RU180775U1 - Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода - Google Patents
Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода Download PDFInfo
- Publication number
- RU180775U1 RU180775U1 RU2018107537U RU2018107537U RU180775U1 RU 180775 U1 RU180775 U1 RU 180775U1 RU 2018107537 U RU2018107537 U RU 2018107537U RU 2018107537 U RU2018107537 U RU 2018107537U RU 180775 U1 RU180775 U1 RU 180775U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- inductor
- current
- capacitor
- winding
- Prior art date
Links
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 78
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 62
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/70—Regulating power factor; Regulating reactive current or power
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам импульсной преобразовательной техники, в частности к устройствам стабилизации тока и регулировки коэффициента мощности в преобразователях. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции устройства с уменьшением пульсации тока нагрузки. Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода содержит управляемый электронный ключ 1, схему управления 2, мостовой выпрямитель 3, первый диод 4, катушку индуктивности 5, первый конденсатор 6, второй диод 7, третий диод 8, двухобмоточную катушку индуктивности 9 и второй конденсатор 10. Мостовой выпрямитель 3 соединен с первым диодом 4 и с катушкой индуктивности 5, которая соединена с первым конденсатором 6 и с управляемым электронным ключом 1. Управляемый электронный ключ 1 соединен со схемой управления 2, мостовым выпрямителем 3 и с первичной обмоткой двухобмоточной катушки индуктивности 9, которая через второй диод 7 соединена с первым конденсатором 6 и с первым диодом 4. Вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности 9 через третий диод 8 соединена со вторым конденсатором 10, к которому подключается нагрузка 11.
Description
Полезная модель относится к устройствам импульсной преобразовательной техники, в частности к устройствам стабилизации тока и регулировки коэффициента мощности в преобразователях и может быть использована в устройствах, предназначенных для питания нагрузки постоянным током, в таких, например, как устройства питания светоизлучающих диодов.
Из патента RU 172707 U1 (опубл. 21.07.2017) известно устройство стабилизации тока, содержащее управляемый электронный ключ, схему управления, мостовой выпрямитель, первый диод, первую катушку индуктивности, первый конденсатор, второй диод, третий диод, вторую катушку 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.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является техническое решение, описанное в тексте патента RU 2479955 С2 (опубл. 20.04.2013), содержащее импульсный источник питания на основе обратноходового преобразователя для обеспечения коррекции коэффициента мощности и подачи выходного напряжения на источник света, состоящий из светоизлучающих диодов при помощи управления единственным ключом с использованием регулятора света переменного тока для изменения входного напряжения.
Однако данное решение не имеет гальванической развязки входа и выхода, не позволяет обеспечить ток нагрузки с пульсацией менее 20%, кроме этого, несмотря на кажущуюся простоту описанного решения для его функционирования требуется регулятор света переменного тока, подобный регуляторам света, используемым с лампами накаливания.
Типовые устройства стабилизации тока с коррекцией коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода выполняются по схеме обратноходового импульсного преобразователя. Для контроля тока нагрузки используется операционный усилитель и оптрон, которые передают в схему управления силовым ключом информацию о значении стабилизируемого тока. В данной схеме пульсация тока нагрузки получается достаточно большой и для ее уменьшения используют электролитические конденсаторы очень большой емкости, что может значительно сократить срок работы устройства, поскольку такие конденсаторы имеют самый короткий срок службы из всех электронных компонентов. Но даже применение электролитических конденсаторов большой емкости не позволяет снизить пульсацию тока нагрузки менее 20%. Для уменьшения пульсации тока до приемлемых значений (менее 5%) в цепи нагрузки используют дополнительные схемы понижающего импульсного преобразователя или линейного стабилизатора, что подразумевает использование дополнительного силового ключа и схемы управления. Таким образом, если мы используем один силовой ключ и одну схему управления, то пульсация тока в нагрузке получается очень большой, если мы используем дополнительную схему стабилизации в изолированной цепи нагрузки, то увеличиваем общее количество силовых ключей и схем управления, используемых в устройстве.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создание устройства обеспечивающее уменьшение пульсации тока нагрузки.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции устройства с одновременным уменьшением пульсации тока нагрузки.
