Корректop мощности

Рассмотрим работу выпрямителя на емкостную нагрузку без корректора коэффициента мощности (рис.2.3.4).

В результате такого включения в сети переменного тока возникает следующий эффект, который показан на рисунке. В верхней части рисунка приведены форма потребляемого тока от сети и выпрямленное напряжение ниже показана, форма, напряжения на конденсаторе сглаживающего фильтра Как можно видеть ток потребляется в короткие промежутки времени. Это во-первых, приводит к искажению формы сетевого напряжения, а, во-вторых к возникновению электромагнитных помех. Еще один немаловажный факт -повышение потерь мощности во входных цепях устройства. Происходит это из-за того, что импульсный ток превосходит действующий до 20 раз.

Необходимо использовать корректор коэффициента мощности. Также для получения стабильного напряжения в схему корректора можно ввести обратную связь по выходному напряжению. Рассмотрим принцип действия активного корректора со стабилизацией напряжения. Схема такого корректора представлена нарис.2.3.5.

Корректор состоит из дросселя с индуктивностью L1, транзистора VT1,работающего в ключевом режиме, диода VD6 и конденсатора емкостью Сф сглаживающего фильтра. При включении" транзистора VT1 через дроссель начинает протекать ток, который нарастает по линейному закону, в дросселе идет накопление энергии. При выключении транзистора VT1 ток в дросселе начинает спадать но линейному закону, заряжая через диод емкость фильтра.

Если частота переключения транзистора, будет достаточно большой, а корректор коэффициента мощности будет отслеживать форму входного выпрямленного напряженна, ток в дросселе будет получен в виде серии коротких импульсов переменной амплитуды с нарастающими и убывающими фронтами. При этом усредненный ток дросселя будет синусоидальным к почти совпадающим по фазе с выпрямленным напряжением, а огибающая мгновенных значений тока будет по форме повторять выпрямленное

напряжение.

Диаграммы тока в дросселе, транзисторе VT1 и диоде VD6 приведены

на рис.2.3.6.

Включение и выключение транзистора VT1 выполняется системой управления корректором мощности. Основой СУ является управляющая микросхема, которая обычно содержит в себе управляющий каскад, датчик входного напряжения, датчик тока, детектор нулевого тока, а для дополнительной стабилизации датчик напряжения нагрузки, усилитель ошибки, умножитель напряжения.

Входное напряжение отслеживается с помощью датчика входного напряжения. Выпрямленное напряжение диодного моста понижается датчиком входного напряжения до определенной величины, пропорциональной Uвыпр.ср. Это пропорциональное напряжение U_двн =k*U_{выпр.ср.} подается через умножитель напряжения на управляющий каскад, транзистор VT1 открывается и ток в дросселе LI начинает линейно нарастать. При этом датчик тока фиксирует проходящий через него ток, информация о котором тоже подается на управляющий каскад в виде напряжения, пропорционального этому току U_дт =k₁*I. Индуктивность дросселя выбирается так, чтобы нарастание тока в датчике происходило быстрее нарастания входного напряжения U_двн. Когда линейно нарастающее напряжение в датчике тока сравнивается с изменяющимся по синусоидальному закону напряжением датчика выпрямленного напряжения, управляющий каскад закрывает транзистор, и ток падает по линейному закону. Момент падения тока до нуля является сигналом для управляющего каскада на открытие транзистора, и процесс повторяется.

Информация о нулевом токе дросселя может быть взята непосредственно с обмотки дросселя, если подсоединить к нему вторичную обмотку с индуктивностью L2. При этом дроссель будет работать как трансреактор, вторичная информационная обмотка которого будет давать напряжение на вход детектора нулевого тока. Так как при нарастании и спаде тока в дросселе напряжение на дросселе имеет разную полярность, можно зафиксировать момент смены полярности от спада к нарастанию за счет анализа напряжения на обмотке L2. Компаратор сравнит напряжение на L2 с опорным U'_оп и при определенной его величине выдаст сигнал Uднт на

управляющий каскад.

Для получения стабильного выходного напряжения в нагрузке корректора мощности в микросхеме существует дополнительная обратная связь по напряжению. Напряжение с датчика напряжения нагрузки U_днн сравнивается с опорным напряжением U_on, сформированный сигнал ошибки Uош=Uднн - U_оп перемножается в умножителе напряжения с U_двн. При этом формируется сигнал k*U_{выпр.ср} * (U_днн –U_оп), который модулирует длительность импульсов управления транзистором. Обратная связь по выходному напряжению является отрицательной (увеличение выходного напряжения приводит к уменьшению сигнала ошибки). При постоянном напряжение на выходе корректора мощности напряжения ошибки будет постоянным. Если при работе схемы выходное напряжение возрастает, то сигнал ошибки уменьшается, уменьшается амплитуда моделирующего напряжения и амплитуды токов дросселя, уменьшается среднее значение тока дросселя, что ведет к понижению выходного напряжения. Если при работе схемы происходит понижение выходного напряжения, происходят обратные процессы, приводящие к его повышению. Таким образом, осуществляется стабилизация, выходного напряжения.

Конденсатор Сф в схеме корректора мощности выполняет двойную функцию. Во-первых, он является приемником энергии, поступающей непрерывно на этапе импульса. При циклической работе транзистора происходит постоянная подзарядка конденсатора до напряжения Uс >Uвыпр.ср. Величина Uс при этом зависит от величины индуктивности дросселя и частоты переключения транзистора. Во-вторых, конденсатор сглаживает пульсации выходного напряжения корректора мощности, делая это напряжение постоянным и давая в нагрузку практически постоянный ток (рис.2.3.7).

При этом величина пульсаций сглаженного напряжения будет зависеть от величины емкости конденсатора и времени зарядки и разрядки конденсатора. При закрытом транзисторе, когда ток течет через конденсатор, происходит зарядка и напряжение на конденсаторе несколько возрастает, при открытом транзисторе конденсатор разряжается, и напряжение на нем падает. При правильном подборе параметров (при достаточно большой емкости конденсатора) величина пульсаций ∆Uc будет небольшой. Для разрабатываемой схемы она не должна превышать 1,5%.