RU2807665C1 - Корректор коэффициента мощности - Google Patents
Корректор коэффициента мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807665C1 RU2807665C1 RU2023108433A RU2023108433A RU2807665C1 RU 2807665 C1 RU2807665 C1 RU 2807665C1 RU 2023108433 A RU2023108433 A RU 2023108433A RU 2023108433 A RU2023108433 A RU 2023108433A RU 2807665 C1 RU2807665 C1 RU 2807665C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- series
- winding
- power factor
- terminals
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для коррекции коэффициента мощности, преобразования и регулирования постоянного выходного напряжения. Технический результат - формирование постоянного выходного напряжения из переменного входного напряжения с помощью одного преобразователя напряжения, объединяющего в себе функции повышающего регулятора (Boost Converter) и преобразователя постоянного напряжения в постоянное (DC-DC Converter), осуществляющего электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, обеспечение синфазности тока с переменным напряжением, упрощение цепи управления преобразователем напряжения, улучшение показателей корректора коэффициента мощности. Устройство содержит первичную обмотку 1 силового трансформатора 3, подключенную через регулирующий ключ 2 реализованный в виде (MOSFET), управляющий электрод которого подключен к широтно-импульсному контроллеру 11 и выводам выпрямительного моста, вторичные обмотки 4, 9 которого через выпрямительные диоды 5, 8 подключены к последовательно включенным конденсаторам фильтра 6, 7, параллельно которым включена нагрузка 10. В предлагаемом корректоре коэффициента мощности начало первичной обмотки 1 силового трансформатора 3 соединено с положительным полюсом выпрямительного моста, второй полюс которого через регулирующий ключ 2 подключен к отрицательному полюсу выпрямительного моста. С началом вторичной обмотки 4 силового трансформатора 3 соединен анод выпрямительного диода 5, катод которого подключен к одному из выводов конденсатора 6. Второй вывод конденсатора 6 подключен к концу обмотки 4. Конец обмотки 4 подключен к одному из выводов конденсатора 7, второй вывод которого подключен к аноду выпрямительного диода 8, катод которого подключен к началу обмотки 9, конец которой подключен к концу обмотки 4. Параллельно последовательно включенным конденсаторам 6 и 7 включена нагрузка 10. Управляющий электрод регулирующего ключа 2, подключен к широтно-импульсному контроллеру 11. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для коррекции коэффициента мощности, преобразования и регулирования постоянного выходного напряжения.
Известны корректоры коэффициента мощности [Robert W. Erickson Fundamentals of Power Electronics стр. 603 Фиг. 17.11].
Недостатком известных корректоров коэффициента мощности является использование двухкаскадных устройств, включающих в себя повышающий регулятор (Boost Converter), к выходу которого подключен преобразователь постоянного напряжения в постоянное (DC-DC Converter), осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня выходного напряжения.
Вторым недостатком известных корректоров коэффициента мощности является сложность управлениям таким корректором коэффициента мощности.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству корректор коэффициента мощности, приведенный в книге [Robert W. Erickson Fundamentals of Power Electronics стр. 603 Фиг. 17.11], в котором к источнику переменного напряжения через выпрямительный мост подключен корректор коэффициента мощности, включающий в себя повышающий регулятор (Boost Converter) со своей схемой управления, к выходу которого подключен преобразователь постоянного напряжения в постоянное (DC-DC Converter), осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, к которому подключена нагрузка со своей схемой управления.
Недостатками этого корректора коэффициента мощности являются использование двух каскадов преобразования электрической энергии, включающих в себя повышающий регулятор (Boost Converter) и преобразователь постоянного напряжения в постоянное (DC-DC Converter), осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, а также необходимость использования двух устройств управления повышающим регулятором (Boost Converter) и преобразователем постоянного напряжения в постоянное (DC-DC Converter), что создает сложность управления таким корректором коэффициента мощности.
Цель изобретения - формирование постоянного выходного напряжения из переменного входного напряжения с помощью одного преобразователя напряжения, объединяющего в себе функции повышающего регулятора (Boost Converter) и преобразователя постоянного напряжения в постоянное (DC-DC Converter), осуществляющего электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, обеспечение синфазности тока с переменным напряжением, упрощение цепи управления преобразователем напряжения, улучшение показателей корректора коэффициента мощности.
