Источник стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к источникам вторичного электропитания с улучшенным коэффициентом мощности, потребляемой от сети синусоидального тока. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности источника стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности, а именно придания источнику функции стабилизации выходного напряжения. Для этого источник стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности содержит последовательно соединенные дроссель и выпрямитель, включенные между источником синусоидального напряжения и выходным емкостным фильтром с нагрузкой, схему ключа, подсоединенную параллельно входу выпрямителя, обеспечивающую накопление энергии в индуктивности дросселя и развязку с емкостным фильтром во время открытого состояния ключа схемы ключа, схему управления ключом схемы ключа, соединенную с входом и выходом источника стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности и регулирующую момент включения и длительность открытого состояния ключа схемы ключа в первой половине каждого полупериода питающего напряжения, в которой введены подсоединенные к схеме управления ключом схемы ключа источник стабильного постоянного опорного напряжения и датчик тока, включенный между выходом выпрямителя и нагрузкой, причем один из силовых выводов ключа схемы ключа объединен с выводом датчика тока, соединенным с выводом нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к источникам вторичного электропитания с улучшенным коэффициентом мощности, потребляемой от сети синусоидального тока, и может найти широкое применение для питания различных устройств электротехники, силовой электроники и т.п.

Известны схемы источников вторичного электропитания, обеспечивающие стабилизацию выходного напряжения и коррекцию коэффициента мощности, выполненные на основе импульсного повышающего регулятора напряжения, огибающая тока дросселя которого, т.е. тока, потребляемого от сети, имеет почти синусоидальную форму на отрезке времени каждого полупериода питающего напряжения [1].

Основными недостатками таких источников являются относительно низкая надежность, высокая цена и высокий уровень помех, в особенности при больших мощностях, так как тактовая частота работы регулятора на два-три порядка выше частоты питающей сети.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является источник вторичного электропитания с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности [2], схема которого содержит последовательно соединенные дроссель и выпрямитель, включенные между источником входного переменного напряжения и выходным емкостным фильтром с нагрузкой; схему ключа, обеспечивающую накопление энергии в индуктивности дросселя и развязку с емкостным фильтром нагрузки на время открытого состояния ключа. Схема управления ключом обеспечивает его открывание на регулируемый отрезок времени в первой половине каждого полупериода при фиксированном значении времени отпирания или запирания, таким образом, что ток, потребляемый от сети на номинальной нагрузке, имеет форму, близкую к синусоидальной, при этом выходное напряжение изменяется прямо пропорционально входному.

Основным недостатком прототипа является отсутствие стабилизации выходного напряжения и низкий коэффициент мощности на малых нагрузках.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности источника стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности, а именно придания источнику функции стабилизации выходного напряжения с помощью формирования сигнала управления ключом.

Указанная цель достигается тем, что в источник стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности введены источник стабильного постоянного опорного напряжения, присоединенный к схеме управления ключом схемы ключа, регулирующей момент начала и время накопления энергии в индуктивности дросселя и ограничивающей максимальную длительность открытого состояния ключа схемы ключа, и датчик тока, включенный между выходом выпрямителя и нагрузкой, причем один из силовых выводов ключа схемы ключа объединен с выводом датчика тока, соединенным с выводом нагрузки.

Заявляемый источник представлен вариантом схемы на чертеже, где изображены последовательно соединенные дроссель L и выпрямитель V, включенные между источником синусоидального напряжения U_вх и выходным емкостным фильтром C с нагрузкой R_н. Параллельно входу выпрямителя подсоединена схема ключа СК, обеспечивающая накопление энергии в индуктивности дросселя и развязку с емкостным фильтром нагрузки во время открытого состояния ключа схемы ключа.

Схема управления ключом СУ связана со входом и выходом источника стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности; с выводами датчика тока Д_т, включенного между выходом выпрямителя V и нагрузкой R_н, а также с выводами ключа СК и источником стабильного постоянного опорного напряжения U_опор. По результатам сравнения опорного и выходного напряжений и сигналу, снимаемому с датчика тока, вырабатываются сигналы для регулирования момента включения и длительности открытого состояния ключа схемы ключа, чем обеспечивается минимальный фазовый сдвиг между синусоидой входного напряжения и первой гармоникой тока, потребляемого от сети, а также стабилизация выходного напряжения на уровне, равном или большем значения максимальной амплитуды входного напряжения. Таким образом, схема управления обеспечивает оптимальную работу ключа схемы ключа в широком диапазоне изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки, что позволяет достичь высоких значений коэффициента мощности.

Датчик тока Д_т обеспечивает контроль формы тока, потребляемого от сети, запрет на открывание ключа схемы ключа при токе, неравном нулю и ограничение максимальной длительности открытого состояния при коммутациях нагрузки, что гарантирует надежную работу ключа и всей схемы в целом.

Схема источника реализуется на элементарной базе широкого применения, не требует уникальных технологий и поэтому промышленно применима.

Источники информации 1. Крючков В.В. Источники питания с коррекцией коэффициента мощности. - В сб.: Электропитание. НТС. М., вып. 1.

2. Патент США 4831508, НКИ 363/44 / Система источника питания с улучшенным коэффициентом мощности".

Формула изобретения

Источник стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности, содержащий последовательно соединенные дроссель и выпрямитель, включенные между источником синусоидального напряжения и выходным емкостным фильтром с нагрузкой, схему ключа, подсоединенную параллельно входу выпрямителя, обеспечивающую накопление энергии в индуктивности дросселя и развязку с емкостным фильтром во время открытого состояния ключа схемы ключа, схему управления ключом схемы ключа, соединенную с входом и выходом источника стабилизированного напряжения с низкочастотной коррекцией коэффициента мощности и регулирующую момент включения и длительность открытого состояния ключа схемы ключа в первой половине каждого полупериода питающего напряжения, в который введены подсоединенные к схеме управления ключом схемы ключа источник стабильного постоянного опорного напряжения и датчик тока, включенный между выходом выпрямителя и нагрузкой, причем один из силовых выводов ключа схемы ключа объединен с выводом датчика тока, соединенным с выводом нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1