БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к выполненным на основе повышающего преобразователя напряжения устройствам коррекции коэффициента мощности в источниках переменного напряжения, и может найти широкое применение в устройствах питания электроники.
При выпрямлении синусоидального переменного тока с емкостной фильтрацией от источника потребляются импульсы тока большой амплитуды. Значения пиков тока могут достигать значительной величины. Выпрямители с емкостным фильтром, используемые в сетевых источниках питания, является причиной прерываний тока. Ток может протекает, только при условии превышения напряжением переменного тока постоянного напряжения на конденсаторе. Интервал заряда конденсатора этим током определяет коэффициент мощности на который также влияет импеданс источника, величина емкости и величина нагрузки преобразователя. Указанный ток имеет форму коротких импульсов с относительно большой амплитудой и содержит много высших гармоник.
Эти пики тока являются причиной сильных искажений напряжения сети и дополнительных потерь. Помимо этого генерируется широкий спектр гармоник создающих помехи для другого оборудования. Все это способствует падению коэффициента мощности.
Для решения этих проблем используются схемы коррекции коэффициента мощности.
Наиболее популярными являются применение схем пассивной и активной коррекции коэффициента мощности.
Пассивная коррекция коэффициента мощности заключается в использовании индуктивности во входной цепи (индуктивного входного фильтра). При достаточной величине индуктивности энергии запасается достаточно для поддержания выпрямителя в проводящем состоянии в течение всего полупериода и гармонические искажения уменьшаются.
В случае активной коррекции коэффициента мощности поведение нагрузки подобно активному сопротивлению. Коэффициент мощности становится близок к единице, а величина генерируемых гармоник незначительна. При этом обеспечиваются все преимущества импульсного преобразования (небольшие размеры и масса). Могут использоваться различные конфигурации, включая повышающий и понижающий преобразователи.
Известен повышающий преобразователь с пониженными потерями на переключение (патент US 6163139 «Boost converter with reduced switching loss», МПК: H02M 3/156, приоритет от 17.12.1999), который, в соответствии с изобретением обеспечивает снижение потерь мощности, обеспечивая открытие силового ключа вблизи нулевого напряжения и тока при уменьшении напряжение на силовом ключе во время его закрывания. Повышающий преобразователь включает в себя силовую цепь проводящую ток от входа к выходу, резонансный контур, который обеспечивает периодические интервалы вблизи нулевого напряжения через коммутатор и увеличивает время нарастания напряжения при включении и выключении цепи управления которая регулирует выходное напряжение, контролируя рабочий цикл силового ключа, который синхронизирует переключение силового ключа на ближайшем нулевом состоянии напряжения и синхронизирует цикл переключения с помощью внешнего сигнала тактовой синхронизации.
Схема обеспечивает отпирание основного ключа после момента принудительного завершения цикла работы контроллера импульсом синхронизации который формируется с помощью детектора пересечения нуля на транзисторе Q2 и дополнительной микросхемы с двумя D-триггерами.
Недостатком данной схемы является неприемлемо большая величина задержки отпирания основного ключа после срабатывания детектора нуля, что ограничивает тактовую частоту ККМ и вносит искажения в форму входного тока ККМ. Другой недостаток схемы - большая сложность и наличие дополнительной логической микросхемы.
Технический результат заключается в увеличении быстродействия ККМ и увеличении коэффициента мощности.
Технический результат достигается за счет обеспечения нового цикла работы микросхемы (сброса в начальное состояние) сразу после закрывания силового ключа.
Предлагаемое устройство - схема быстродействующего корректора коэффициента мощности ККМ на контроллере с токовым управлением (например, UC3842) работающий в граничном или иначе критическом режиме с управлением по напряжению.
Заявляемое устройство построенное по топологии повышающего преобразователя содержит накопительный дроссель 1, силовой ключ 2, диод 3, накопительный конденсатор 4, микросхему управления 5 и схему детектора нулевого напряжения 6, имеющую индуктивную связь 7 с накопительным дросселем и включенную между выводом OUT микросхемы и управляющим выводом силового ключа 2, причем устройство включает схему сброса микросхемы 8 включенную между ее выводом OUT и входом установки частоты внутреннего генератора Rt/Ct.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого технического решения.
На фиг. 2 приведена принципиальная электрическая схема варианта осуществления заявляемого технического решения.
Для пояснения работы устройства приведена схема ККМ построенная по топологии повышающего преобразователя на основе микросхемы контроллера UC3842 (фиг. 2).
Схема содержит следующие элементы:
1. R1, R2, R3, C1 - типовая схема делителя обратной связи и корректирующей цепи;
2. R4, C2, VT1, VT2, R5, R12, R13 - эмулятор тока ключа, который определяет время накопления энергии в дросселе;
3. R6, C3, VT3 - обеспечивают строб перезапуска контроллера для начала нового такта (схема сброса);
4. VT4, R14, VD4 - удерживают закрытое состояние ключа до момента окончания передачи энергии дросселя в нагрузку (детектор нулевого напряжения);
5. R10, R11, VD1, VT5 - модифицированный выходной каскад позволяющий задерживать момент отпирания ключа;
6. VD2, VD3, C5 - элементы удвоителя напряжения питания контроллера;
7. R15 - датчик тока;
8. R16, C6, VT7 - детали защиты от перегрузки по току.
Устройство работает следующим образом. В момент закрывания силового ключа (транзистор VT6) транзистор VT3 закрывается и на входе RtCt формируется короткий импульс (строб), который сбрасывает микросхему D1 и она формирует на выводе OUT сигнал на отпирание силового ключа (VT6). Этот сигнал не пропускается на силовой ключ, т.к. его блокирует детектор нуля на транзисторе VT4 до момента пока энергия из дросселя L1 не передастся в нагрузку. Как только энергия в нагрузку передана, транзистор VT4 закрывается и сигналом с вывода OUT микросхемы D1 открывается силовой ключ VT6. Цикл повторяется.
Представленное схемотехническое решение позволяет заменить специальные контроллеры, предназначенные для работы в аналогичном режиме, широко распространенной UC3842 или ее аналогами.
По сравнению со специализированными микросхемами данные контроллеры обладают большей устойчивостью к наведенным помехам и доступностью.
В отличии от прототипа предлагаемая схема обеспечивает отсутствие задержки отпирание основного ключа VT6 и не содержит дополнительных микросхем. Это позволяет получить более высокий коэффициент мощности. В предлагаемом схемотехническом решении новый цикл работы контроллера D1 инициируется сразу после запирания основного ключа формированием короткого цикла на выводе RtCt контроллера D1. Короткий цикл RtCt разрешается кратковременным запиранием транзистора VT3. После завершения короткого цикла устанавливается напряжение на выходе OUT контроллера D1. Таким образом отпирание основного ключа VT6 произойдет сразу после срабатывания датчика пересечения нуля (детектора нулевого напряжения) без дополнительных задержек и искажений.