Поставленная цель достигается тем, что вместо повышающего регулятора (Boost Converter) к выходным зажимам выпрямительного моста, подключается первичная обмотка трансформатора с последовательно включенным регулирующим ключом, вторичные обмотки которого через выпрямительные диоды подключены к емкостным фильтрам и нагрузке, а управляющий электрод регулирующего ключа подключен к устройству управления.
На фиг. 1, 2, 3 и 4 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого корректора коэффициента мощности. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема корректора коэффициента мощности; на фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема корректора коэффициента мощности с введением дополнительной линейной индуктивности последовательно с одной из вторичных обмоток трансформатора; на фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема корректора коэффициента мощности с введением дополнительной линейной индуктивности, включенной параллельно одной из обмоток трансформатора, например, вторичной обмотке; на фиг. 4 представлена принципиальная электрическая схема корректора коэффициента мощности с введением дополнительного многозвенного фильтра.
В нем (фиг. 1) начало первичной обмотки 1 силового трансформатора 3 соединено с положительным полюсом выпрямительного моста, второй полюс которого через регулирующий ключ 2 подключен к отрицательному полюсу выпрямительного моста. С началом вторичной обмотки 4 силового трансформатора 3 соединен анод выпрямительного диода 5, катод которого подключен к одному из выводов конденсатора 6. Второй вывод конденсатора 6 подключен к концу обмотки 4. Конец обмотки 4 подключен к одному из выводов конденсатора 7, второй вывод которого подключен к аноду выпрямительного диода 8, катод которого подключен к началу обмотки 9, конец которой подключен к концу обмотки 4. Параллельно последовательно включенным конденсаторам 6 и 7 включена нагрузка 10. Управляющий электрод регулирующего ключа 2, подключен к широтно-импульсному контроллеру 11.
На фиг. 2 последовательно с началом вторичной обмотки 4 включена линейная индуктивность 12.
На фиг. 3 параллельно вторичной обмотке 4 силового трансформатора 3 подключена дополнительно введенная линейная индуктивность 13.
На фиг. 4 параллельно последовательно включенным конденсаторам 6 и 7 включен дополнительно введенный фильтр, составленный из последовательно соединенных Г-образного LC-фильтра 14, параллельного резонансного контура 15, число которых может быть и больше одного и конденсатора 16, параллельно которому включена нагрузка 10.
Принцип действия предлагаемого корректора коэффициента мощности рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 3. Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 2.
Допустим, что в момент рассмотрения работы корректора коэффициента мощности от источника переменного напряжения поступает положительная полуволна синусоидального напряжения, которая выпрямляется выпрямительным мостом. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 2 протекают одновременно два процесса, один из которых связан с накоплением энергии в индуктивности намагничивания трансформатора 3, включенного последовательно с ключом 2 и источником выпрямленного переменного напряжения, а второй процесс связан с прямой передачей энергии в нагрузку через прямосмещенный выпрямительный диод 5 и вторичную обмотку 4.
Величина тока через выпрямительный диод 7 определяется балансом зарядов конденсатора 6 на интервалах времени DT и (1-D)T, т.е. на интервалах времени включенного и выключенного состояния ключа 2.
После выключения ключа 2 на интервале времени (1-D)T напряжение на обмотках трансформатора 3 изменяет знак. Вследствие этого выпрямительный диод 5 закрывается, а диод 8 открывается и накопленная энергия на интервале времени DT в индуктивности намагничивания силового трансформатора 3 выводится через вторичную обмотку 9 трансформатора 3 в конденсатор 7, что приводит к восстановлению трансформатора 3.
Разделение функций вторичных обмоток трансформатора 3, действующих на интервалах времени DT и (1-D)T, позволяет более эффективно управлять электромагнитными процессами преобразователя напряжения.
При изменении полярности источника входного напряжения все описанные выше процессы повторяются.
Сумма напряжений на конденсаторах 6 и 7 является выходным напряжением на нагрузке 10.
Введение дополнительной линейной индуктивности 12 последовательно с вторичной обмоткой 4 трансформатора 3 (фиг. 2) позволяет эффективно ограничить максимальный ток через диод 7 и обеспечить включение регулирующего ключа 2 на нулевое значение тока.
