БУФЕРИЗУЮЩИЙ КОНДЕНСАТОР ДЛЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ДИОДНЫМ МОСТОМ С УПРАВЛЯЕМЫМ ТОКОМ РАЗРЯДКИ
BUFFERING CAPACITOR FOR RECTIFIER WITH DIODE BRIDGE WITH CONTROLLED DISCHARGE CURRENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к компоновке для буферизации энергии. Изобретение дополнительно относится к аппаратуре, содержащей такую компоновку и дополнительно содержащей схему выпрямителя для подачи первой мощности на компоновку. Изобретение дополнительно относится к устройству, содержащему такую компоновку и дополнительно содержащему нагрузку для приема второй мощности от компоновки.
Примерами такой компоновки являются комбинации схемы пассивного корректора коэффициента мощности и схемы конденсатора. Примерами такого устройства являются нагрузки, например, лампы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В FR 2742010 раскрывается комбинация схемы пассивного корректора коэффициента мощности и схемы конденсатора. Такая схема пассивного корректора коэффициента мощности основана на тиристоре.
В US 2013/0049618 раскрывается адаптивная схема для возбуждения нагрузки. Эта адаптивная схема содержит схему буферного конденсатора с двумя буферными конденсаторами. Первая схема направляет ток зарядки для буферных конденсаторов, а вторая схема задает ток разрядки одного из буферных конденсаторов.
В US 2013/0043910 раскрывается схема возбуждения для возбуждения схемы нагрузки. Схема возбуждения содержит схему буферного конденсатора с одним буферным конденсатором. Первая схема направляет ток зарядки для буферного конденсатора, а вторая схема задает ток разрядки для буферного конденсатора.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенной компоновки. Другими задачами изобретения являются обеспечение аппаратуры и устройства.
Согласно первому аспекту изобретения, предлагается компоновка для буферизации энергии, содержащая:
- схему буферного конденсатора, содержащую один или более буферный конденсатор,
- схему сглаживающего конденсатора, содержащую один или более сглаживающий конденсатор,
- первую схему для подачи тока зарядки, при этом схема буферного конденсатора выполнена с возможностью зарядки посредством тока зарядки, и
- вторую схему, содержащую схему источника тока для задания амплитуды тока разрядки, при этом схема буферного конденсатора выполнена с возможностью разрядки посредством тока разрядки,
причем:
- схема буферного конденсатора соединена последовательно с первой схемой, а вторая схема соединена параллельно с первой схемой,
с
- схема сглаживающего конденсатора соединена параллельно комбинацией схемы буферного конденсатора и первой схемы, и
- емкость схемы буферного конденсатора больше, чем емкость схемы сглаживающего конденсатора.
Схема сглаживающего конденсатора содержит один или более сглаживающий конденсатор, включенный последовательно, или два сглаживающих конденсатора, включенных параллельно, или три или более сглаживающих конденсатора, включенных последовательно и/или параллельно. Емкость схемы буферного конденсатора должна быть больше чем емкость схемы сглаживающего конденсатора по меньшей мере вдвое, более предпочтительно в пять раз и т.д. Схема буферного конденсатора содержит один буферный конденсатор или два буферных конденсатора, включенных последовательно, или два буферных конденсатора, включенных параллельно, или три или более буферных конденсатора, включенных последовательно и/или параллельно. Схема буферного конденсатора заряжается посредством тока зарядки, текущего через первую схему. Схема буферного конденсатора разряжается посредством тока разрядки, текущего через вторую схему. Схема источника тока во второй схеме определяет амплитуду этого тока разрядки. В результате, по сравнению с применением тиристора, показанного в FR 2742010, амплитуда тока разрядки определена лучше и разрядкой схемы буферного конденсатора можно лучше управлять. Это является большим преимуществом.
Последовательное соединение схемы буферного конденсатора и первой схемы и параллельное соединение первой и второй схем позволяет реализовать первую и вторую схемы в простом и недорогом и надежном варианте осуществления.
