 15 и транзистор 3 закрывается. Ток дросселя 5 начинает уменьшаться, протекая через диод 7, конденсатор 8, датчик тока 9 и диод 4. Напряжение на датчике тока 9 становится ниже опорного напряжения Uоп1, срабатывает компаратор 15 и включается транзистор 3. Далее процесс повторяется.

Таким образом, зарядный ток конденсатора 8 стабилизируется на определенном уровне. В интервалы времени, когда напряжение на выходе выпрямителя 2 ниже напряжения на конденсаторе 8, зарядный ток становится равным нулю.

По достижении напряжением на конденсаторе 8 конкретной величины начинает работать схема управления ККМ 11. В интервалы времени, когда напряжение на выходе выпрямителя 2 ниже напряжения на конденсаторе 8, транзистор 3 находится в открытом состоянии и ККМ, управляемый схемой управления ККМ 11, работает в обычном режиме. В интервалы времени, когда напряжение на выходе выпрямителя 2 выше напряжения на конденсаторе 8, ток дросселя возрастает до уровня стабилизации. При этом, в зависимости от типа примененной схемы управления ККМ, транзистор 6 включается на очень короткое время или вообще не включается.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе 8 достигает уровня стабилизации, который в обычных условиях выше максимально возможного мгновенного напряжения на выходе выпрямителя 2. В случае, если мгновенное значение напряжения на выходе выпрямителя 2 начинает превышать уровень стабилизации напряжения на конденсаторе 8, срабатывает компаратор 14, блокируя работу компаратора 15, и транзистор 3 закрывается.

Работа ККМ в обычном режиме практически ничем не отличается от работы аналогов, за исключением того, что он создает меньше помех в сети переменного напряжения. Это связано с тем, что в ККМ установлен более качественный входной фильтр для устранения помех в режиме стабилизации тока.

Преимущества предлагаемого ККМ, заключаются в следующем.

1. На порядок снижены пусковые токи через силовые элементы схемы ККМ. Пусковой ток превышает максимальное значение тока в силовом элементе всего на 5-10%. В устройствах, где использованы обычные ККМ, пусковые токи иногда превышают максимальные токи рабочего режима более чем на два порядка [4].

2. Повысилась надежность работы за счет облегчения режимов эксплуатации как силовых элементов ККМ, так и внешних устройств, таких как выключатели, предохранители, контакты и т.д. Кроме того, значительное увеличение величины максимального напряжения сети, которое не приведет к отказу ККМ, также повышает надежность. Например, ККМ, работающий при напряжении сети 90-270 вольт, может допускать как всплески мгновенного напряжения сети до 600 вольт, так и постоянное ошибочное подключение к сети 380 вольт.

3. Повысился КПД. Отсутствует термистор и индуктивные элементы имеют малое внутреннее сопротивление. Транзистор 6 и диод 7 могут быть с более низкими максимально допустимыми напряжениями и иметь соответственно меньшие сопротивление исток-сток и падение напряжения.

4. В некоторых случаях снижается стоимость ККМ.

Превышение всего на 10-20 вольт напряжения на высоковольтном электролитическом конденсаторе величины максимально допустимого значения приводит к отказу. Поэтому, для того чтобы при резком отключении от сети мощной нагрузки, расположенной недалеко от работающего ККМ, энергия, запасенная в индуктивности рассеяния сети, переходя в энергию, запасенную в выходном конденсаторе ККМ и повышающая на нем напряжение, не давала превышения максимально допустимого напряжения, конденсаторы выбираются с большим запасом по напряжению.

В соответствии с нормативными документами действующее и максимальное мгновенное напряжение сети не должно быть выше чем 242 и 342 вольта соответственно.

Предлагаемый ККМ позволяет отключать подачу энергии в выходной конденсатор, если мгновенное напряжение на выходе выпрямителя достигло величины, например, 282 вольта.

Таким образом, вполне можно использовать конденсаторы с максимально допустимым напряжением 400, а не 450 вольт, и при этом гарантировать диапазон рабочих напряжений, например 90-270 вольт, а величину максимально допустимого мгновенного напряжения на входе ККМ, например, 600 вольт.

Если требуется гарантировать работу при температурах -55 градусов Цельсия и ниже, электролитический конденсатор становится самым дорогим элементом в ККМ. Разница в стоимости конденсаторов одинаковой емкости на 400 и 450 вольт значительно превышает суммарную стоимость дополнительно введенных элементов.

5. Более широкий диапазон безопасных напряжений на входе ККМ.

6. Пусковые токи не вызывают существенного уменьшения напряжения сети.

Источники информации

1. Data Sheet L6562 STMicroelectronics.

2. Data Sheet MC34262 ON Semiconductor.

3. Data Sheet NCP1654 ON Semiconductor.

4. Data Sheet HRP-100 MEAN WELL.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение пусковых токов, повышение надежности, увеличение КПД и расширение диапазона допустимых значений напряжения сети. Корректор коэффициента мощности содержит входной фильтр, выпрямитель, делитель выпрямленного напряжения, транзистор, диод, дроссель, датчик тока, выходной конденсатор, и схему управления корректора коэффициента мощности, к выходу выпрямителя подключен сток второго транзистора, затвор которого связан с выходом схемы преобразования уровня сигнала, а исток соединен с дросселем, вторым диодом и схемой преобразования уровня сигнала, вход последней связан с выходом первого компаратора, у которого первый вход подключен к датчику тока, а второй вход - к первому опорному напряжению, кроме того, первый вход второго компаратора соединен с делителем выпрямленного напряжения, второй вход подключен к второму опорному напряжению, а выход связан с первым компаратором. 1 ил.

Корректор коэффициента мощности, содержащий входной фильтр, выпрямитель, делитель выпрямленного напряжения, транзистор, диод, дроссель, датчик тока, выходной конденсатор и схему управления корректора коэффициента мощности, отличающийся тем, что к выходу выпрямителя подключен сток второго транзистора, затвор которого связан с выходом схемы преобразования уровня сигнала, а исток соединен с дросселем, вторым диодом и схемой преобразования уровня сигнала, вход последней связан с выходом первого компаратора, у которого первый вход подключен к датчику тока, а второй вход - к первому опорному напряжению, кроме того, первый вход второго компаратора соединен с делителем выпрямленного напряжения, второй вход подключен к второму опорному напряжению, а выход связан с первым компаратором.