Указанный технический результат достигается в устройстве стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода, которое содержит управляемый электронный ключ, схему управления, мостовой выпрямитель, первый диод, катушку индуктивности, первый конденсатор, второй диод, третий диод, двухобмоточную катушку индуктивности и второй конденсатор, где мостовой выпрямитель соединен с первым диодом и с катушкой индуктивности, которая соединена с первым конденсатором и с управляемым электронным ключом, при этом управляемый электронный ключ соединен со схемой управления, с мостовым выпрямителем и с первичной обмоткой двухобмоточной катушки индуктивности, которая через второй диод соединена с первым конденсатором и с первым диодом, а вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности через третий диод соединена со вторым конденсатором, к которому подключается нагрузка.
В качестве управляемого электронного ключа может быть использован полевой транзистор, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором или тиристор.
Благодаря использованию оригинальной топологии схемы устройства, когда в единое целое объединяются два типа импульсных преобразователей: инвертирующий преобразователь (повышающе-понижающий преобразователь), состоящий из управляемого электронного ключа, схемы управления, мостового выпрямителя, первого диода, катушки индуктивности, первого конденсатора, и обратноходовый преобразователь, состоящий из управляемого электронного ключа, схемы управления, первого конденсатора, второго диода, третьего диода, двухобмоточной катушки индуктивности и второго конденсатора, но при этом функционирование обоих преобразователей осуществляет один ключ и одна схема управления, обеспечивается упрощение конструкции устройства с одновременным уменьшением пульсации тока нагрузки, т.е. без потери качества.
Инвертирующий импульсный преобразователь выполняет функцию корректора коэффициента мощности и обеспечивает стабильное напряжение на входе обратноходового преобразователя, который выполняет функцию стабилизатора тока и осуществляет гальваническую развязку входа и выхода.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг. 1-10, на которых изображены:
фиг. 1 - первый пример реализации устройства;
фиг. 2 - эпюры работы устройства;
фиг. 3 - второй пример реализации устройства;
фиг. 4 - третий пример реализации устройства;
фиг. 5 - четвертый пример реализации устройства;
фиг. 6 - схема защиты катушки индуктивности от насыщения и электронного ключа от теплового пробоя;
фиг. 7 - схема управления током нагрузки;
фиг. 8 - схема позволяющая использовать биполярный транзистор в качестве управляемого электронного ключа;
фиг. 9 - схема корректора коэффициента мощности, используемая в устройстве;
фиг. 10 - пример реализации устройства без гальванической развязки.
На фигурах позициями 1-16 обозначены:
1 - управляемый электронный ключ;
2 - схема управления;
3 - мостовой выпрямитель;
4 - первый диод;
5 - катушка индуктивности
6 - первый конденсатор;
7 - второй диод;
8 - третий диод;
9 - двухобмоточная катушка индуктивности;
10 - второй конденсатор;
11 - нагрузка;
12 - вторая катушка индуктивности;
13 - трансформатор;
14 - четвертый диод;
15, 16 - разъемы выхода корректора коэффициента мощности.
Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода содержит управляемый электронный ключ 1, схему управления 2, мостовой выпрямитель 3, первый диод 4, катушку индуктивности 5, первый конденсатор 6, второй диод 7, третий диод 8, двухобмоточную катушку индуктивности 9, второй конденсатор 10, к которому подключается нагрузка 11. При этом мостовой выпрямитель 3 соединен с первым диодом 4 и с катушкой индуктивности 5, которая в свою очередь соединена с первым конденсатором бис управляемым электронным ключом 1, который далее соединен с мостовым выпрямителем 3, со схемой управления 2 и с первичной обмоткой двухобмоточной катушки индуктивности 9, которая в свою очередь через второй диод 7 соединена с первым конденсатором бис первым диодом 4, а вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности 9 через третий диод 8 соединена со вторым конденсатором 10, к которому подключается нагрузка 11.