Вариант осуществления компоновки определяется второй схемой, дополнительно содержащей триггерную схему для перевода схемы источника тока во включенный (активированный) режим, при этом схема источника тока во включенном режиме выполнена с возможностью определять амплитуду тока разрядки. Триггерная схема содержит, например, датчик напряжения для обнаружения разницы амплитуд между амплитудой напряжения, присутствующего на схеме буферного конденсатора, и амплитудой входного напряжения, подаваемого, например, через схему выпрямителя источником питания. Когда эта разница в амплитудах достигнет пороговой амплитуды и/или превысит ее, схема источника тока переводится во включенный режим для задания амплитуды тока разрядки. Можно применять другие типы триггерных схем и другие типы сигналов.
Вариант осуществления компоновки определяется второй схемой, дополнительно содержащей схему-защелку для запирания схемы источника тока. Схема-защелка может стабилизировать работу второй схемы.
Вариант осуществления компоновки определяется второй схемой, выполненной с возможностью направлять ток утечки в выключенном (деактивированном) режиме схемы источника тока, при этом амплитуда тока утечки по меньшей мере в десять раз меньше амплитуды тока разрядки. В выключенном режиме схемы источника тока ток утечки может течь через вторую схему. Амплитуда тока утечки должна быть по меньшей мере в десять раз меньше чем амплитуда тока разрядки, предпочтительно по меньшей мере в пятьдесят раз меньше, более предпочтительно, в сто раз меньше и т.д.
Другими словами, в выключенном режиме, когда схема источника тока не направляет ток разрядки, только значительно меньший ток утечки может течь через вторую схему в противоположном направлении. Аналогично, когда первая схема не направляет ток зарядки, только значительно меньший дополнительный ток утечки может течь через первую схему в противоположном направлении. Амплитуда дополнительного тока утечки должна быть по меньшей мере в десять раз меньше амплитуды тока зарядки, предпочтительно в пятьдесят раз меньше, более предпочтительно, в сто раз меньше, и т.д.
Альтернативно, схема сглаживающего конденсатора может формировать часть нагрузки, подключаемой к компоновке.
Вариант осуществления компоновки определяется схемой сглаживающего конденсатора, выполненной с возможностью параллельного соединения с нагрузкой, и схемой буферного конденсатора, выполненной с возможностью разрядки посредством тока разрядки, проходящего через контур, содержащий схему сглаживающего конденсатора и/или нагрузку.
Вариант осуществления компоновки определяется второй схемой, содержащей первую и вторую клеммы, соединенные с первой и второй клеммами первой схемы, при этом вторая схема содержит первый транзистор, один или более стабилитрон и один или более резистор. Только для примера, первый главный электрод первого транзистора может быть соединен через первый резистор с первой клеммой второй схемы, последовательно соединенные второй и третий резисторы могут быть соединены с первой и второй клеммами второй схемы, соединение между вторым и третьим резисторами может быть соединено через второй стабилитрон с управляющим электродом первого транзистора, а управляющий электрод первого транзистора может быть соединен через первый стабилитрон с первой клеммой второй схемы. Схема источника тока может быть основана на первом транзисторе и первом резисторе и первом стабилитроне. Триггерная схема может быть основана на втором и третьем резисторах и втором стабилитроне. Первый стабилитрон в комбинации с первым транзистором и первым резистором может определять амплитуду тока разрядки. Второй стабилитрон в комбинации со вторым и третьим резисторами может определять пороговую амплитуду.
Стабилитрон может быть реальным стабилитроном или может содержать один или более нормальный диод или может быть реализован посредством схемы транзистора и т.д.
Вариант осуществления компоновки определяется второй схемой, дополнительно содержащей второй транзистор и один или более дополнительный резистор. Только для примера, управляющий электрод второго транзистора может быть соединен со вторым главным электродом первого транзистора и через четвертый резистор со второй клеммой второй схемы, первый главный электрод второго транзистора может быть соединен через пятый резистор со второй клеммой второй схемы, а второй главный электрод второго транзистора может быть соединен с управляющим электродом первого транзистора. Схема-защелка может быть основана на втором транзисторе и четвертом и пятом резисторах.
Вариант осуществления компоновки определяется второй схемой, дополнительно содержащей емкость. Только для примера, емкость может быть соединена с первой клеммой второй схемы и с управляющим электродом первого транзистора. Емкость может сглаживать работу схемы источника тока.
