RU2473109C1 - Power coefficient corrector - Google Patents

Power coefficient corrector Download PDF

Info

Publication number
RU2473109C1
RU2473109C1 RU2011117851A RU2011117851A RU2473109C1 RU 2473109 C1 RU2473109 C1 RU 2473109C1 RU 2011117851 A RU2011117851 A RU 2011117851A RU 2011117851 A RU2011117851 A RU 2011117851A RU 2473109 C1 RU2473109 C1 RU 2473109C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
output
capacitor
rectifier
corrector
Prior art date
Application number
RU2011117851A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011117851A (en
Inventor
Виктор Васильевич Саманов
Валерий Тарасович Фомичев
Галина Алексеевна Наумова
Original Assignee
Галина Алексеевна Наумова
Filing date
Publication date
Application filed by Галина Алексеевна Наумова filed Critical Галина Алексеевна Наумова
Priority to RU2011117851A priority Critical patent/RU2473109C1/en
Publication of RU2011117851A publication Critical patent/RU2011117851A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2473109C1 publication Critical patent/RU2473109C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: power coefficient corrector comprises a bridge rectifier, an output capacitor, an accumulating throttle-transformer, a clock pulse oscillator, a key field transistor, the first rectifying high-frequency diode, the first rectifying high-frequency diode, besides, the corrector additionally comprises one auxiliary and one output capacitor, the second and third rectifying high-frequency diodes.
EFFECT: higher efficiency and reliability of a device, reduction of its dimensions.
2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коррекции коэффициента мощности в источниках переменного напряжения, и может найти широкое применение в устройствах питания электроники и в линиях энергоснабжения.The invention relates to electrical engineering, in particular to power factor correction devices in AC voltage sources, and can be widely used in electronics power devices and in power supply lines.

Известен преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное с корректором коэффициента мощности, включающий входной выпрямитель, датчик тока, транзистор, дроссель, отсекающий диод, конденсатор, параллельно которому подключены нагрузки и датчик выходного напряжения, схему управления с источником опорного напряжения, выход которого подключен к одному входу схемы сравнения, другой вход которой соединен с выходом датчика выходного напряжения, и выход схемы сравнения через корректирующее устройство и интегратор с тактирующим входом подключен к одному из входов компаратора, выход которого подключен к счетному входу триггера, вход которого соединен с выходом задающего генератора, прямой выход триггера через драйвер подключен к затвору транзистора, инверсный выход задающего генератора связан с тактирующим входом интегратора. Дополнительно введены датчик выпрямленного напряжения сети и второе корректирующее устройство, включенное между выходом первой схемы сравнения и входом компаратора. Вторая схема сравнения выполнена трехвходовой, к входам которой подключены выходы обоих датчиков напряжения и источника питающего напряжения. Выход через корректирующее устройство связан с входом интегратора и одним из входов первой схемы сравнения, а тактирующий вход интегратора соединен с выходом задающего генератора. К положительному выводу выпрямителя подключен коллектор транзистора, эмиттер которого через дроссель и датчик тока соединен с его отрицательным выводом. Параллельно дросселю подключена цепь из последовательно соединенных конденсатора и отсекающего диода (см. описание патента РФ на полезную модель №92261, МПК H02M 9/06, публикация 10.03.2010).A known single-phase AC to DC converter with a power factor corrector, including an input rectifier, a current sensor, a transistor, a inductor, a cut-off diode, a capacitor, in parallel with which loads and an output voltage sensor are connected, a control circuit with a reference voltage source, the output of which is connected to one input comparison circuit, the other input of which is connected to the output of the output voltage sensor, and the output of the comparison circuit through a correcting device and integrator with timing th input is connected to one input of a comparator, whose output is connected to the count input of the flip-flop, whose input is connected to the output of the master oscillator, the flip-flop output line through the driver transistor connected to the gate, inverted oscillator output is connected with the timing input of the integrator. Additionally, a rectified network voltage sensor and a second corrective device connected between the output of the first comparison circuit and the input of the comparator are introduced. The second comparison circuit is made of a three-input, the inputs of which are connected to the outputs of both voltage sensors and the supply voltage source. The output through the corrective device is connected to the input of the integrator and one of the inputs of the first comparison circuit, and the clock input of the integrator is connected to the output of the master oscillator. The collector of the transistor is connected to the positive terminal of the rectifier, the emitter of which is connected to its negative terminal through the inductor and current sensor. In parallel to the inductor, a circuit is connected from a series-connected capacitor and a cut-off diode (see the description of the RF patent for utility model No. 92261, IPC H02M 9/06, publication 03/10/2010).

