ES2247368T3 - Circuito de correccion del factor de potencia con una bobina. - Google Patents
Circuito de correccion del factor de potencia con una bobina.Info
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Abstract
Una fuente de alimentación de corriente en modo conmutado que tiene un elemento rectificador (BR), un condensador (C20) de almacenamiento de energía en zona de aguas abajo, un transformador (TR), cuyo devanado primario (W1) está acoplado al condensador (C20) de almacenamiento de energía, y que está conectado en serie con un transistor de conmutación (T60), y que tiene un circuito de corrección del factor de potencia, (L15, L19, C19), el cual forma un recorrido de la corriente (I2) entre el elemento rectificador (BR) y una conexión (A) del devanado primario (W1), y el cual tiene una primera bobina (L15) para amortiguar los picos de voltaje, así como también una segunda bobina (L19) para la corrección del factor de potencia, caracterizada porque las dos bobinas (L15, L19) tienen un núcleo común (CR) y los devanados (W15, W19) de las dos bobinas están dispuestos sobre un conformador de bobina común (SK), el conformador de bobinas (SK) comprende cámaras (K1 K4), y los devanados (W15, W19) de las dos bobinas (L15,L19) están dispuestos en cámaras distintas, los devanados (W15, W19) tienen sentidos de arrollamiento opuestos, de forma que sus magnetizaciones se anulan parcialmente entre sí en el núcleo (CR), y una cámara vacía (K2) que está situada entre los dos devanados (W15, W19).
Description
Circuito de corrección del factor de potencia con
una bobina.
La invención está basada en una fuente de
alimentación en modo conmutado con un circuito denominado como
circuito de corrección del factor de potencia, el cual se utiliza
con el fin de reducir la carga de armónicos en la red general de
líneas desde la fuente de alimentación en modo conmutado. Está
relacionada en particular con un circuito de corrección del factor
de potencia, el cual tiene una bomba de corriente con una
inductancia en un segundo recorrido de la corriente.
Las fuentes de alimentación en modo conmutado
generan una carga de alto nivel de impulsos red de líneas, lo cual
conduce a corrientes de armónicos en la red de líneas. Esta carga
tiene lugar en particular en la zona de los máximos de voltajes de
la tensión de red sinusoidal, en la cual se recarga un condensador
de almacenamiento de energía en la fuente de alimentación en modo
conmutado. La carga de armónicos en la red de líneas pueden ser
identificada mediante un valor denominado como el valor del factor
de potencia, cuyo valor es inferior o igual a la unidad, y que
puede ser determinado por los medios de señales de medida
apropiadas. Las normativas para el límite inferior del factor de
potencia han sido ya introducidas en varios países.
Es conocida una fuente de alimentación en modo
conmutado que genera una carga de armónicos reducida en la red de
líneas, a modo de ejemplo, a partir del documento
EP-A-0700145. Además de un primer
recorrido de corriente, a través del cual se carga un condensador
de almacenamiento de energía en la fuente de alimentación en modo
conmutado, contiene un segundo recorrido de la corriente que tiene
una inductancia y que genera una conexión entre un condensador de
filtro en zonas de aguas abajo del rectificador de red, y una toma
en el devanado primario del transformador. La inductancia en este
caso actúa como un almacenamiento de energía, que se carga en la
fase en que se conmuta a conducción el transistor de conmutación, y
el cual emite esta energía al condensador de almacenamiento de
energía en la fase en la que se desactiva el transistor de
conmutación.
Se expone un desarrollo adicional de esta fuente
de alimentación en modo conmutado mediante un circuito de corrección
del factor de potencia en el documento US-5986898.
Este contiene un condensador en el segundo recorrido de la
corriente, cuyo condensador limita la corriente y asegurando de esta
forma el núcleo de la inductancia del recorrido de la corriente, así
como también el núcleo del devanado primario o bien sobre el
transformador para que no se sature. Además de la inductancia del
factor de potencia, que tiene un núcleo de ferrita, este circuito
de corrección del factor de potencia contiene, en particular, la
inductancia en serie con un núcleo de hierro, el cual actúa como un
elemento de amortiguación, con el fin de suprimir los impulsos de
corriente generados en la inductancia del factor de potencia en la
dirección de la conexión de la red general.
