Корректор коэффициента мощности
Владельцы патента RU 2571952:
Общество с ограниченной ответственностью "СИБВЭС" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, используемых в устройствах питания силовой электроники. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия, надежности и долговечности преобразователя. Корректор коэффициента мощности содержит входной выпрямитель, выходной конденсатор, диод, схему заряда выходного конденсатора, вход которой соединен с выходами входного выпрямителя, а выход - с выходным конденсатором. Входной выпрямитель, диод и выходной конденсатор образуют замкнутый контур цепи. Диод включен между входным выпрямителем и выходным конденсатором встречно по отношению к полярности входного выпрямителя, а выход корректора подключен параллельно входному выпрямителю. В рабочем режиме напряжение на выходном конденсаторе меньше пикового напряжения входного выпрямителя. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к устройствам коррекции коэффициента мощности для источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, и может найти широкое применение в устройствах питания силовой электроники, в том числе для питания светодиодных светильников, для обеспечения работы в широком диапазоне входных напряжений и получения высокого коэффициента мощности.
Известно «УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ СВЕРХМОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ», RU ПМ 126248 [2], содержащее последовательно соединенные фильтр сетевой, выпрямитель, корректор фактора мощности, а также блок низковольтного питания, конденсатор, подключенный между двумя выходами выпрямителя, полупроводниковый диод, один конец которого соединен с указанным конденсатором.
Недостатком известной конструкции является высокая амплитуда тока при первоначальном подключении и первичном заряде конденсатора, что приводит к перенапряжению сети при включении, снижению надежности и долговечности устройства, особенно при частом включении прибора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ», RU ПМ 113435 [1], содержащий входной фильтр, входной выпрямитель, выходной конденсатор, диод, схему заряда выходного конденсатора, вход которой соединен с выходами входного выпрямителя, а выход соединен с выходным конденсатором.
В известном устройстве ток первоначального заряда регулируется схемой управления и может быть снижен.
Недостатком известного устройства является низкая надежность и долговечность, обусловленные перегрузкой элементов преобразователя. Недостатком также является низкий коэффициент полезного действия, обусловленный постоянной работой преобразователя для заряда выходного конденсатора.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента полезного действия, надежности и долговечности преобразователя с корректором коэффициента мощности.
Технический результат достигается тем, что корректор коэффициента мощности, содержащий (опционально входной фильтр), входной выпрямитель, выходной конденсатор, диод, схему заряда выходного конденсатора, вход которой соединен с выходами входного выпрямителя, а выход соединен с выходным конденсатором, причем входной выпрямитель, диод и выходной конденсатор образуют замкнутый контур цепи, характеризуется тем, что диод включен (между входным выпрямителем и выходным конденсатором) встречно по отношению к полярности входного выпрямителя, а выход корректора подключен параллельно входному выпрямителю, причем в рабочем режиме напряжение на выходном конденсаторе меньше пикового напряжения входного выпрямителя.
Питание схемы заряда конденсатора может осуществляться от основного преобразователя. Указанное выполнение позволит сократить количество элементов преобразователя.
Схема заряда выходного конденсатора может выполняться по схеме удвоителя напряжения, выход которого соединен с выходным конденсатором, а вход через последовательно соединенные разделительную емкость и индуктивность соединены с первичной обмоткой трансформаторного двухтактного преобразователя. Указанное выполнение позволит сократить суммарное количество элементов корректора коэффициента мощности и двухтактного преобразователя, причем напряжение заряда выходного конденсатора может регулироваться величиной индуктивности, частотой и длительностью импульсов преобразователя.
Схема заряда выходного конденсатора может содержать два диода, соединенных одинаковыми полюсами - первыми выводами диодов с первым концом индуктивности, второй конец которой соединен с первым выводом выходного конденсатора, второй вывод одного диода соединен со вторым выводом выходного конденсатора, второй вывод второго диода соединен с первичной обмоткой однотактного преобразователя. Указанное выполнение позволит сократить суммарное количество элементов корректора коэффициента мощности и однотактного преобразователя, причем напряжение заряда может регулироваться величиной индуктивности и частотой преобразователя.
Схема заряда выходного конденсатора может содержать индуктивность, соединенную с первым выходом выходного конденсатора, второй вывод индуктивности соединен с первым силовым выводом ключа и первым выводом диода, второй вывод диода соединен со вторым выводом выходного конденсатора, второй силовой вывод ключа соединен с первым выходом входного выпрямителя, второй вывод диода соединен со вторым выходом входного выпрямителя, причем питание схемы заряда производится от дополнительного ключа. Применение дополнительного ключа позволит снизить нагрузку на основной ключ и повысить точность стабилизации. Напряжение на выходном конденсаторе также регулируется частотой преобразователя и величиной индуктивности.
