PL224303B1 - Układ kompensacji współczynnika mocy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ kompensacji współczynnika mocy przeznaczony, w szczególności do zasilania urządzeń pobierających prąd o natężeniu rzędu dziesiątek amperów i wymagających przy tym minimalizacji współczynnika tętnień napięcia zasilania.

W znanym z dokumentacji Semiconductor Components Industries: „MC33260 GreenLineE Compact Power Factor Controller: Innovative Circuit for Cost Effective Solutions”, Rev. 6, grudzień 2003, rys. 24, układzie kompensacji współczynnika mocy, którego wejście zasilające pierwsze układu połączone jest z pierwszą końcówką wejścia mostka Gretza, a wejście zasilające drugie układu połączone jest z drugą końcówką wejścia mostka Gretza. Wyjście dodatnie mostka Gretza, połączone jest z elektrodą pierwszą kondensatora pierwszego oraz z końcówką pierwszą uzwojenia cewki, której końcówka druga połączona jest z anodą diody oraz drenem tranzystora. Wyjście ujemne mostka Gretza połączone jest z elektrodą drugą kondensatora pierwszego, końcówką pierwszą rezystora oraz wejściem pierwszym scalonego układu sterownika kompensacji współczynnika mocy, którego wejście drugie połączone jest z końcówką drugą rezystora, źródłem tranzystora, elektrodą ujemną kondensatora drugiego oraz wejściem ujemnym konwertera z dołączonym obciążeniem. Wyjście dwustanowe scalonego układu sterownika kompensacji współczynnika mocy połączone jest z bramką tranzystora. Katoda diody połączona jest z elektrodą dodatnią kondensatora drugiego oraz z wyjściem dodatnim konwertera z dołączonym obciążeniem.

Istota układu kompensacji współczynnika mocy według wynalazku polega na tym, że wyjście dodatnie mostka Gretza połączone jest z wejściem analogowym pierwszym układu sterownika mikroprocesorowego i z końcówkami pierwszymi uzwojeń pierwotnych i wtórnych transformatorów: pierwszego i drugiego. Anoda diody pierwszej połączona jest z końcówką drugą uzwojenia wtórnego transformatora pierwszego, którego końcówka druga uzwojenia pierwotnego połączona jest z anodą diody drugiej. Anoda diody trzeciej połączona jest z końcówką drugą uzwojenia pierwotnego transformatora drugiego, którego końcówka druga uzwojenia wtórnego połączona jest z anodą diody czwartej. Anoda diody piątej połączona jest z katodami diod: pierwszej i drugiej. Anoda diody szóstej połączona jest z katodami diod: trzeciej i czwartej oraz z drenem tranzystora drugiego, którego bramka połączona jest z wyjściem dwustanowym drugim układu sterownika mikroprocesorowego. Elektroda dodatnia kondensatora drugiego połączona jest z katodą diody szóstej. Korzystnie jest, gdy wejście zasilające pierwsze mostka Gretza połączone jest z pierwszą elektrodą kondensatora pierwszego, a wejście zasilające drugie mostka Gretza połączone jest z drugą elektrodą kondensatora pierwszego.

Wydajność prądowa układu kompensacji współczynnika mocy według wynalazku jest, co najmniej dwukrotnie większa niż wydajność prądowa znanych układów, dzięki równoczesnemu magazynowaniu energii w rdzeniu jednego transformatora oraz jej oddawaniu przez rdzeń drugiego transformatora. Zastosowanie dwóch transformatorów zmniejsza znacznie zniekształcenia wysokiej częstotliwości wprowadzane do napięcia zasilającego, zmniejsza współczynnik tętnień wyprostowanego napięcia oraz umożliwia jego podwyższenie na wyjściu. Układ według wynalazku pozwala na precyzyjną korektę współczynnika mocy. Ponadto układ dopasowuje warunki kluczowania tranzystorów do aktualnego obciążenia jego wyjścia, w tym również istnieje możliwość zupełnego wyłączenia tranzystorów dla małych obciążeń, co z kolei eliminuje zakłócenia wysokiej częstotliwości.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy układu kompensacji współczynnika mocy.