В частности мостовой выпрямитель 3 своим выходом "плюс" соединен с катодом первого диода 4 и началом обмотки катушки индуктивности 5, в свою очередь катушка индуктивности 5 концом обмотки соединена с плюсом первого конденсатора бис входом управляемого электронного ключа 1, далее выход управляемого электронного ключа 1 соединен с выходом "минус" мостового выпрямителя 3 и с началом первичной обмотки двухобмоточной катушки индуктивности 9. В свою очередь конец первичной обмотки двухобмоточной катушки индуктивности 9 соединен с анодом второго диода 7, а катод второго диода 7 соединен с анодом первого диода 4 и минусом первого конденсатора 6. Схема управления 2 подключается к управляющему контакту и выходу управляемого электронного ключа 1 в соответствии с требуемой полярностью. В гальванически изолированной части устройства конец вторичной обмотки двухобмоточной катушки индуктивности 9 соединен с анодом третьего диода 8, в свою очередь катод третьего диода 8 соединен с плюсом второго конденсатора 10, а минус второго конденсатора 10 соединен с началом вторичной обмотки двухобмоточной катушки индуктивности 9. При этом входом устройства являются 2 контакта мостового выпрямителя предназначенные для подключения переменного напряжения питающей электрической сети, а выходом устройства являются контакты второго конденсатора 10, к которому подключается нагрузка 11 в соответствии с требуемой полярностью. Соединение схемы управления 2 с управляемым электронным ключом 1 может осуществляться посредством одного или нескольких резисторов, например, как это показано на фигуре 6 с целью получения схемой управления информации о значениях токов и/или напряжений в контурах и/или на узлах устройства.
В качестве управляемого электронного ключа 1 может быть использован полевой транзистор, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором или тиристор. Схема, позволяющая использовать биполярный транзистор в качестве управляемого электронного ключа 1, представлена на фигуре 8.
Предлагаемое устройство состоит из корректора коэффициента мощности (далее ККМ) и стабилизатора тока (далее СТ), но имеет один управляемый электронный ключ 1 и одну схему управления 2, которые являются общими как для ККМ так и СТ и позволяет получить ток нагрузки с низкой пульсацией - менее 5% без использования операционного усилителя и оптрона, а также без использования дополнительных стабилизаторов, а также без использования электролитических конденсаторов большой емкости (под электролитическими конденсаторами большой емкости понимаются конденсаторы, которые необходимо использовать в схеме обратноходового преобразователя для получения пульсации напряжения менее 20% без использования дополнительных стабилизаторов).
Корректор коэффициента мощности (ККМ) представляет собой соединенные мостовой выпрямитель 3, первый диод 4 и катушку индуктивности 5, которая в свою очередь соединена с первым конденсатором бис управляемым электронным ключом 1, который далее соединен с мостовым выпрямителем 3. Схема ККМ приведена на фигуре 9.
Стабилизатор тока (СТ) представляет собой последовательно соединенные первый конденсатор 6, электронный ключ управления 1, первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 и второй диод 7, а вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности 9 через третий диод 8 соединена со вторым конденсатором 10, к которому подключается нагрузка 11.
Устройство работает следующим образом.
Согласно фиг. 1 управляемый электронный ключ 1 управляется импульсами напряжения или тока в зависимости от типа используемого электронного ключа. Период управляющего импульса состоит из двух временных интервалов: интервала импульса и интервала паузы. В интервале импульса управляемый электронный ключ 1 открыт (т.е. пропускает ток) и индуктивные элементы: катушка индуктивности 5 и двухобмоточная катушка индуктивности 9 накапливают энергию. В интервале паузы управляемый электронный ключ 1 закрыт (т.е. не пропускает ток) и индуктивные элементы катушка индуктивности 5 и двухобмоточная катушка индуктивности 9 отдают энергию. Все процессы в электронных компонентах схемы происходят в соответствии с этими интервалами. Период управляющих импульсов в установившемся режиме работы устройства является постоянным и задается схемой управления в зависимости от параметров (напряжение, ток, мощность) нагрузки и действующего напряжения питающей электрической сети.