Вариант осуществления компоновки определяется первой схемой, содержащей диод. Первая схема в форме диода формирует относительно низкий импеданс для тока зарядки и относительно высокий импеданс для тока разрядки.
Согласно второму аспекту изобретения предлагается аппаратура, содержащая компоновку, определенную выше, и дополнительно содержащая схему выпрямителя для подачи первой мощности на компоновку. Первую мощность от схемы выпрямителя можно использовать для зарядки схемы буферного конденсатора и схемы сглаживающего конденсатора. Схема выпрямителя может подавать дополнительную мощность непосредственно на нагрузку, подключенную к компоновке.
Вариант осуществления аппаратуры определяется схемой выпрямителя, содержащей входы для приема напряжения переменного тока от источника питания и выходы для подачи напряжения постоянного тока, имеющего изменяющуюся амплитуду на компоновку. Особенно в случае подачи на нагрузку напряжения постоянного тока с изменяющейся амплитудой, компоновка может быть полезной для пассивной коррекции коэффициента мощности.
Вариант осуществления аппаратуры определяется схемой выпрямителя, выполненной с возможностью направлять ток зарядки и блокировать ток разрядки.
Вариант осуществления аппаратуры определяется схемой выпрямителя, содержащей четыре диода, соединенных в диодный мост.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается устройство, содержащее компоновку, определенную выше, и дополнительно содержащее нагрузку для приема второй мощности от компоновки. Вторая мощность может подаваться схемой буферного конденсатора и схемой сглаживающего конденсатора. Нагрузка может получать дополнительную мощность непосредственно от источника, возможно через схему выпрямителя.
Вариант осуществления устройства определяется схемой сглаживающего конденсатора, соединенной параллельно нагрузке, и схемой буферного конденсатора, выполненной с возможностью разряжаться посредством тока разрядки через контур, содержащий схему сглаживающего конденсатора и/или нагрузку.
Основная концепция заключается в том, что схема буферного конденсатора должна заряжаться посредством тока зарядки и разряжаться посредством тока разрядки, имеющего хорошо определенную амплитуду.
Задача создания улучшенной компоновки решена. С помощью улучшенной компоновки разрядкой схемы буферного конденсатора можно лучше управлять. Схема источника тока позволяет, например, в сравнении с тиристором более точно задавать амплитуду тока разрядки и его тайминг (синхронизацию). Другим преимуществом является то, что улучшается коэффициент мощности.
Эти и другие аспекты изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания его вариантов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг. 1 изображает вариант системы,
Фиг. 2 изображает вариант компоновки,
Фиг. 3 изображает форму сигнала согласно уровню техники,
Фиг. 4 изображает улучшенную форму сигнала.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1 показана система. Система содержит источник 3 для подачи напряжения переменного тока через схему 2 выпрямителя на параллельно соединенные компоновку 1 и нагрузку 4. Схема 2 выпрямителя, например, содержит четыре диода, соединенные в мост выпрямителя и преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока с изменяющейся амплитудой. Нагрузка 4, например, содержит потребительское изделие, содержащее импульсный источник питания, например лампу, содержащую драйвер (блок возбуждения). Не исключаются и другие виды схем 2 выпрямителя и другие виды нагрузок 4.
Компоновка выполнена с возможностью буферизации энергии и содержит схему 10 буферного конденсатора, содержащую один или более буферный конденсатор 11, показанный на фиг. 2. Компоновка 1 дополнительно содержит первую схему 20 для направления тока зарядки, показанного стрелками, направленными вниз. Схема 10 буферного конденсатора выполнена с возможностью зарядки током зарядки с контуром, реализованным через схему 2 выпрямителя в комбинации с источником 3. Компоновка 1 дополнительно содержит вторую схему 30 со схемой 31-34 источника тока, показанной на фиг. 2, для задания амплитуды тока разрядки, показанного стрелками, направленными вверх. Схема 10 буферного конденсатора выполнена с возможностью разрядки посредством тока разрядки с контуром, реализованным через нагрузку 4 и/или через схему 40 сглаживающего конденсатора, содержащую один или более сглаживающий конденсатор 41, показанный на фиг. 2. Предпочтительно, емкость схемы 10 буферного конденсатора больше емкости схемы 40 сглаживающего конденсатора.