El documento
EP-A-0171690 expone un circuito de
deflexión de líneas para un televisor, en el cual se utilizan varias
disposiciones de la bobina. Una bobina denominada como puente y una
bobina de excitación Este-Oeste para el circuito de
deflexión se combinan en este caso en una configuración de la
bobina, en la que varios devanados están dispuestos simétricamente a
lo largo entre sí, sobre un núcleo de espiga magnética. Una de las
bobinas, la bobina puente, está en este caso subdividida en dos
devanados exteriores, y el devanado central corresponde a la bobina
de excitación Este-Oeste. Los dos devanados de la
bobina puente están en este caso dispuestos con una polaridad
magnéticamente opuesta, y el devanado central opera en una banda de
frecuencias distinta. Las dos bobinas en el circuito de deflexión
están conectadas en paralelo, y se utilizan para dos funciones
eléctricas
diferentes.
diferentes.
El objeto de la presente invención es especificar
una fuente de alimentación en modo conmutado del tipo mencionado
inicialmente, la cual tiene fiabilidad aunque sus costos están
reducidos al mismo tiempo.
Este objeto se consigue mediante las
características de la reivindicación 1. Los desarrollos ventajosos
de la invención están especificados en las reivindicaciones
dependientes. Adicionalmente se especifican un circuito de
corrección del factor de potencia y una bobina para una fuente de
alimentación en modo conmutado, así como también las
reivindicaciones dependientes relativas al mismo.
La fuente de alimentación en modo conmutado de
acuerdo con la invención tiene un circuito de corrección del factor
de potencia que opera sobre el principio de una bomba de corriente
y que tiene una primera bobina para amortiguar los picos de los
impulsos de voltaje, así como también una segunda bobina para la
corrección del factor de potencia. Las dos bobinas están en este
caso conectadas en serie y están dispuestas sobre un núcleo común,
y los devanados de estas bobinas están dispuestos sobre un
conformador de bobina común.
Aunque la disposición de las dos inductancias en
una bobina realiza el efecto de amortiguamiento de la inductancia de
la primera bobina en forma más deficiente que el efecto de una
bobina independiente con un núcleo de hierro, puesto que existe una
interacción a través del núcleo común entre las dos inductancias, se
ha encontrado no obstante que la bobina con las inductancias
combinadas tiene un efecto de amortiguación completamente suficiente
para la fuente de alimentación en modo conmutado.
En una realización preferida a modo de ejemplo,
se utiliza un núcleo de ferrita E/E como el núcleo de un
conformador de bobina con cámaras que se utilizan como conformador
de la bobina, con los devanados de las dos inductancias dispuestos
en cámaras diferentes. Se encuentra dispuesta una cámara vacía en
el conformador de la bobina entre las dos inductancias, y situada
en la zona de un entrehierro de aire en el núcleo, de forma que la
inductancia esté localizada por encima de una semicolumna del núcleo
interno, y la otra inductancia localizada por encima de la otra
semicolumna del núcleo interno. El entrehierro de aire en el núcleo
está dispuesto en particular con respecto a las columnas del núcleo
interno de forma tal que las dos inductancias del núcleo estén al
menos desacopladas en particular por el entrehierro de aire,
mejorando así la respuesta de la amortiguación de la primera
bobina.
Las dos inductancias que están dispuestas sobre
el conformador de la bobina tienen ventajosamente unos sentidos de
devanado opuestos, de forma que sus magnetizaciones se anulan entre
sí parcialmente en el núcleo. Puesto que las inductancias están
conectadas en serie y están cargadas así a la misma frecuencia y
parcialmente por las mismas corrientes, el núcleo está cargado con
un menor nivel, y por tanto no se satura, incluso con corrientes
relativamente altas. Es posible por tanto utilizar el mismo núcleo
de ferrita que se utilizó previamente para la bobina de corrección
del factor de potencia, de forma que la combinación de las dos
bobinas ocupe de esta forma solo el mismo espacio que una bobina
única. Esto consigue así no solo más espacio en la placa, sino que
también ahorra una bobina con hierro relativamente pesada.