Гальваническая развязка входа и выхода устройства выполнена за счет использования двухобмоточной катушки индуктивности 9, первичная обмотка которой накапливает энергию в течение интервала импульса, а вторичная обмотка отдает энергию в изолированную цепь нагрузки в течение интервала паузы. Также магнитопровод двухобмоточной катушки индуктивности 9 выполнен с распределенным или с воздушным зазором. Именно эти особенности не позволяет нам назвать двухобмоточную катушку индуктивности 9 -трансформатором.
Для правильной работы устройства необходимо, чтобы катушка индуктивности 5 и двухобмоточная катушка индуктивности 9 работали в режиме прерывистых токов, а именно успевали отдать всю накопленную энергию магнитного поля в течение интервала паузы до начала нового периода.
Стабилизатор тока (СТ) работает следующим образом.
При замыкании управляемого электронного ключа 1 (т.е. ключ пропускает ток) происходит линейное возрастание тока через первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 по контуру: первый конденсатор 6, управляемый электронный ключ 1, первичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности 9, второй диод 7, первый конденсатор 6. При достижении силой тока определенного значения происходит размыкание управляемого электронного ключа 1 (т.е. ключ не пропускает ток). Ток через вторичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 начинает линейно убывать по контуру: вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности 9, третий диод 8, второй конденсатор 10, нагрузка 11, вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности 9. После уменьшения значения силы тока до нуля в двухобмоточном дросселе 9 могут происходить небольшие электрические переходные процессы, обусловленные демпфирующими цепями и паразитными параметрами компонентов схемы. С началом нового периода, управляемый электронный ключ 1 снова замыкается, и все процессы повторяются.
Величина электрического заряда, проходящего через вторичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 в интервале паузы, зависит только от значения максимального тока через первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 в интервале импульса и от значения напряжения на нагрузке. Таким образом, если в течение всего времени работы устройства схема управления 2 поддерживает постоянный период работы электронного ключа 1 и следит за тем, чтобы в каждом интервале импульса значение максимального тока через первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 достигало определенного значения, то электрическая мощность потребляемая нагрузкой будет постоянна. Это подтверждает формула (1)
где Iнагр - ток в нагрузке;
Uнагр - напряжение на нагрузке;
Рнагр - мощность нагрузки;
L - индуктивность первичной обмотки двухобмоточной катушки индуктивности 9;
Т - период работы электронного ключа 1;
Imax - максимальное значение тока через первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 в интервале импульса.
Стабильность тока нагрузки зависит от особенностей вольт-амперной характеристики (ВАХ) нагрузки. В случае использования светоизлучающих диодов (СИД) в качестве нагрузки мы сталкиваемся с эффектом изменения ВАХ в зависимости от температуры кристалла полупроводника. При работе в условиях низких температур электрическое сопротивление СИД увеличивается, а в условиях высоких температур - уменьшается.
Таким образом, в условиях разных температур полупроводникового кристалла СИД, одному и тому же значению напряжения будут соответствовать разные значения тока.
Проанализировав ВАХ типовых СИД в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации, а именно -50°С и +120°С, можно констатировать, что изменения тока нагрузки при использовании рассматриваемого устройства составляют менее 10% от номинального значения, полученного при температуре
Если необходимо обеспечить меньшие отклонения тока нагрузки от номинального значения или необходимо управлять выходной мощностью устройства, потому что используются нагрузки разных мощностей или преследуется цель управления уровнем светоотдачи СИД, то можно использовать регулировку порогового значения максимального тока через первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 в интервале импульса в зависимости от напряжения нагрузки. Значение напряжения на нагрузке снимается с первичной обмотки или с дополнительной обмотки двухобмоточной катушки индуктивности 9 в интервале паузы. Максимальное значение тока через первичную обмотку двухобмоточной катушки индуктивности 9 в интервале импульса находится в зависимости от напряжения нагрузки в соответствии с формулой (2)
На фиг. 7 приведена схема, позволяющая управлять током нагрузки.