Недостатком известного преобразователя и корректора является наличие 3-х датчиков (2 напряжения и 1 тока), приводящих к усложнению схемы управления. Наличие 3-х компараторов, интегратора, корректирующих устройств приводит к снижению КПД устройства за счет рассеяния энергии на элементах управления.A disadvantage of the known converter and corrector is the presence of 3 sensors (2 voltages and 1 current), leading to a complication of the control circuit. The presence of 3 comparators, an integrator, corrective devices leads to a decrease in the efficiency of the device due to energy dissipation on the control elements.

Известно устройство зарядки, включающее взаимосвязанные между собой вторичный источник с входным конденсатором, узел сетевого напряжения с мостовым выпрямителем и диодным мостом, корректор коэффициента мощности, который выполнен в виде блока управления, индуктивности, диода с ключом, делителей на резисторах, блока контроля превышения напряжения и ключа замыкания - размыкания (см. описание патента РФ на полезную модель №50058, МПК H02J 7/00, публикация 10.12.2005).A charging device is known, including a secondary source interconnected with an input capacitor, a network voltage unit with a bridge rectifier and a diode bridge, a power factor corrector, which is made in the form of a control unit, inductance, a diode with a key, dividers on resistors, an overvoltage control unit, and lock key - open (see the description of the patent of the Russian Federation for utility model No. 50058, IPC H02J 7/00, publication 10.12.2005).

Недостатком известного устройства зарядки является наличие делителей напряжения, приводящих к дополнительным потерям энергии, и не указано функциональное назначение некоторых узлов в процессе стабилизации и коррекции формы тока.A disadvantage of the known charging device is the presence of voltage dividers, leading to additional energy losses, and the functional purpose of some nodes in the process of stabilization and correction of the current shape is not indicated.

Известен корректор коэффициента мощности (фиг.1), содержащий сетевой выпрямитель (1), дроссель (2), датчик тока (3), ключ (4), схему управления ключом (5), первый трансформатор (6), второй трансформатор (9), ограничитель напряжения (12), выходной резистивный делитель (13), первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямительные диоды (14-18), выходной емкостный фильтр (19), выходные шины (20, 21) для подключения нагрузки (см. описание изобретения к патенту РФ №2379743, МПК G05F 1/70, публикация 20.01.2010).A known power factor corrector (Fig. 1) comprising a network rectifier (1), a choke (2), a current sensor (3), a key (4), a key control circuit (5), a first transformer (6), a second transformer (9 ), voltage limiter (12), output resistive divider (13), first, second, third, fourth and fifth rectifier diodes (14-18), output capacitive filter (19), output buses (20, 21) for connecting the load ( see the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2379743, IPC G05F 1/70, publication 01/20/2010).

Недостаток известного устройства состоит в том, что для управления работой корректора коэффициента мощности требуется три сигнала, снимаемых с выхода устройства, что потребовало ввести резистивные делитель выходного напряжения и датчик тока, два трансформатора тока (входного и выходного), стабилитрон, ухудшающие массогабаритную характеристику и КПД устройства, потери на которых составляют более двух порядков в сравнении с входной мощностью микросхемы.A disadvantage of the known device is that to control the operation of the power factor corrector, three signals are required that are taken from the output of the device, which required the introduction of a resistive output voltage divider and a current sensor, two current transformers (input and output), a zener diode, which degrade the overall size and efficiency devices whose losses are more than two orders of magnitude compared to the input power of the chip.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение корректора коэффициента мощности с целью повышения КПД и надежности устройства, а также уменьшения его габаритов.The task of the invention is to simplify the corrector of the power factor in order to increase the efficiency and reliability of the device, as well as reduce its dimensions.

Сущность изобретения выражается в том, что заявляемый корректор коэффициента мощности содержит мостовой выпрямитель, выходной конденсатор, накопительный дроссель-трансформатор, генератор тактовых импульсов, ключевой полевой транзистор, первый выпрямительный высокочастотный диод и дополнительно содержит один вспомогательный и один выходной конденсатор, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды.The invention is expressed in that the inventive power factor corrector comprises a bridge rectifier, an output capacitor, a storage choke transformer, a clock pulse generator, a key field effect transistor, a first high-frequency rectifier diode and additionally contains one auxiliary and one output capacitor, a second and third high-frequency rectifier diodes.

С целью минимизации потерь энергии в корректоре мощности, управление выходным напряжением и ограничение максимального тока осуществляется только величиной напряжения питания устройства управления, которое является постоянной частью выходного напряжения корректора коэффициента мощности, запускается и стабилизируется без применения дополнительных элементов самим корректором коэффициента мощности.In order to minimize energy losses in the power corrector, the output voltage is controlled and the maximum current is limited only by the supply voltage of the control device, which is a constant part of the output voltage of the power factor corrector, it is started and stabilized without the use of additional elements by the power factor corrector itself.