La invención se explicará con más detalle en el
siguiente texto utilizando a modo de ejemplo una realización de
ejemplo que se ilustrará esquemáticamente en las figuras, en las
cuales:
La figura 1 muestra un diagrama de circuito
simplificado de una fuente de alimentación en modo conmutado con un
circuito de corrección del factor de potencia, y
La figura 2 muestra una bobina con una primera
inductancia para amortiguar los picos de los impulsos de voltaje, y
con una segunda inductancia para la corrección del factor de
potencia.
La figura 1 muestra en forma simplificada una
fuente de alimentación en modo conmutado con un transformador T, el
cual tiene un devanado primario W1 y los devanados secundarios W2,
W3 y W4, así como también un transistor de conmutación T60, el cual
está conectado en serie con el devanado primario W1. La base del
transistor de conmutación T60 está excitada de la forma conocida
mediante un circuito excitador (no mostrado), de forma que durante
la operación se transmita la energía desde el devanado primario W1
a los devanados W3 y W4 que están situados en el lado del
secundario, así como también al devanado W2, el cual está dispuesto
en el lado del primario y se utiliza en particular para suministrar
el circuito excitador. Adicionalmente, una red SN denominada como
amortiguador se encuentra dispuesta de la forma conocida en paralelo
con el devanado primario W1. Las fuentes de alimentación en modo
conmutado tales como las utilizadas, por ejemplo, en los
televisores y para este rango de potencia, tienen generalmente la
forma de los convertidores de exploración del haz.
En el lado de la entrada, con respecto a una
conexión UN de la red de líneas, la fuente de alimentación en modo
conmutado tiene un rectificador BR, en esta realización a modo de
ejemplo un rectificador con cuatro diodos, en cuya salida se
encuentra conectado un condensador de filtro C10 a tierra. Este
condensador C10 tiene una capacitancia pequeña y se utiliza
esencialmente para filtrar las frecuencias de interferencias, de
forma que una señal de 100 Hz, que esencialmente no tiene
interferencia y se genera por el elemento rectificador BR, se genere
a través de este condensador C10 durante la operación normal de la
fuente de alimentación en modo conmutado.
El condensador C10 está conectado a una
resistencia R10, a la cual se acopla el primer recorrido I1 de la
corriente, a través del cual se carga el condensador de
almacenamiento de energía C20 a través del diodo D16. Este
condensador está conectado en paralelo con el circuito serie formado
desde el devanado primario W1 y el transistor de conmutación T60.
El diodo D16 se requiere en particular para proporcionar un voltaje
adecuado a través del condensador C20 para el arranque de la fuente
de alimentación en modo conmutado.
Adicionalmente, la resistencia R10 está acoplada
a un segundo recorrido I2 de la corriente, que operando sobre el
principio de una bomba de corriente, proporciona la corrección del
factor de potencia para la fuente de alimentación en modo conmutado,
y que está conectada en el lado de la salida hasta una toma A en el
devanado primario W1. La toma A en esta realización a modo de
ejemplo subdivide el devanado primario W1 en dos partes, de forma
tal que un tercio de las espiras están situadas entre la conexión 1
del devanado W1 y la toma A, y dos tercios de las espiras están
situadas entre la toma A y la conexión 2 del devanado primario W1.
No obstante, esta relación de espiras puede ser configurada también
en forma diferente según lo apropiado para otros requisitos de la
fuente de alimentación en modo conmutado, y por ejemplo es posible
no tener necesidad de la toma A en la conexión 2.
Con más detalle el recorrido I2 de la corriente
en esta realización a modo de ejemplo tiene una primera bobina L15
con una inductancia de 3 mH, que se utiliza para amortiguar los
picos de los impulsos de voltaje, así como también una segunda
bobina L19 con una inductancia de 1 mH, la cual está conectada a
través de un condensador C19 a la toma A, y a través de un diodo D18
al condensador C20 de almacenamiento de energía. La bobina L19 está
conectada por tanto al transistor de conmutación T60, de forma que
la corriente sea absorbida en cada caso a través de la bobina L19
cuando el transistor de conmutación T60 esté activado en
conducción. El circuito en este caso está diseñado de forma que,
durante la operación normal, el condensador de almacenamiento de
energía C20 se cargue esencialmente por los medios de la bomba de
corriente solo a través del devanado primario W1 y el diodo D18,
pero no a través del diodo D16. Durante la operación, la frecuencia
de 100 Hz a través del condensador de filtro C10 no se altera
esencialmente, puesto que el segundo trayecto de la corriente I2
junto con la bomba de corriente absorben una corriente continua de
la misma.