Wejście zasilające pierwsze We1 układu według wynalazku połączone jest z pierwszą elektrodą kondensatora pierwszego C1 i z pierwszą końcówką wejścia mostka Gretza G. Wejście zasilające drugie We2 połączone jest z drugą elektrodą kondensatora pierwszego C1 i z drugą końcówką wejścia mostka Gretza G, którego wyjście dodatnie połączone jest z wejściem analogowym pierwszym układu sterownika mikroprocesorowego St i z końcówkami pierwszymi uzwojeń pierwotnych i wtórnych transformatorów: pierwszego Tr1 i drugiego Tr2. Anoda diody pierwszej D1 połączona jest z końcówką drugą uzwojenia wtórnego transformatora pierwszego Tr1, którego końcówka druga uzwojenia pierwotnego połączona jest z anodą diody drugiej D2. Anoda diody trzeciej D3 połączona jest z końcówką drugą uzwojenia pierwotnego transformatora drugiego Tr2, którego końcówka druga uzwojenia wtórnego połączona jest z anodą diody czwartej D4. Anoda diody piątej D5 połączona jest z katodami diod: pierwszej D1 i drugiej D2 oraz z drenem tranzystora pierwszego T1, którego bramka połączona jest z wyjściem dwustanowym pierwszym układu sterownika mikroprocesorowego St. Anoda diody szóstej D6 połączona jest z katodami diod: trzeciej D3 i czwartej D4 oraz z drenem tranzystoPL 224 303 B1 ra drugiego T2, którego bramka połączona jest z wyjściem dwustanowym drugim układu sterownika mikroprocesorowego St. Wyjście ujemne mostka Gretza G, źródła tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2, wejście ujemne zasilania układu sterownika mikroprocesorowego St, elektroda ujemna kondensatora drugiego C2 i wyjście ujemne Wy- układu według wynalazku połączone są z poziomem odniesienia. Elektroda dodatnia kondensatora drugiego C2 połączona jest z katodami diod: piątej D5 i szóstej D6, z wejściami: zasilającym dodatnim oraz analogowym drugim układu sterownika mikroprocesorowego St oraz z wyjściem dodatnim Wy+ układu według wynalazku.

Przemienne napięcie podawane na wejścia: pierwsze We1 i drugie We2 układu według wynalazku zasila wejścia mostka Getza G, z którego wyjść wyprostowane pulsujące napięcie: ujemne podawane jest na poziom odniesienia, a wyprostowane pulsujące napięcie: dodatnie zasila końcówki pierwsze uzwojeń pierwotnych i wtórnych transformatorów: pierwszego Tr1 oraz drugiego Tr2.

W trybie pierwszym pracy układu według wynalazku pulsujący prąd stały z końcówek drugich uzwojeń pierwotnych i wtórnych transformatorów: pierwszego Tr1 oraz drugiego Tr2 przepływa równocześnie przez diody: pierwszą D1, drugą D2, trzecią D3 i czwartą D4, a następnie równocześnie przez diody piątą D5 i szóstą D6 do: elektrody dodatniej kondensatora drugiego C2, z którego elektrody ujemnej przepływa do poziomu odniesienia. Kondensator drugi C2 ładuje się, a po naładowaniu jest okresowo doładowywany z podwojoną częstotliwością przebiegu napięcia zasilającego układ. Stałe napięcie na kondensatorze drugim C2 zasila wyjścia: dodatnie Wy+ i ujemne Wy- układu według wynalazku i układ sterownika mikroprocesorowego St. Program układu sterownika mikroprocesorowego St, ustawia stan niski na wyjściach dwustanowych: pierwszym i drugim a tranzystory: pierwszy T1 oraz drugi T2 są wyłączone.

Przejście do trybu drugiego pracy układu następuje, po dołączeniu obciążenia do wyjścia Wy układu według wynalazku, które powoduje powstawanie tętnień napięcia na kondensatorze drugim C2, wskutek jego szybkiego rozładowywania, powyżej ustalonego progu tolerancji wahań napięcia. Spadek napięcia na kondensatorze drugim C2 rejestrowany jest za pomocą analogowego wejścia drugiego układu sterownika mikroprocesorowego St, którego program mikroprocesora naprzemiennie kluczuje z dobranym współczynnikiem wypełnienia wyjścia dwustanowe: pierwsze i drugie układu sterownika mikroprocesorowego St. Współczynnik wypełnienia przebiegów kluczujących obliczany jest przez program mikroprocesora na podstawie rejestrowanych wahań napięcia na kondensatorze drugim C2 z uwzględnieniem wartości chwilowego napięcia na wyjściu mostka Gretza G, rejestrowanego za pomocą analogowego wejścia pierwszego układu sterownika mikroprocesorowego St. Program mikroprocesora przy niższym napięciu chwilowym rejestrowanym na mostku Gretza G zwiększa współczynniki wypełnienia przebiegów kluczujących.

Podobnie program mikroprocesora przy niższym napięciu chwilowym rejestrowanym na zaciskach kondensatora drugiego C2 zwiększa współczynniki wypełnienia przebiegów kluczujących.

W etapie pierwszym trybu drugiego pracy układu według wynalazku wystawiany jest stan wysoki na wyjściu dwustanowym pierwszym układu sterownika mikroprocesorowego St, co powoduje włączenie tranzystora pierwszego T1. Włączony tranzystor pierwszy T1 przewodzi prąd poprzez złącze dren-źródło tranzystora z katod diod: pierwszej D1 i drugiej D2, do poziomu odniesienia powodując magazynowanie dodatkowej energii w rdzeniu transformatora pierwszego Tr1.