Заявленное изобретение позволяет упростить структуру корректора коэффициента мощности и повысить его КПД исключением резистивных датчика тока, делителей входного и выходного напряжения и стабилизированного источника питания.The claimed invention allows to simplify the structure of the power factor corrector and increase its efficiency by eliminating resistive current sensors, input and output voltage dividers and a stabilized power source.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан прототип - корректор коэффициента мощности по патенту РФ №2379743, МПК G05F 1/70. публикация 20.01.2010, а на фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная заявляемого корректора коэффициента мощности.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a prototype corrector power factor according to the patent of Russian Federation No. 2379743, IPC G05F 1/70. publication 01/20/2010, and figure 2 shows the electric circuit diagram of the inventive power factor corrector.

Заявляемый корректор коэффициента мощности содержит мостовой выпрямитель 1, конденсатор 2, накопительный дроссель (трансформатор) 3, генератор тактовых импульсов 4, ключевой полевой транзистор 5, первый выпрямительный высокочастотный диод 6, первый выходной конденсатор 7, второй выходной конденсатор 8, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды 9 и 10.The inventive power factor corrector comprises a bridge rectifier 1, a capacitor 2, a storage choke (transformer) 3, a clock pulse generator 4, a key field effect transistor 5, a first high-frequency rectifier diode 6, a first output capacitor 7, a second output capacitor 8, a second and third high-frequency rectifier diodes 9 and 10.

Отличие заявляемого корректора коэффициента мощности от прототипа заключается в том, что он дополнительно содержит вспомогательный конденсатор 2 и выходной кондексатор 8, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды 9 и 10 и в нем исключены элементы, ухудшающие массогабаритные характеристики и КПД устройства: датчик тока, оба трансформатора, ограничитель напряжения, выходной резистивный делитель и четыре выпрямительных диода,The difference of the claimed power factor corrector from the prototype is that it additionally contains an auxiliary capacitor 2 and an output conductor 8, a second and third rectifier high-frequency diodes 9 and 10, and it eliminates elements that degrade the overall dimensions and efficiency of the device: current sensor, both transformers , a voltage limiter, an output resistive divider and four rectifier diodes,

Корректор коэффициента мощности работает следующим образом.The power factor corrector operates as follows.

Если частота fT тактового генератора 4 много больше частоты fс сети (fТ/fс≈103), то за один период тактовой частоты, ТT=1/fТ, сетевое напряжение практически не меняется:If the frequency f T of the clock generator 4 is much higher than the frequency fc of the network (f T / fc≈10 3 ), then for one period of the clock frequency, T T = 1 / f T , the mains voltage practically does not change:

[Uс(t+TТ)/Uс(t)]≤fТ/fс≈0[U s (t + T T ) / U s (t)] ≤f T / f s ≈0

Среднее значение силы пилообразного тока, потребляемого из сети за один период тактовой частоты при времени τT открытого состояния ключевого транзистора (5), определяется соотношением:The average value of the sawtooth current consumed from the network for one period of the clock frequency at a time τ T of the open state of the key transistor (5) is determined by the ratio:

Iср(TT)=τTUс(t)/2TTLдр=Uс(t)[kТ/2Lдр],I cf (T T ) = τ T U s (t) / 2T T L dr = U s (t) [k T / 2L dr ],

где Iср(TТ) - среднее за период тактовой частоты значение силы тока,where I cf (T T ) is the average current value for the period of the clock frequency,

Uс(t) - текущее значение напряжения питающей сети,U with (t) is the current value of the supply voltage,

Lдр - индуктивность дросселя 3,L dr - the inductance of the inductor 3,

kТТ/TТ - коэффициент заполнения тактовых импульсов.k T = τ T / T T - duty cycle fill factor.

Следовательно, средняя за период тактовых импульсов сила тока пропорциональна напряжению питающей сети, т.к. индуктивность дросселя определяется только его конструкцией при отсутствии насыщения сердечника.Therefore, the average current over a period of clock pulses is proportional to the voltage of the supply network, because the inductance of the inductor is determined only by its design in the absence of core saturation.

Форма тока, потребляемого из сети, пропорциональна мгновенному значению напряжения сети при постоянной в течение полупериода питающей сети скважности импульсов управления.The shape of the current consumed from the network is proportional to the instantaneous value of the network voltage at a constant duty cycle of the control pulses for half a period of the supply network.