El condensador C19 puede ser añadido al mismo, o
bien ser reeemplazado por un diodo que hace posible evitar la
pluralidad de la bobina L19 que pueda estar invertida. En este
caso, el condensador C19 se utiliza para los fines de la
limitación de la corriente, lo cual impide que una corriente
excesivamente alta pueda saturar el núcleo del transformador TR o
una de las inductancias L15, L19 en el circuito de corrección del
factor de potencia.
La toma B, que está conectada a través de un
condensador C18 al condensador C20 de almacenamiento de energía,
está dispuesta entre las dos bobinas L15 y L19, puesto que el
condensador C20 tiene una componente alta de voltaje de CC, en donde
la bobina L15 y el condensador C16 actúan como un elemento LC para
la bobina L19. Los impulsos de corriente de la bobina L19, que
corresponden a la frecuencia de conmutación del transistor de
conmutación T60, se encuentran amortiguados de esta forma,
reduciendo así la carga de armónicos en la red de líneas.
Adicionalmente, las capacitancias C11, C12 están conectadas también
en paralelo con los diodos del elemento rectificador BR, y que se
utilizan para amortiguar los picos de conmutación de estos diodos;
la capacitancia C15 está conectada igualmente en paralelo con el
diodo D16, y la capacitancia C17 está conectada en paralelo con el
diodo D18.
Las dos bobinas L15 y L16 tienen un núcleo común
CR, y están dispuestas sobre un único conformador de bobinas SK
según lo mostrado en la figura 2. En esta realización a modo de
ejemplo, el núcleo CR es un núcleo E/E con dos mitades idénticas del
núcleo, por encima de cuya columna del núcleo interno se encuentra
dispuesto el conformador de la bobina SK. El conformador de bobina
SK es cilíndrico y tiene las cámaras K1 a K4, en las cuales se
encuentran dispuestos los devanados de las bobinas.
En esta realización a modo de ejemplo, el
devanado W15 de la bobina L15 están dispuestos en la cámara más
superior K1, y el devanado W19 de la bobina L19 está dispuesto en
las cámaras más inferiores K3 y K4. En consecuencia, el devanado
W15 está dispuesto por encima de la mitad superior de la columna del
núcleo interna, y el devanado W19 está situado por encima de la
mitad inferior de la columna del núcleo interna. Están físicamente
separados entre sí por una cámara vacía K2. El núcleo CR tiene un
entrehierro de aire AG entre las dos mitades de las columnaes del
núcleo de la columna del núcleo interna, y la cámara vacía K2 está
situada en particular en la zona de este entrehierro, reduciendo así
las pérdidas en la bobina LP y al menos desacoplando magnéticamente
en forma parcial las dos bobinas.
Adicionalmente, los devanados de las dos bobinas
L15 y L19 tienen un sentido de devanado opuestos, de forma que sus
magnetizaciones se anulan parcialmente entre sí en el núcleo, puesto
que las dos bobinas operan a la misma frecuencia, porque están
conectadas en serie. El núcleo CR puede ser cargado así por
corrientes más altas mientras que sus dimensiones permanezcan siendo
las mismas, de forma que en primer lugar es posible utilizar el
mismo tipo de núcleo para la bobina SP tal como se requirió
previamente para la bobina individual L19, y además el entrehierro
de aire entre las mitades de la columna del núcleo interno pueden
quedar reducidas en su dimensión, debido al sentido de los devanados
que es opuesto, de forma que se reducen el campo disperso y las
pérdidas de la bobina SP en comparación con las configuraciones
independientes. Adicionalmente, la bobina SP tiene cuatro
conexiones AS, por medio de las cuales puede montarse sobre una
placa de circuito impreso apropiada, la cual no se muestra.
