УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ, ЦИРКУЛИРУЮЩЕЙ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам регулирования мощности, циркулирующей в системе, и может быть использована в стендах для продолжительных испытаний электронных блоков питания с бестрансформаторным подключением к сети, например, при испытании таких блоков на надежность.
Преимущественная область использования предлагаемого технического решения - испытания блоков питания светотехнических устройств, в том числе, электронных балластов люминесцентных ламп, электронных трансформаторов для питания галогенных ламп и электронных стабилизаторов тока для питания светодиодных светильников.
В известных стендах для продолжительных испытания блоков питания светотехнической аппаратуры в качестве нагрузки используются, как правило, светильники или их элементы, для которых и предназначен испытываемый блок питания.
При крупносерийном и массовом производстве, для проведения таких испытаний приходится идти на значительные затраты электроэнергии. Кроме того, требуется большое количество дополнительных светильников в качестве нагрузки блоков при проведении длительных испытаний.
Известны мощные электронные нагрузки постоянного тока, например, нагрузки серии EA-ELR 9000 3,5 KW - 10 KW, выпускаемые фирмой "EA-Electro-Automatic GmbH", с рекуперацией энергии с возвращением ее в сеть питания, выпускаемые для испытания источников питания и преобразователей (конверторов) постоянного тока.
Для построения устройств регулирования мощности, циркулирующей в системе испытываемых приборов с использованием для рекуперации энергии таких нагрузок, необходимо применение согласующих устройств, обеспечивающих гальваническую развязку и преобразующих энергию, поступающую с выхода каждого блока питания, в энергию постоянного тока, что позволяет объединять испытываемые блоки питания относительно небольшой мощности в группы, обеспечивающие оптимизацию мощности рекуперации энергии для известной электронной нагрузки.
Недостатком таких устройств является их высокая стоимость, связанная с высокой стоимостью электронных нагрузок с рекуперацией энергии, преобразующих энергию постоянного тока в переменный и возвращающих эту энергию в сеть питания.
Технической задачей является создание устройства регулирования мощности, циркулирующей в системе испытания электронных блоков питания и обеспечивающей рабочие режимы этих блоков за счет рекуперации энергии с возвращением ее с выходов согласующих устройств в цепи питания испытываемых блоков, без возвращения энергии в сеть питания.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в упрощении конструкции стенда за счет исключении электронных нагрузок с рекуперацией энергии в сеть переменного тока и, тем самым, в многократном снижении стоимости стенда.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство регулирования мощности, циркулирующей в системе испытываемых электронных блоков питания, содержит устройство рекуперации энергии на постоянном токе, для чего введен дополнительный блок питания постоянного тока и дополнительные устройства преобразования энергии на выходе каждого испытываемого блока в энергию постоянного тока, с гальванической развязкой, причем, выходы всех дополнительных устройств преобразования энергии и выход дополнительного блока питания включены параллельно, и к полученной цепи постоянного тока подключены входы питания всех испытываемых блоков, а вход питания дополнительного блока питания подключен к сети.
Такой же технический результат достигается тем, что в устройстве регулирования мощности, циркулирующей в системе испытания электронных блоков питания, испытываемые блоки разделены на 2 части, первая из которых подключена к цепи питания постоянного тока, а вторая - к сети переменного тока, для чего введены переключатели входов питания испытываемых блоков, дополнительный блок питания постоянного тока и дополнительные устройства преобразования выходной энергии испытываемых блоков в энергию постоянного тока, причем, входы устройств преобразования энергии подключены к выходу каждого испытываемого блока, а выходы подключены параллельно выходу дополнительного блока питания, и образуют общую цепь постоянного тока питания первой части испытываемых блоков.
На Фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства, на Фиг.2 - вариант одного канала устройства регулирования мощности, циркулирующей в электронном блоке питания светодиодного светильника.
