УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА С АКТИВНЫМ КОРРЕКТОРОМ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к устройствам импульсной преобразовательной техники, в частности к устройствам стабилизации тока и регулировки коэффициента мощности в преобразователях.
Известен корректор коэффициента мощности из патента RU 2571952 С1 (опубл. 27.12.2015). Корректор коэффициента мощности содержит входной выпрямитель, транзистор с системой управления, соединенные с транзистором катушка индуктивности, конденсатор и диод.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является техническое решение, описанное в тексте патента RU 2479955 С2 (опубл. 20.04.2013), содержащее импульсный источник питания для обеспечения коррекции коэффициента мощности и подачи выходного напряжения на один источник света при помощи управления единственным ключом, регулятор света переменного тока для изменения входного напряжения.
Однако данное решение предназначено для работы со светоизлучающими диодами и имеет другое схемотехническое решение.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в несоблюдении норм Технического Регламента Таможенного Союза по электромагнитной совместимости.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции устройства без потери качества.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство стабилизации тока с активным корректором коэффициента мощности, содержит управляемый электронный ключ, схему управления, мостовой выпрямитель, первый диод, первую катушку индуктивности, первый конденсатор, второй диод, третий диод, вторую катушка индуктивности и второй конденсатор, при этом мостовой выпрямитель соединен с соединенными первым диодом, первой катушкой индуктивности и первым конденсатором и через первую катушку индуктивности с управляемым электронным ключом со схемой управления, которые соединены с соединенными вторым диодом, третьим диодом, второй катушкой индуктивности и вторым конденсатором.
В качестве управляемого электронного ключа может быть использован полевой транзистор, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором или тиристор.
Благодаря объединению в единую схему стабилизатора тока и корректора коэффициента мощности с общими элементами управления на основе управляемого электронного ключа со схемой управления, сокращается количество элементов, что обеспечивает конструктивное упрощение схемы.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг. 1-3, на которых изображены:
Фиг. 1 - первый пример реализации устройства;
Фиг. 2 - второй пример реализации устройства;
Фиг. 3 - эпюры работы устройства.
На фиг. 1-2 позициями 1-11 обозначены:
1 - управляемый электронный ключ;
2 - схема управления;
3 - мостовой выпрямитель;
4 - первый диод;
5 - первая катушка индуктивности
6 - первый конденсатор;
7 - второй диод;
8 - третий диод;
9 - вторая катушка индуктивности;
10 - второй конденсатор;
11 - нагрузка.
Устройство стабилизации тока с активным корректором коэффициента мощности содержит управляемый электронный ключ 1, схему управления 2, мостовой выпрямитель 3, первый диод 4, первую катушку индуктивности 5, первый конденсатор 6, второй диод 7, третий диод 8, вторую катушка индуктивности 9, второй конденсатор 10 для соединения с нагрузкой 11.
В качестве управляемого электронного ключа 1 может быть использован полевой транзистор, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором или тиристор.
Мостовой выпрямитель 3 соединен с соединенными первым диодом 4, первой катушкой индуктивности 5 и первым конденсатором 6 и через первую катушку индуктивности 5 с управляемым электронным ключом 1 со схемой управления 2. Последние соединены с соединенными вторым диодом 7, третьим диодом 8, второй катушкой индуктивности 9 и вторым конденсатором 10, с которым соединена нагрузка 11.
Соединенные мостовой выпрямитель 3 с соединенными первым диодом 4, первой катушкой индуктивности 5 и первым конденсатором 6 представляют собой узел активного корректора коэффициента мощности (АККМ). Соединенные второй диод 7, третий диод 8, вторая катушка индуктивности 9 и второй конденсатор 10, к которому параллельно подключается нагрузка 11, представляют собой стабилизатор тока (СТ). Соединенные АККМ и СТ имеют один силовой ключ в виде управляемого электронного ключа 1 и одну схему управления 2, которые являются общими как для АККМ так и СТ.
Устройство работает следующим образом.
Стабилизатор тока работает следующим образом.
При замыкании управляемого электронного ключа 1 происходит линейное возрастание тока через вторую катушку индуктивности 9 по контуру первого конденсатора 6, управляемого электронного ключа 1, второго конденсатора 10, нагрузки 11, второй катушки индуктивности 9, первого конденсатора 6. При достижении током мгновенного значения равного двойному значению стабилизируемого тока нагрузки, происходит размыкание управляемого электронного ключа 1. Ток через вторую катушку индуктивности 9 начинает линейно убывать по контуру второй катушки индуктивности 9, третьего диода 8, второго конденсатора 10, нагрузки 11, второй катушки индуктивности 9. При уменьшении мгновенного значения тока до нуля, управляемый электронный ключ 1 снова замыкается и период повторяется. Таким образом, среднее значение тока нагрузки имеет постоянное значение. Второй конденсатор 10 является сглаживающим емкостным фильтром тока нагрузки. Длительность импульсов управляющего напряжения управляемого электронного ключа 1 зависит от уровня напряжения на первом конденсаторе 6. Чем меньше напряжение на первом конденсаторе 6, тем длиннее импульсы и наоборот. Пауза между импульсами имеет постоянную длительность.