Среднее значение силы тока, потребляемого из сети гармонического напряжения, также определяется только скважностью тактовых импульсов и амплитудой сетевого напряжения:The average value of the current drawn from the harmonic voltage network is also determined only by the duty cycle of the clock pulses and the amplitude of the network voltage:

Iср(Tс)=kТU/πLдр I cp (T a) = k T U mc / πL etc.

где U - амплитудное значение напряжения сети.where U ms is the amplitude value of the network voltage.

Максимальная сила тока в нагрузке не может выйти за пределы, определяемые максимальным значением коэффициента заполнения kТ=kТmax на уровне:The maximum current strength in the load cannot go beyond the limits determined by the maximum value of the fill factor k T = k Tmax at the level of:

Imах=U(t)[kТmax/2Lдр]I max = U ms (t) [k Тmax / 2L dr ]

Если сила тока, потребляемого из сети, не равна силе тока Iн нагрузки корректора коэффициента мощности (ККМ), то напряжение на накопительном конденсаторе ККМ изменяется:If the strength of the current consumed from the network is not equal to the current strength I n of the load of the power factor corrector (KKM), then the voltage at the storage capacitor KKM changes:

ΔUвых=[Iср(Tс)-Iн]Δt/Cвых ΔU out = [I av (T s ) -I n ] Δt / C out

где ΔUвых - изменение напряжения на выходном конденсаторе,where ΔU o - voltage change at the output capacitor,

Δt - время изменения напряжения,Δt is the voltage change time,

Свых - емкость выходного конденсатора.With o - the capacity of the output capacitor.

Т.е. при управлении ККМ нецелесообразно включать высоковольтные резистивные делители напряжения и резистивный датчик тока, теряя на них энергию:Those. when controlling KKM it is impractical to include high-voltage resistive voltage dividers and a resistive current sensor, losing energy on them:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

Достаточно лишь следить за выходным напряжением ККМ.It is enough to monitor the output voltage of the KKM.

Это позволяет упростить ККМ (см. фиг.2).This allows you to simplify the CMC (see figure 2).

Корректор работает следующим образом.The corrector works as follows.

Входное напряжение (переменное или постоянное) подается на мостовой выпрямитель 1, с него через последовательно соединенный дроссель 3 и выпрямительный диод 6 поступает на последовательно соединенные высоковольтный 7 и низковольтный 8 конденсатор, выполняющие функции делителя выходного напряжения и накопителя энергии для питания нагрузки. Напряжение, возникающее на конденсаторе 8, используется для питания устройства 4 управления транзистором 5. Транзистор включен стоком к точке соединения дросселя 3 (вывод 2) с анодом диода 6, а истоком к минусу выпрямителя 1. После зарядки конденсатора 8 (за время <10 мс) начинает работать генератор 4 и транзистор 5. Импульсы, возникающие на стоке транзистора 5, выпрямляются диодом 6 и заряжают конденсаторы 7 и 8 до напряжения, превышающего максимальную амплитуду сетевого питающего напряжения. Импульсное напряжение, возникающее на дросселе 3 (обмотка I, выводы 1-2), с помощью вспомогательной обмотки II (выводы 3-4), конденсатора 2 и выпрямительных диодов 9-10, подзаряжает конденсатор 8. Напряжение конденсатора 8 является постоянной частью выходного напряжения, зависящей только от соотношения числа витков в обмотках дросселя и остаточного напряжения на диодах 9-10, используется для питания устройства управления 4 и для изменения скважности импульсов, формируемых генератором.The input voltage (AC or DC) is supplied to the bridge rectifier 1, from it through a series-connected inductor 3 and a rectification diode 6 is supplied to a series-connected high-voltage 7 and low-voltage 8 capacitor, which perform the functions of the output voltage divider and energy storage device to supply the load. The voltage occurring on the capacitor 8 is used to power the device 4 for controlling the transistor 5. The transistor is connected by drain to the connection point of the inductor 3 (terminal 2) with the anode of the diode 6, and the source to the minus of the rectifier 1. After charging the capacitor 8 (in time <10 ms ) the generator 4 and the transistor 5 begin to work. The pulses arising on the drain of the transistor 5 are rectified by the diode 6 and charge the capacitors 7 and 8 to a voltage exceeding the maximum amplitude of the mains supply voltage. The pulse voltage arising on the inductor 3 (winding I, terminals 1-2), using the auxiliary winding II (terminals 3-4), the capacitor 2 and the rectifier diodes 9-10, charges the capacitor 8. The voltage of the capacitor 8 is a constant part of the output voltage , depending only on the ratio of the number of turns in the inductor windings and the residual voltage on the diodes 9-10, is used to power the control device 4 and to change the duty cycle of the pulses generated by the generator.