Предлагаемое устройство, схема которого приведена на Фиг.1, содержит первую часть К испытываемых блоков питания 1-1…1-К, устройства 2-1…2-К преобразования энергии на выходе каждого испытываемого блока 1-1…1-К в энергию постоянного тока, дополнительный блок питания 3, вторую часть испытываемых блоков питания 1-(К+1)…1-(К+m) с устройствами преобразования 2-(К+1)…2-(К+m), причем, выходы всех (К+m) устройств преобразования энергии в энергию постоянного тока включены параллельно, к полученной цепи постоянного тока подключены входы питания первой части испытываемых блоков 1-1…1-К, а к сети питания переменного тока подключена вторая часть испытываемых блоков 1-(К+1)…1-(K+m) и вход питания дополнительного блока питания 3.
Питание на испытываемые блоки подается через переключатели S1…S(k+m) с тремя положениями, соответствующими подключению к цепи питания постоянного тока, отключению питания и подключению к сети питания 220 В 50 Гц.
Работа стенда происходит следующим образом: перед включением все переключатели S1…S(k+m) устанавливают в нейтральное положение. При подаче питания на дополнительный блок питания 3 на его выходе и в цепи постоянного тока устанавливается напряжение питания =U, обеспечивающее рабочие режимы испытываемых блоков.
После подачи питания постоянного тока на любой испытываемый блок питания (например, включив S1, подаем питание на блок 1-1) блок начинает работать и преобразовывать энергию постоянного тока в энергию, требующуюся для питания светильника. Так, например, блок питания светодиодного светильника преобразует ее в стабильный ток, не зависящий от напряжения на выходе блока питания. Устройство преобразования энергии 2-1 преобразует энергию, вырабатываемую испытываемым блоком питания в энергию постоянного тока, и, как только напряжение на выходе устройства 2-1 сравняется с напряжением стабилизации блока 3, появляется выходной ток устройства 2-1, поступающий в цепь питания =U. Дополнительный блок питания 3, следящий за напряжением в сети постоянного тока =U, уменьшит свой выходной ток таким образом, чтобы величина напряжения =U оставалась постоянной. Баланс энергии, поступающей на вход блока 1-1 от устройства преобразования 2-1 и от блока 3, наступает при равенстве энергии потерь в блоке 1-1 и устройстве преобразования 2-1 и энергии, поступающей с дополнительного блока питания 3, при напряжении в цепи питания постоянного тока, поддерживаемом блоком 3 на заданном уровне. Как правило, общие потери не превышают 10-15% энергии, преобразуемой блоком питания 1-1, и можно увеличивать число поочередно подключаемых блоков до тех пор, пока возможности компенсации потерь блоком 3 не будут исчерпаны, так как любой блок питания имеет ограничения по мощности.
Поставленная техническая задача рекуперации энергии с возвращением ее с выходов согласующих устройств в цепи питания испытываемых блоков, без возвращения энергии в сеть питания, описанным вариантом полезной модели решена для К испытываемых блоков, и технический результат достигнут. Но для проведения одновременных испытаний большого числа (К+m) блоков потребуется применение мощных и дорогих дополнительных блоков питания 3.
В рамках единого творческого замысла, техническая задача решена вторым вариантом полезной модели, в которой требования к мощности дополнительного блока питания 3 при увеличении числа одновременно испытываемых блоков не повышаются, с достижением того же технического результата.
Для этого, после того, как компенсируемая дополнительным блоком питания 3 мощность потерь превысит мощность, возвращаемую одним испытываемым блоком, следующий испытываемый блок питания подключают не к общей цепи постоянного тока, а к сети питания (220 В 50 Гц). При этом, преобразованная им энергия будет возвращена в общую цепь постоянного тока и потребление от блока 3 автоматически снизится на величину этой энергии, что позволяет подключить к цепи постоянного тока еще столько же блоков питания для их испытания. На рис.1 переключатели включены таким образом, что испытываемые блоки питания, с 1 по К, подключены к цепи постоянного тока, а блоки с К+1 по К+m подключении к сети переменного тока.