Вторая схема 30 дополнительно может содержать триггерную схему 51-53, показанную на фиг. 2, для перевода схемы 31-34 источника тока во включенный режим. Схема 31-34 источника тока выполнена с возможностью во включенном режиме задавать амплитуду тока разрядки. Вторая схема 30 выполнена с возможностью направлять ток утечки в выключенном режиме схемы 31-34 источника тока. Обычно амплитуда тока утечки будет по меньшей мере в десять раз меньше амплитуды тока разрядки. Вторая схема 30 дополнительно может содержать схему-защелку 61-63, показанную на фиг. 2, для запирания схемы 31-34 источника тока.
Предпочтительно, схема 10 буферного конденсатора включена последовательно с первой схемой 20, а вторая схема 30 включена параллельно с первой схемой 20.
На фиг. 2 показан вариант осуществления компоновки 1. Схема 10 буферного конденсатора, показанная на фиг. 1, здесь содержит один буферный конденсатор 11, соединенный с первой (верхней) клеммой компоновки 1. Первая схема 20, показанная на фиг. 1, здесь содержит диод 21 для направления тока зарядки. Анод диода 21 соединен с буферным конденсатором 11, а катод диода 21 соединен во второй (нижней) клеммой компоновки 1. Вторая схема 30, показанная на фиг. 1, содержит схему 31-34 источника тока для задания амплитуды тока разрядки и, дополнительно, может содержать триггерную схему 51-53 для перевода схемы 31-34 источника тока во включенный режим и, дополнительно, может содержать схему-защелку 61-63 для запирания схемы 31-34 источника тока.
Вторая схема 30 содержит первую и вторую клеммы, соединенные с анодом и катодом диода 21. Схема 31-34 источника тока содержит первый транзистор 31, первый стабилитрон 33, первый резистор 32 и емкость 34. Триггерная схема 51-53 содержит второй и третий резисторы 51, 52 и второй стабилитрон 53. Схема-защелка 61-63 содержит второй транзистор 61 и четвертый и пятый резисторы 62, 63. Первый главный электрод первого транзистора 31 соединен через первый резистор 32 с первой клеммой второй схемы 30. Последовательно соединенные второй и третий резисторы 51, 52 соединены с первой и второй клеммами второй схемы 30. Соединение между вторым и третьим резисторами 51, 52 соединено через второй стабилитрон 53 с управляющим электродом первого транзистора 31. Управляющий электрод первого транзистора 31 соединен через параллельное соединение первого стабилитрона 33 и емкость 34 с первой клеммой второй схемы 30. Управляющий электрод второго транзистора 61 соединен со вторым главным электродом первого транзистора 31, а через четвертый резистор 62 со второй клеммой второй схемы 30. Первый главный электрод второго транзистора 61 соединен через пятый резистор 63 со второй клеммой второй схемы 30. Второй главный электрод второго транзистора 61 соединен с управляющим электродом первого транзистора 31.
Компоновка 1, показанная на фиг. 2, работает следующим образом. Схема 2 выпрямителя преобразует напряжение переменного тока от источника 3 в напряжение постоянного тока и подает это напряжение постоянного тока на параллельное соединение компоновки 1 и нагрузки 4. Это напряжение постоянного тока является выпрямленным синусоидальным напряжением. Начиная с перехода через ноль до пика выпрямленного синусоидального напряжения буферный конденсатор 11 по существу заряжается до пиковой величины напряжения постоянного тока. Ток зарядки течет через буферный конденсатор 11 и диод 21. Благодаря тому, что диод 21 находится в состоянии проводимости, на диоде 21 присутствует напряжение, имеющее амплитуду, напр., 0,6 или 0,7 В. То же напряжение присутствует на второй схеме 30 и, в результате, схема 31-34 источника тока и триггерная схема 51-53 реагировать не могут.