Заявленное изобретение, позволяет увеличить КПД устройства, не требует резистивных делителей напряжения и датчика тока, что значительно упрощает логику и структуру схемы, снижает потери энергии и повышает надежность устройства.The claimed invention allows to increase the efficiency of the device, does not require resistive voltage dividers and a current sensor, which greatly simplifies the logic and structure of the circuit, reduces energy loss and increases the reliability of the device.

Claims (1)

Корректор коэффициента мощности, содержащий последовательно соединенные мостовой выпрямитель, накопительный дроссель-трансформатор, первый выпрямительный высокочастотный диод, вспомогательный и выходной конденсаторы, генератор тактовых импульсов, ключевой полевой транзистор; ключевой полевой транзистор с накопительным дросселем-трансформатором и первым выпрямительным высокочастотным диодом, а также с мостовым выпрямителем; последовательно соединенные накопительный дроссель-трансформатор, выходной конденсатор, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды и выходной конденсатор, отличающийся тем, что выходной высоковольтный конденсатор включен последовательно со сглаживающим конденсатором низковольтного выпрямителя, что обеспечивает запуск и питание генератора, а управление скважностью генератора тактовых импульсов осуществляется напряжением, снимаемым от полумостового выпрямителя питания генератора тактовых импульсов, которое является постоянной частью выходного напряжения корректора, что позволяет исключить резистивный с тепловыми потерями делитель выходного напряжения без потери работоспособности корректора. A power factor corrector comprising a bridge rectifier connected in series, a storage choke-transformer, a first high-frequency rectifier diode, auxiliary and output capacitors, a clock generator, a key field-effect transistor; a key field-effect transistor with a storage choke-transformer and the first high-frequency rectifier diode, as well as with a bridge rectifier; a series-connected storage inductor-transformer, output capacitor, second and third rectifier high-frequency diodes and an output capacitor, characterized in that the output high-voltage capacitor is connected in series with the smoothing capacitor of the low-voltage rectifier, which provides start-up and power supply to the generator, and the duty cycle of the clock generator is controlled by voltage removed from the half-bridge rectifier power supply of the clock generator, which is constant part of the output voltage corrector that allows to eliminate heat losses from resistive divider output voltage corrector without loss of efficiency.
RU2011117851A 2011-05-03 Power coefficient corrector RU2473109C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117851A RU2473109C1 (en) 2011-05-03 Power coefficient corrector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117851A RU2473109C1 (en) 2011-05-03 Power coefficient corrector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011117851A RU2011117851A (en) 2012-11-10
RU2473109C1 true RU2473109C1 (en) 2013-01-20

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697049C1 (en) * 2018-07-06 2019-08-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Control method of alternating voltage to constant voltage converter and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697049C1 (en) * 2018-07-06 2019-08-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Control method of alternating voltage to constant voltage converter and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9263939B2 (en) Capacitor discharging circuit and converter
KR102113936B1 (en) Methods, circuits and devices for energy management of tribological nanogenerators
CN101499675B (en) Charging circuit and power supply system
US20100181963A1 (en) Battery Charger and Method for its Operation
US20190334430A1 (en) Snubber circuit and power conversion system including same
TWI445297B (en) Power supply
CN104158400A (en) Modularized high-pressure power supply circuit
EP2937979A1 (en) Single-pole switch power source
TWI542127B (en) Active buck power factor correction device
Gurusinghe et al. Energy-limited transient-mode fast supercapacitor charger topology
Burlaka et al. Bidirectional single stage isolated DC-AC converter
US10917004B2 (en) Snubber circuit and power conversion system using same
US12040618B2 (en) Power conversion system including a second circuit being configured to control a current or power such that the current or the power is synchronized with power ripples caused by the AC power supply or the AC load
KR20140096948A (en) Single Power Stage Power Factor Correction Circuit
EP2680418B1 (en) A common-core power factor correction resonant converter
RU2473109C1 (en) Power coefficient corrector
US20150256098A1 (en) Mains power converter, and methods of operating and equipment incorporating the same
Jiang et al. A single-stage 6.78 MHz transmitter with the improved light load efficiency for wireless power transfer applications
RU2464692C1 (en) Voltage converter (versions)
RU2571952C1 (en) Corrector of power ratio
JP6470832B2 (en) Power converter and initial charging method thereof
CN210111875U (en) Switching power supply of voltage stabilizer
CN203801099U (en) Power circuit and microwave oven
CN207801754U (en) A kind of circuit of power factor correction for Switching Power Supply
Al Hassan Power Efficient Battery Charger by Using Constant Current/Constant Voltage Controller