При этом, переключателями S1…S(K+m) можно одновременно менять местами подключение входов питания любой пары блоков, один из которых питается постоянным, а другой - переменным током, что позволяет провести испытания в полном объеме.
Используя этот принцип наращивания мощности, циркулирующей в стенде, можно создать мощные стенды с рекуперацией энергии без использования электронных нагрузок с рекуперацией энергии большой мощности.
На Фиг.2 приведен пример реализации одного канала устройства регулирования мощности, циркулирующей в электронном блоке питания светодиодного светильника.
Блок питания 1 не имеет гальванической развязки от сети питания. Блок содержит фильтр 4, мостовой выпрямитель 5, корректор коэффициента мощности 6 и стабилизатор тока 7.
Токовый выход блока питания 1 подключен к входу согласующего устройства 2 выполненного по схеме электронного трансформатора 8, который содержит верхний 9 и нижний 10 ключи полумоста, генератор 11, управляющий переключением полярности подключения первичной обмотки трансформатора 12 к источнику выходного тока 1вых блока питания 1. Вторичная обмотка трансформатора 12 подключена к выпрямительному устройству 13, например, диодному мосту, выход устройства 13 подключен к цепи постоянного напряжения =U, поддерживаемого на конденсаторе С дополнительным блоком питания 3, содержащим стабилизатор напряжения 14, питающийся от сети питания (220 В 50 Гц) через корректор коэффициента мощности 15. Вход питания блока питания 1 подключен к цепи постоянного напряжения, поддерживаемого на конденсаторе С дополнительным блоком питания 3.
Работа устройства по Фиг.2 для регулирования мощности, циркулирующей в системе питания светодиодного светильника, с рекуперацией энергии на постоянном токе, происходит следующим образом:
При включении питания дополнительный блок питания вырабатывает постоянное стабилизированное напряжение. Это напряжение поступает в цепь постоянного тока, к которой подключен вход питания испытываемого блока питания 1. Постоянный ток проходит через фильтр 4, затем через два из четырех диодов выпрямителя 5 поступает на корректор коэффициента мощности 6, который при питании постоянным немодулированным током работает в режиме стабилизатора напряжения. Постоянное напряжение с выхода корректора 6 поступает на стабилизатор тока 7, формирующий ток iвых, заряжающий С1 до напряжения Uвых. Это напряжение с выхода блока 1 подается на вход устройства преобразования энергии 2, обеспечивающего входной ток iвых при напряжении Uвых. В устройстве преобразования энергии 2 напряжение Uвых поступает на вход электронного трансформатора 8, который преобразует это напряжение в переменное напряжение, приложенное к обмотке трансформатора напряжения 12, что обеспечивается за счет изменения полярности подключения обмотки полумостом (ключи 9 и 10) с высокой частотой, задаваемой генератором 11. Во вторичной обмотке, гальванически развязанной от выхода блока 1 также появится высокочастотное напряжение, величина которого равна произведению половины напряжения конденсатора С1 на отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора 12 к числу витков первичной обмотки. Появится ток диодного моста 13 и энергия, отдаваемая стабилизатором тока 7 испытываемого блока питания 1, будет полностью передаваться через диоды моста 13 в цепь постоянного тока, от которой питается испытываемый блок 1. Потери энергии в испытываемом блоке 1, а также в электронном трансформаторе и выпрямителе, образующим устройство 2, компенсируются стабилизатором 3.
Из таких ячеек формируется стенд для испытания блоков питания для светодиодных светильников, схема которого приведена на Фиг.1.
В результате испытаний рабочего макета стенда, использующего предлагаемую полезную модель, адаптированную для испытания балластов для люминесцентных ламп, при испытаний балластов в режиме максимальной преобразуемой мощности было получено не менее, чем 7 - кратное снижение потребляемой мощности.