W etapie drugim trybu drugiego pracy układu według wynalazku następuje zmiana stanu na niski na wyjściu dwustanowym pierwszym układu sterownika mikroprocesorowego St, co powoduje wyłączenie tranzystora pierwszego T1. Wyłączenie tranzystora pierwszego T1 powoduje wyłączenie dodatkowego prądu płynącego przez uzwojenia transformatora pierwszego Tr1, co skutkuje uwolnieniem energii zmagazynowanej w jego rdzeniu a w następstwie tego wyidukowaniem napięć na uzwojeniach: pierwotnym i wtórnym transformatora pierwszego Tr1. Wyższe napięcie pojawia się na uzwojeniu wtórnym transformatora cechującym się większą liczbą zwojów w porównaniu do uzwojenia pierwotnego. Indukowane napięcie sumuje się z napięciem stałym z wyjść mostka Gretza G, powodując dodatkowe doładowanie kondensatora drugiego C2, nawet w sytuacji, gdy chwilowe napięcie na wyjściach mostka Gretza G jest niższe od napięcia na zaciskach kondensatora drugiego C2. W ten sposób częstotliwość doładowania kondensatora drugiego C2 jest zwielokrotniona i jest równa częstotliwości kluczowania wyjść dwustanowych układu sterownika mikroprocesorowego St. Analogiczny cykl magazynowania i uwalniania energii transformatora w celu doładowania kondensatora drugiego C2 realizowany jest w gałęzi układu złożonej z transformatora drugiego Tr2 i tranzystora drugiego T2 sterowanego z wyjścia dwustanowego drugiego układu sterownika mikroprocesorowego St, z tą różnicą, że w etapie pierwszym cyklu drugiego pracy układu według wynalazku tranzystor drugi T2 jest

PL 224 303 B1 wyłączany, a w etapie drugim włączany. W ten sposób w układzie według wynalazku równocześnie następuje magazynowanie energii z wyjść mostka Gretza G i jej oddawanie do kondensatora drugiego C2. Powrót do trybu pierwszego pracy układu według wynalazku następuje, gdy program mikroprocesora układu sterownika mikroprocesorowego St, rejestruje tętnienia napięcia na kondensatorze drugim C2 mniejsze od ustalonego progu tolerancji wahań napięcia, co świadczy o zmniejszeniu obciążenia prądowego wyjść układu według wynalazku. Kondensator pierwszy C1 filtruje zmienny prąd płynący przez wejścia pierwsze We1 i drugie We2 układu według wynalazku, poprawiając równocześnie kąt fazowy przesunięcia przebiegów czasowych prądowych względem przebiegów czasowych napięcia.

Claims (2)

1. Układ kompensacji współczynnika mocy, którego anoda diody piątej połączona jest z drenem tranzystora pierwszego, a bramka połączona jest z wyjściem dwustanowym pierwszym sterownika, oraz elektroda dodatnia kondensatora drugiego połączona jest z katodą diody piątej i z wyjściem dodatnim, przy czym wejście zasilające pierwsze prostownika połączone jest z pierwszą końcówką wejścia mostka Gretza a wejście zasilające drugie połączone jest z drugą końcówką wejścia mostka Gretza, znamienny tym, że wyjście dodatnie mostka Gretza (G) połączone jest z wejściem analogowym pierwszym układu sterownika mikroprocesorowego (St) i z końcówkami pierwszymi uzwojeń pierwotnych i wtórnych transformatorów: pierwszego (Tr1) i drugiego (Tr2), a anoda diody pierwszej (D1) połączona jest z końcówką drugą uzwojenia wtórnego transformatora pierwszego (Tr1), którego końcówka druga uzwojenia pierwotnego połączona jest z anodą diody drugiej (D2), anoda diody trzeciej (D3) połączona jest z końcówką drugą uzwojenia pierwotnego transformatora drugiego (Tr2), którego końcówka druga uzwojenia wtórnego połączona jest z anodą diody czwartej (D4), anoda diody piątej (D5) połączona jest z katodami diod: pierwszej (D1) i drugiej (D2), zaś anoda diody szóstej (D6) połączona jest z katodami diod: trzeciej (D3) i czwartej (D4) oraz z drenem tranzystora drugiego (T2), którego bramka połączona jest z wyjściem dwustanowym drugim układu sterownika mikroprocesorowego (St), przy czym elektroda dodatnia kondensatora drugiego (C2) połączona jest z katodą diody szóstej (D6).

2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście zasilające pierwsze mostka Gretza (G) połączone jest z pierwszą elektrodą kondensatora pierwszego (C1) a wejście zasilające drugie mostka Gretza (G) połączone jest z drugą elektrodą kondensatora pierwszego (C1).