Таким образом, регулируется среднее значение силы тока нагрузки. Второй конденсатор 10 является сглаживающим емкостным фильтром тока нагрузки. Длительность интервалов импульса управляющего напряжения управляемого электронного ключа 1 зависит от уровня напряжения на первом конденсаторе 6.
Чем меньше напряжение на первом конденсаторе 6, тем длиннее импульсы, чем больше напряжение на первом конденсаторе 6, тем короче импульсы. Так работает стабилизатор тока.
Корректор коэффициента мощности (ККМ) работает следующим образом.
При замыкании силового управляемого электронного ключа 1 также происходит линейное возрастание тока через катушку индуктивности 5 по контуру: мостовой выпрямитель 3, катушка индуктивности 5, управляемый электронный ключ 1, мостовой выпрямитель 3. При размыкании управляемого электронного ключа 1 происходит линейное убывание тока через катушку индуктивности 5 по контуру: катушка индуктивности 5, первый конденсатор 6; первый диод 4, катушка индуктивности 5.
ККМ построен на принципе 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 каждого импульса равен нулю, то среднее значение тока через катушку индуктивности за период импульса будет пропорционально значению напряжения на катушке индуктивности.
В данной схеме при замыкании управляемого электронного ключа 1 сетевое напряжение оказывается приложенным к катушки индуктивности 5, а ток, протекающий через катушку индуктивности 5 в интервале импульса, является током, потребляемым из сети питания. Таким образом, получается, что если электронный ключ 1 управляется высокочастотными импульсами равной длительности и постоянного периода (не более 500 мкс), то среднее значение тока потребляемого из сети за период импульса будет пропорционально мгновенному значению сетевого напряжения.
Равная длительность интервалов импульсов обеспечивается, если напряжение на первом конденсаторе 6 является достаточно постоянным (в установившемся режиме работы устройства при определенном действующем значении напряжения питающей сети и параметров нагрузки), а постоянный период задается схемой управления 2.
В интервале паузы ток, проходящий через катушку индуктивности 5, заряжает первый конденсатор 6. Если его емкость достаточная, то напряжение на нем в течение всего периода сетевого напряжения будет достаточно постоянным.
Обратная связь между ККМ и СТ регулирует потребление нужного количества энергии из сети питания за счет изменения длительности импульсов управляющих 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 интервалов 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 интервалов импульсов и к уменьшению потребления сетевого тока.
Поскольку длительность интервала импульса может меняться в зависимости от уровня действующего значения сетевого напряжения и параметров нагрузки, то необходимо произвести корректный расчет длительности периода, чтобы токи в катушке индуктивности 5 и двухобмоточной катушке индуктивности 9 заканчивались до начала нового периода.
Соответственно в заявленном устройстве ток, потребляемый из сети питания, будет пропорционален сетевому напряжению и будет иметь синусоидальную форму согласно фигуре 2.
На фиг. 2 I3 показывает изменение тока через мостовой выпрямитель 3, IBX AVG - изменение среднего значения потребляемого сетевого тока, IBX peak - огибающая линия максимальных значений тока мостового выпрямителя 3, I5 - изменение тока в катушке индуктивности 5, I4 - изменение тока в первом диоде 4, U6 - изменение напряжения на первом конденсаторе 6, U1 - изменение напряжения управления затвора полевого транзистора, используемого в качестве электронного ключа 1, I7 - изменение тока во втором диоде 7, I9-1 - изменение тока в первичной обмотке двухобмоточной катушки индуктивности 9, I8 - изменение тока в третьем диоде 8, I9-2 - изменение тока во вторичной обмотке двухобмоточной катушки индуктивности 9, I11 - изменение тока нагрузки 11, U10 - изменение напряжения на втором конденсаторе 10, U11 - изменение напряжения на нагрузке 11.