АККМ работает следующим образом.
При замыкании управляемого электронного ключа 1 также происходит линейное возрастание тока через первую катушку индуктивности 5 по контуру мостового выпрямителя 3, первой катушки индуктивности 5, управляемого электронного ключа 1, мостового выпрямителя 3. При размыкании управляемого электронного ключа 1 происходит линейное убывание тока через первую катушку индуктивности 5 по контуру первой катушки индуктивности 5, первого конденсатора 6, первого диода 4, первой катушки индуктивности 5.
АККМ построен на основании соотношения напряжения и тока в индуктивном элементе, а именно, что скорость изменения тока через катушку индуктивности пропорциональна напряжению, приложенному к ней. Таким образом, получается, что если длительность и период импульсов напряжения приложенного к катушке индуктивности постоянны, а ток через катушку индуктивности к моменту начала импульса равен нулю, то среднее значение тока через катушку индуктивности за период импульса будет пропорционально амплитудному значению импульса напряжения на катушки индуктивности. Период импульса напряжения приложенного к катушке индуктивности состоит из двух временных интервалов: интервала импульса, когда индуктивный элемент накапливает энергию и интервала паузы, когда индуктивный элемент отдает энергию.
В данной схеме при замыкании управляемого электронного ключа 1 сетевое питающее напряжение оказывается приложенным к первой катушке индуктивности 5, а ток, протекающий через первую катушку индуктивности 5 в интервале импульса, является током, потребляемым из сети питания. Таким образом, получается, что если управляемый электронный ключ 1 управляется высокочастотными импульсами напряжения равной длины и постоянного периода (не более 500 мкс), то среднее значение тока потребляемого из сети за период импульса будет пропорционально мгновенному значению сетевого напряжения.
Равные по длительности импульсы и постоянный период напряжения управления управляемого электронного ключа 1 обеспечиваются, если напряжение на первом конденсаторе 6 является постоянным в установившемся режиме при определенном действующем значении сетевого напряжения.
В интервале паузы ток, проходящий через первую катушку индуктивности 5, заряжает первый конденсатор 6. Если его емкость достаточно большая, то напряжение на нем в течение всего периода сетевого напряжения будет достаточно постоянным.
Для соблюдения условия нулевого тока через первую катушку индуктивности 5 к моменту начала периода необходимо, чтобы ток через первую катушку индуктивности 5 заканчивался раньше момента прекращения тока через вторую катушку индуктивности 9.
Обратная связь между АККМ и СТ регулирует потребление нужного количества энергии из сети питания за счет изменения длительности импульсов напряжения управляющих управляемым электронным ключом 1. Если сетевое напряжение уменьшается по своему действующему значению, то это приводит к уменьшению напряжения на первом конденсаторе 6 и, соответственно, к увеличению длительности импульсов и к увеличению потребления сетевого тока. Если сетевое напряжение увеличивается по своему действующему значению, то это приводит соответственно к увеличению напряжения на первом конденсаторе 6, к уменьшению длительности импульсов и к уменьшению потребления сетевого тока.
Соответственно в заявляемом устройстве ток, потребляемый из сети питания, будет пропорционален сетевому напряжению и будет иметь синусоидальную форму.
Управление и размыкание/замыкание управляемого электронного ключа 1 осуществляется схемой управления 2.
Без второго диода 7 в интервале паузы в некоторых режимах функционирования устройства может происходить неконтролируемая зарядка первого конденсатора 6 сетевым напряжением через первую катушку индуктивности 5 и через третий диод 8, что может привести к некорректной работе устройства.
3
BX AVG
BX peak
5
4
6
1
9
11
10
На фиг. 3 I показывает изменение тока мостового выпрямителя 3, I - изменение среднего значения потребляемого сетевого тока, I - огибающая линия максимальных значений тока мостового выпрямителя 3, I - изменение тока в первой катушке индуктивности 5, I - изменение тока в первом диоде 4, U - изменение напряжения на первом конденсаторе 6, U - изменение напряжения управления затвора полевого транзистора 1, I - изменение тока во второй катушке индуктивности 9, I - изменение тока нагрузки, U - изменение тока во втором конденсаторе 10.
Приведенные примеры полезной модели являются частными случаями и не исчерпывают всех возможных реализаций полезной модели.
Специалисту в данной области техники понятно, что добавление новых элементов схемы без изменения концепции не изменяет предложенное устройство, а лишь расширяет его функциональные возможности.