La respuesta de amortiguamiento del circuito de
corrección del factor de potencia es algo peor por la combinación de
estas dos bobinas, pero esto permite que se reduzcan los costos de
la fuente de alimentación en modo conmutado en forma considerable, y
además puede construirse en forma más compacta. No obstante, los
requisitos para el factor de potencia no se violan en forma
significativa, y no existiendo necesidad de ninguna medida de
amortiguación adicional para la fuente de alimentación en modo
conmutado.
Claims (7)
1. Una fuente de alimentación de corriente en
modo conmutado que tiene un elemento rectificador (BR), un
condensador (C20) de almacenamiento de energía en zona de aguas
abajo, un transformador (TR), cuyo devanado primario (W1) está
acoplado al condensador (C20) de almacenamiento de energía, y que
está conectado en serie con un transistor de conmutación (T60), y
que tiene un circuito de corrección del factor de potencia, (L15,
L19, C19), el cual forma un recorrido de la corriente (I2) entre el
elemento rectificador (BR) y una conexión (A) del devanado primario
(W1), y el cual tiene una primera bobina (L15) para amortiguar los
picos de voltaje, así como también una segunda bobina (L19) para la
corrección del factor de potencia, caracterizada porque:
las dos bobinas (L15, L19) tienen un núcleo común
(CR) y los devanados (W15, W19) de las dos bobinas están dispuestos
sobre un conformador de bobina común (SK),
el conformador de bobinas (SK) comprende cámaras
(K1-K4), y los devanados (W15, W19) de las dos
bobinas (L15, L19) están dispuestos en cámaras distintas,
los devanados (W15, W19) tienen sentidos de
arrollamiento opuestos, de forma que sus magnetizaciones se anulan
parcialmente entre sí en el núcleo (CR), y
una cámara vacía (K2) que está situada entre los
dos devanados (W15, W19).
2. Una fuente de alimentación en modo conmutado
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el
núcleo (CR) es un núcleo de ferrita E/E, y el conformador de bobina
(SP) está situado por encima de la columna del núcleo interna.
3. Una fuente de alimentación en modo conmutado
de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el
núcleo (CR) de ferrita E/E de la columna del núcleo interna tiene
un entrehierro de aire, y porque la cámara vacía (K2) está situada
en la zona de este entrehierro de aire.
4. Una fuente de alimentación en modo conmutado
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque las dos bobinas (L15, L19) están
conectadas en serie y tienen una toma (B), que está situada entre
las mismas, y que está conectada a través de un condensador (C18)
al condensador (C20) de almacenamiento de energía.
5. Una bobina para una fuente de alimentación en
modo conmutado que tiene un circuito de corrección del factor de
potencia, caracterizada porque:
la bobina (SP) tiene un conformador de bobina
(SK) sobre el cual está arrollado el devanado (W15) de una primera
bobina (L15) para amortiguar los picos de voltaje, y sobre el cual
está arrollado un devanado (L19) de una segunda bobina (L19), el
cual está conectado en serie con el primer devanado (W15), para la
corrección del factor de potencia,
las dos bobinas (L15, L19) tienen un núcleo común
(CR) y el conformador de bobina (SK) comprende cámaras
(K1-K4), estando dispuestos los devanados (W15, W19)
de las dos bobinas (L18, L19) en cámaras diferentes, y
una cámara vacía (K2) situada entre los dos
devanados (W15, W19).
6. Una bobina de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizada porque la bobina (SP) tiene un núcleo de
ferrita E/E, por encima de cuya columna interna del núcleo se
encuentra dispuesto el conformador de bobina (SK), y porque las dos
bobinas (L15, L19) están devanadas en cada caso sobre una mitad de
la columna interna del núcleo, de forma tal que están separadas
físicamente.
7. Una bobina de acuerdo con la reivindicación 5
ó 6, caracterizada porque los devanados (W15, W19) de las
dos bobinas (L15, L16) tienen sentidos opuestos de
arrollamientos.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10135599A DE10135599A1 (de) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Schaltnetzteil mit Powerfaktorkorrektur, sowie Spule für eine diesbezügliche Korrekturschaltung |
| DE10135599 | 2001-07-20 |
Publications (1)
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