На фиг. 3, 4, 5 представлены примеры реализации устройства. На фиг. 3 показано заявленное устройство в альтернативном варианте его исполнения, где сохранены все элементы устройства, однако изменено их пространственное расположение. На фиг. 4 и 5 приведены схемы представленного устройства с использованием трансформатора и катушки индуктивности вместо двухобмоточной катушки индуктивности. Такой вариант может быть полезен при необходимости оптимизации размеров устройства, например, для уменьшения ширины корпуса. Схема на фиг. 4 является наиболее рациональной, поскольку стабилизатор тока построен по схеме понижающего импульсного преобразователя, и передача энергии в изолированную цепь нагрузки происходит не только в интервале паузы, но и в интервале импульса и поэтому габариты трансформатора будут минимальны.
На фигуре 6 представлена схема, которая используется для защиты от насыщения катушки индуктивности 5 и предотвращения разрушения электронного ключа 1 вследствие теплового пробоя. Работает схема следующим образом.
До включения устройства первый конденсатор 6 полностью разряжен, поэтому при первом включении управляемого электронного ключа 1 ток начинает течь только по цепи ККМ, а цепь СТ не работает. Поскольку работа схемы управления 2 подчинена логике управления СТ, то при отсутствии тока в цепи СТ и соответственно отсутствия падения напряжения на резисторе R23 схема управления 2 не сможет выключить управляемый электронный ключ 1 и в результате неконтролируемого роста тока через ККМ произойдет насыщение катушки индуктивности 5 и тепловой пробой электронного ключа 1. Для предотвращения этого необходимо ввести дополнительную цепь, состоящую из резистора R21 и диода D21.
Теперь при первом включении устройства схема управления замыкает управляемый электронный ключ 1, и ток через катушку индуктивности 5 начинает линейно возрастать. Ток создает на резисторе R21 падение напряжения, которое через диод D21 передается на вход "CS" (Current sensor - датчик тока, контролирующий рост тока в цепи СТ до определенного значения, при достижении которого схема управления закрывает управляемый электронный ключ) схемы управления 2. При достижении током определенного порогового значения схема управления 2 выключает управляемый электронный ключ 1 и первый конденсатор 6 начинает заряжаться. В установившемся режиме работы устройства, когда первый конденсатор 6 заряжен до номинального значения, диод D21 закрыт и напряжение на резисторе R21 не оказывает никакого влияния на работу устройства, а падение напряжения на резисторе R23 через резистор R22 передается на вход "CS"схемы управления 2 и регулирует работу устройства.
На фиг. 7 представлена схема управления током нагрузки, где "CS"(Current sensor) - вход датчика тока, контролирующий рост тока в цепи СТ до определенного значения, при достижении которого схема управления 2 закрывает управляемый электронный ключ 1, "FB" (Feedback loop) - вход усилителя ошибки, определяющий пороговое значение для датчика тока (чем выше напряжение на "FB", тем меньше пороговое значение датчика тока), "АПС" - аналоговый перемножитель сигналов, на два входа которого подаются напряжения, а на выходе выдается напряжение равное их произведению. "ОУЗ" - операционный усилитель.
Работает схема следующим образом.
В интервале паузы на первичной обмотке двухобмоточной катушки индуктивности 9 присутствует напряжение пропорциональное напряжению нагрузки. Посредством делителя напряжения (резисторы R24, R25) оно сохраняется в конденсаторе С25 и передается на инвертирующий вход операционного усилителя ОУЗ. В интервале импульса на неинвертирующий вход операционного усилителя ОУЗ посредством аналогового перемножителя сигналов АПС передается информация об умноженном на самого себя (возведенном во вторую степень) значении тока, протекающем по цепи СТ. При превышении током порогового значения операционный усилитель передает на вход "FB" схемы управления 2 высокий уровень напряжения, который выключает управляемый электронный ключ 1.
На фиг. 8 представлена схема управления биполярным транзистором (далее БТ), используемым в качестве управляемого электронного ключа 1. Силовой биполярный транзистор обладает некоторыми преимуществами по сравнению с мощным высоковольтным полевым транзистором, а именно низкой стоимостью и большим значением максимального напряжения коллектор-эммитер в закрытом состоянии, но воспользоваться этими преимуществами мешает сложность управления БТ. БТ является электронным ключом управляемым током. Основная проблема мощного БТ заключается в то, что после выключения, он не может закрыться сразу, поскольку должно произойти рассасывание неосновных зарядов в базе транзистора, поэтому необходима специальная схема, которая будет закрывать БТ раньше достижения током порогового значения.