При снижении после пика выпрямленного синусоидального напряжения буферный конденсатор 11 сначала сохраняет (пытается сохранить) амплитуду этого напряжения. В результате этого, во-первых, соединение между буферным конденсатором 11 и диодом 21 получает отрицательный потенциал напряжения, учитывая вторую (нижнюю) клемму компоновки 1. Во-вторых, диод 21 переходит в непроводящий режим. В-третьих, амплитуда напряжения, имеющегося между второй клеммой второй схемы 30 (или катодом диода 21) и первой клеммой второй схемы 30 (или анодом диода 21) все более увеличивается. Как только эта амплитуда достигнет достаточной величины, определяемой вторым и третьим резисторами 51, 52 и вторым стабилитроном 53, триггерная схема 51-53 активирует схему 31-34 источника тока и ток разрядки, определенный первым стабилитроном 33 и первым транзистором 31 и первым резистором 32 начинает течь через вторую схему 30 и через буферный конденсатор 11 и через сглаживающий конденсатор 41 (для его зарядки) и/или через нагрузку 4 (для ее питания). Хотя выпрямленное синусоидальное напряжение падает от пиковой величины до перехода через ноль, с этого момента напряжение на нагрузке 4 будет подниматься и схема 2 выпрямителя перейдет в непроводящий режим. Это продолжается до перехода выпрямленным синусоидальным напряжением через ноль, после чего цикл повторяется.
Схема-защелка 61-63 может быть введена для стабилизации схемы 31-34 источника тока и для предотвращения выключения и включения схемы 31-34 источника тока без необходимости.
На фиг. 3 показаны формы волны по предшествующему уровню техники для ситуации без схемы пассивного корректора коэффициента мощности, где А - выпрямленное синусоидальное напряжение, В1 - напряжение на нагрузке 4, С1 - ток, текущий через буферный конденсатор 11, а D1 - ток, текущий через источник 3.
На фиг. 4 показаны улучшенные формы волны, для ситуации, содержащей компоновку 1, где А - выпрямленное синусоидальное напряжение, В2 напряжение на нагрузке 4, С2 - ток, текущий через буферный конденсатор 11,, а D2 - ток, текущий через источник 3. Очевидно, при сравнении D1 и D2, угол отсечки (время, в течение которого ток, текущий через выходы источника 3 не равен нулю) увеличился, что означает, что коэффициент мощности увеличился благодаря наличию компоновки 1.
По сравнению с FR 2742010, в котором раскрывается комбинация схемы пассивного корректора коэффициента мощности и схемы конденсатора, в котором схема пассивного корректора коэффициента мощности основана на тиристоре, за счет применения компоновки 1 амплитуду тока разрядки и его тайминг можно лучше определить и разрядом схемы 10 буферного конденсатора можно лучше управлять, что является существенным улучшением.
Помимо выпрямленного синусоидального напряжения возможны и другие типы напряжений с изменяющейся амплитудой. Возможны многие другие варианты осуществления схемы источника тока, триггерной схемы и схемы-защелки. Первый и второй элементы могут быть соединены косвенно через третий элемент или могут быть соединены прямо без третьего элемента между ними.
Подводя итоги, компоновка 1 для буферизации энергии содержит схемы 10 буферного конденсатора с одним или более буферным конденсатором 10, первые схемы 20 для направления токов зарядки для зарядки схем 10 буферного конденсатора, и вторые схемы 30 со схемами 31-34 источника тока для задания амплитуд токов разрядки для разрядки схем 10 буферного конденсатора для улучшения управления разрядкой схем 10 буферного конденсатора. Вторые схемы 10 также могут содержать триггерные схемы 51-53 для перевода схем 31-34 источника тока в активированный режим, и схемы-защелки 61-63 для запирания схем 31-34 источника тока. Компоновка 1 дополнительно может содержать схемы 40 сглаживающего конденсатора с одним или более сглаживающим конденсатором 41. Схемы 10 буферного конденсатора могут быть включены последовательно с первыми схемами 20 и первые и вторые схемы 20, 30 могут быть включены параллельно друг другу.
Хотя изобретение было подробно описано и проиллюстрировано на чертежах, такое описание и иллюстрации следует считать иллюстративными или примерами, а не ограничивающими настоящее изобретение. Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Из приведенного описания, чертежей и формулы специалистам будут понятны и другие варианты изобретения. В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественного. Один только факт того, что некоторые признаки приведены в разных зависимых пунктах, не указывает на невозможность применения комбинации этих признаков для получения положительного эффекта. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения на должны толковаться в ограничительном смысле.