Функциональная схема показана на фиг. 1, на фиг. 2 показана временная развертка напряжения на выходе корректора, на фиг.3 показан вариант по п.3, на фиг.4 показан вариант выполнения по п.4, на фиг.5 показан вариант выполнения по п.5, где
1 - входной выпрямитель;
2 - выходной конденсатор;
3 - диод корректора;
4 - схема заряда выходного конденсатора;
5 - напряжение на выходном конденсаторе;
6 - напряжение на выходе корректора (сплошная линия);
7 - схема удвоителя напряжения;
8 - разделительная емкость;
9 - индуктивность;
10 - два диода преобразователя;
11 - первичная обмотка однотактного преобразователя;
12 - дополнительный ключ.
Устройство действует следующим образом: выходной конденсатор 2 заряжается схемой заряда выходного конденсатора 4 до напряжения меньше пикового напряжения. Схема заряда выходного конденсатора 4 питается от входного выпрямителя 1. Нагрузка корректора подключена параллельно входному выпрямителю 1. При напряжении на выходе входного выпрямителя больше напряжения выходного конденсатора диод 3 закрыт и нагрузка питается от входного выпрямителя. При напряжении на выходе входного напряжения ниже напряжения выходного конденсатора диод корректора 3 открывается и нагрузка питается от выходного конденсатора. Уровень заряда выходного конденсатора обозначен на временной развертке (осциллограмме) как 5, сплошной линией 6 показана осциллограмма напряжения на выходе корректора.
При реализации схемы заряда по схеме удвоителя напряжения 7, содержащей два последовательно включенных диода, ориентированных полярностью, встречной относительно полярности выходного конденсатора, к точке соединения которых подключена разделительная емкость 8, последовательно с которой включена индуктивность 9, которая в свою очередь подключена к входной обмотке существующего преобразователя.
При реализации корректора для однотактного преобразователя схема может содержать два диода преобразователя 10, к одноименным выводам которых подключена индуктивность 9, соединенная с диодом корректора 3 и выходным конденсатором 2. Питается схема от первичной обмотки однотактного преобразователя 11.
При реализации схемы с дополнительным ключом 12 управляющий вход ключа может соединяться с управляющим входом имеющегося ключа, приведенная схема обеспечивает стабилизацию напряжения выходного конденсатора благодаря тому, что при увеличении нагрузки увеличивается количество энергии, направляемой на заряд выходного конденсатора.
Технический результат - повышение коэффициента полезного действия - происходит благодаря уменьшению времени работы схемы заряда выходного конденсатора, так как большую часть времени корректор питает схему, подключенную к выходу (в типовом случае - импульсный преобразователь) непосредственно от входного выпрямителя, что снижает потери преобразования.
Технический результат - повышение надежности и долговечности - достигается уменьшением перегрузки элементов преобразователя.
Промышленное применение
Изобретение может быть с успехом применено для изготовления источников электропитания с корректором коэффициента мощности, в том числе для светодиодных светильников.
1. Корректор коэффициента мощности, содержащий входной выпрямитель, выходной конденсатор, диод корректора, схему заряда выходного конденсатора, вход которой соединен с выходами входного выпрямителя, а выход соединен с выходным конденсатором, причем входной выпрямитель, диод и выходной конденсатор образуют замкнутый контур цепи, отличающийся тем, что диод корректора включен встречно по отношению к полярности входного выпрямителя, а выход корректора подключен параллельно входному выпрямителю, причем в рабочем режиме напряжение на выходном конденсаторе меньше пикового напряжения входного выпрямителя.
2. Корректор коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что питание схемы заряда выходного конденсатора осуществляется от основного преобразователя.
3. Корректор коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что схема заряда выходного конденсатора выполнена по схеме удвоителя напряжения, выход которого соединен с выходным конденсатором, а вход через последовательно соединенные разделительную емкость и индуктивность соединены с первичной обмоткой трансформаторного двухтактного преобразователя.
4. Корректор коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что схема заряда выходного конденсатора содержит два диода преобразователя, соединенных одинаковыми полюсами - первыми выводами диодов с первым концом индуктивности, второй конец которой соединен с первым выводом выходного конденсатора, второй вывод первого диода преобразователя соединен со вторым выводом выходного конденсатора, второй вывод второго диода преобразователя соединен с первичной обмоткой однотактного преобразователя.
5. Корректор коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что схема заряда выходного конденсатора содержит дополнительный ключ, индуктивность, соединенную с первым выходом выходного конденсатора, второй вывод индуктивности соединен с первым силовым выводом ключа и первым выводом диода преобразователя, второй вывод диода преобразователя соединен со вторым выводом выходного конденсатора, второй силовой вывод ключа соединен с первым выходом входного выпрямителя, второй вывод диода соединен со вторым выходом входного выпрямителя.