Информация о значении тока в цепи СТ с резистора R23 поступает на неинвертирующие входы операционных усилителей ОУ1 и ОУ2. Опорное напряжение ОУ1 является плавающим и должно быть меньше порогового значения, поэтому ОУ1 срабатывает раньше и начинает закрывать БТ до того, как ток в цепи СТ достигает порогового значения. На инвертирующий вход ОУ2 подается с ИОН2 (ИОН - источник опорного напряжения) эталонное напряжение равное пороговому значению. Если БТ не успевает закрыться вовремя, то в момент превышения порогового значения на выходе ОУ2 появляется высокое напряжение, которое заряжает через резисторы R33 и R34 конденсатор С34. Напряжение на С34 регулирует сопротивление полевого транзистора Q32. Чем больше напряжение на С34, тем меньше сопротивление сток-исток полевого транзистора Q32. Сопротивление сток-исток полевого транзистора Q32 вместе с резистором R30 и R31 образует нижнее плечо делителя напряжения, которое формирует опорное напряжение для ОУ1.
Таким образом, если БТ закрылся поздно, то выходное напряжение ОУ2 заряжает С34 и уменьшает сопротивление сток-исток полевого транзистора Q32, что в свою очередь уменьшает опорное напряжение на ОУ1. Вследствие этого БТ будет закрываться раньше. Высокое напряжение на выходе ОУ1 создает на входе "CS" (Current sensor - датчик тока) схемы управления 2 значение порогового напряжения, что приводит к закрытию управляемого электронного ключа 1.
На фиг. 9 представлена схема корректора коэффициента мощности устройства. Разъемами 15 и 16 обозначен выход ККМ. Хотя второй диод 7 непосредственно не участвует в работе корректора, его применение необходимо. Без второго диода 7 при подключении к выходу ККМ какого-либо импульсного преобразователя в интервалах паузы в некоторых режимах функционирования устройства может происходить неконтролируемая зарядка первого конденсатора 6 сетевым током через катушку индуктивности 5, и это может привести к некорректной работе устройства.
На фиг. 10 представлена схема устройства без гальванической развязки. Эту схему целесообразно применять, как упрощенный вариант, при отладке режимов работы корректора мощности и стабилизатора тока на стадии проектирования устройства.
В приведенных примерах нагрузка устройства представлена тремя светоизлучающими диодами (СИД). Необходимо понимать, что конкретная нагрузка устройства может содержать любое количество СИД, соединенных между собой различными вариантами соединений - последовательно, параллельно, паралелльно-последовательно или последовательно-паралелльно, с целью соответствия нагрузки требуемым электрическим параметрам тока, напряжения, электрической мощности.
Специалисту в данной области техники понятно, что добавление новых элементов схемы без изменения концепции не изменяет предложенное устройство, а лишь расширяет его функциональные возможности.
Claims (5)
1. Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода, характеризующееся тем, что содержит управляемый электронный ключ, схему управления, мостовой выпрямитель, первый диод, катушку индуктивности, первый конденсатор, второй диод, третий диод, двухобмоточную катушку индуктивности и второй конденсатор, где мостовой выпрямитель соединен с первым диодом и с катушкой индуктивности, которая соединена с первым конденсатором и с управляемым электронным ключом, при этом управляемый электронный ключ соединен со схемой управления, с мостовым выпрямителем и с первичной обмоткой двухобмоточной катушки индуктивности, которая через второй диод соединена с первым конденсатором и с первым диодом, а вторичная обмотка двухобмоточной катушки индуктивности через третий диод соединена со вторым конденсатором, к которому подключается нагрузка.
2. Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве управляемого электронного ключа использован полевой транзистор.
3. Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве управляемого электронного ключа использован биполярный транзистор.
4. Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве управляемого электронного ключа использован биполярный транзистор с изолированным затвором.
5. Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве управляемого электронного ключа использован тиристор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107537U RU180775U1 (ru) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107537U RU180775U1 (ru) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU180775U1 true RU180775U1 (ru) | 2018-06-22 |
Family
ID=62712630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107537U RU180775U1 (ru) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU180775U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805046C1 (ru) * | 2023-02-22 | 2023-10-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Корректор коэффициента мощности |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2052214C1 (ru) * | 1992-06-22 | 1996-01-10 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Стабилизатор постоянного тока |
| UA54777A (ru) * | 2002-04-04 | 2003-03-17 | Таврійський Національний Університет Ім. В.І.Вернадського | Стабилизатор тока |
| CN101063889A (zh) * | 2006-04-24 | 2007-10-31 | 李永高 | 一种电子式稳流装置 |
| RU2015153271A (ru) * | 2015-12-11 | 2017-06-16 | Екатерина Викторовна Семенкова | Импульсный стабилизатор тока |
| RU172707U1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-07-21 | Владимир Евгеньевич Рыжаков | Устройство стабилизации тока с активным корректором коэффициента мощности |
-
2018
- 2018-03-01 RU RU2018107537U patent/RU180775U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2052214C1 (ru) * | 1992-06-22 | 1996-01-10 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Стабилизатор постоянного тока |
| UA54777A (ru) * | 2002-04-04 | 2003-03-17 | Таврійський Національний Університет Ім. В.І.Вернадського | Стабилизатор тока |
| CN101063889A (zh) * | 2006-04-24 | 2007-10-31 | 李永高 | 一种电子式稳流装置 |
| RU2015153271A (ru) * | 2015-12-11 | 2017-06-16 | Екатерина Викторовна Семенкова | Импульсный стабилизатор тока |
| RU172707U1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-07-21 | Владимир Евгеньевич Рыжаков | Устройство стабилизации тока с активным корректором коэффициента мощности |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805046C1 (ru) * | 2023-02-22 | 2023-10-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Корректор коэффициента мощности |
| RU2817315C1 (ru) * | 2023-09-14 | 2024-04-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Магнитносвязанный корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10015849B2 (en) | Ripple cancellation converter with high power factor | |
| US9907130B2 (en) | High-efficiency LED driver and driving method | |
| US9584028B2 (en) | Apparatus, system and method for cascaded power conversion | |
| US6940733B2 (en) | Optimal control of wide conversion ratio switching converters | |
| RU2518525C2 (ru) | Драйвер светодиодной лампы и способ | |
| US7746670B2 (en) | Dual-transformer type of DC-to-DC converter | |
| US20170027030A1 (en) | Led driving circuit | |
| WO2016028942A1 (en) | Driving circuit, lighting device and method of reducing power dissipation | |
| US10834793B2 (en) | Power supply circuit and LED driving circuit | |
| JPWO2013179562A1 (ja) | 発光ダイオード駆動装置及び半導体装置 | |
| JP2015053225A (ja) | Ｌｅｄ駆動回路 | |
| US8796950B2 (en) | Feedback circuit for non-isolated power converter | |
| RU180775U1 (ru) | Устройство стабилизации тока с корректором коэффициента мощности и гальваническим разделением входа и выхода | |
| CN108631271B (zh) | 过流保护控制电路 | |
| RU137169U1 (ru) | Импульсный оптоизолированный стабилизированный источник постоянного тока для светодиодного светильника с малыми пульсациями выходного тока | |
| JP6840997B2 (ja) | 照明装置および照明器具 | |
| CN212163794U (zh) | 大功率线性调光电源 | |
| WO2022151653A1 (zh) | 开关电路、供电设备和电器设备 | |
| RU2731876C1 (ru) | Источник вторичного электропитания | |
| SU756391A1 (ru) | Стабилизированный источник постоянного напряжения с несколькими выходами1 | |
| JP5405375B2 (ja) | 定電流電源装置 | |
| JP2021040470A (ja) | 電源装置および非常用照明装置 | |
| RU139333U1 (ru) | Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении | |
| JP2022018884A (ja) | 照明器具、接続ユニットおよび点灯装置 | |
| RU106811U1 (ru) | Преобразователь переменного тока |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20210302 |