Введение дополнительной линейной индуктивности 13, включенной параллельно вторичной обмотке 4 силового трансформатора 3 (фиг. 3) позволяет ослабить жесткую связь индуктивности намагничивания силового трансформатора 3 с числом его витков, геометрией и зазором.
Низкочастотный источник переменного входного напряжения вносит дополнительные низкочастотные пульсации в выходное постоянное напряжение, что нежелательно для ряда нагрузок, например, светодиодных осветительных приборов, что устраняется введением дополнительного многозвенного фильтра (фиг. 4), составленного из Г-образного LC-фильтра 14, одного или нескольких звеньев параллельных резонансных фильтров 15 и емкостного фильтра 16.
Таким образом, предлагаемый корректор коэффициента мощности позволяет по сравнению с известным устройством осуществить в одном силовом блоке электрическую развязку выходного постоянного напряжения от переменного входного напряжения, обеспечить синфазность тока и переменного входного напряжения, обеспечить включение регулирующего ключа на нулевой ток, ослабить или исключить низкочастотные пульсации в выходном постоянном напряжении и упростить управление корректором коэффициента мощности.
Claims (3)
1. Корректор коэффициента мощности, содержащий дроссель, обмотка которого через регулирующий ключ подключена к выходным выводам выпрямительного моста, вход которого подключен к источнику входного переменного напряжения, параллельно регулирующему ключу включена цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и первичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что введены два диода и два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трансформатор содержит две встречно последовательно соединенные вторичные обмотки, первая из которых через первый диод подключена к первому конденсатору фильтра, а вторая вторичная обмотка трансформатора через второй диод подключена к второму конденсатору фильтра, крайние выводы цепи из последовательно соединенных конденсаторов фильтра, соединены с разноименными полюсами соответствующих диодов и являются выводами для подключения нагрузки, а к управляющему электроду регулирующего ключа подключен управляющий широтно-импульсный контроллер.
2. Корректор коэффициента мощности по п. 1, отличающийся тем, что введена дополнительная линейная индуктивность, включенная последовательно с вторичной обмоткой трансформатора, работающей на интервале времени включенного состояния регулирующего ключа.
3. Корректор коэффициента мощности по п. 1, отличающийся тем, что между крайними выводами цепи из последовательно соединенных конденсаторов фильтра и выводами для подключения нагрузки введен дополнительный многозвенный фильтр, выполненный из последовательно соединенных Г-образного LC-фильтра, параллельного резонансного контура, состоящего из одного или нескольких звеньев, и дополнительного конденсатора, параллельно которому включена нагрузка.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807665C1 true RU2807665C1 (ru) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2827585C1 (ru) * | 2024-04-08 | 2024-09-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Магнитносвязанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и оптимизированным блоком стабилизации постоянного выходного напряжения |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1252902C (zh) * | 2000-03-24 | 2006-04-19 | 斯罗博丹·卡克 | 无损耗开关变换器、电源转换方法和减少直流能量存储的方法 |
US7126831B2 (en) * | 2003-05-23 | 2006-10-24 | Rohm Co. Ltd. | DC-AC converter, and method for supplying AC power |
RU89910U1 (ru) * | 2009-07-06 | 2009-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) | Преобразователь переменного тока |
US8674544B2 (en) * | 2009-01-26 | 2014-03-18 | Geneva Cleantech, Inc. | Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network |
RU138417U1 (ru) * | 2013-09-27 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей "ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ" | Регулятор передаваемой мощности с функцией активного фильтра |
RU2720711C1 (ru) * | 2019-08-26 | 2020-05-12 | Сергей Владимирович Дроздецкий | Корректор коэффициента мощности с псевдонепрерывным током индуктивного накопителя |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1252902C (zh) * | 2000-03-24 | 2006-04-19 | 斯罗博丹·卡克 | 无损耗开关变换器、电源转换方法和减少直流能量存储的方法 |
US7126831B2 (en) * | 2003-05-23 | 2006-10-24 | Rohm Co. Ltd. | DC-AC converter, and method for supplying AC power |
US8674544B2 (en) * | 2009-01-26 | 2014-03-18 | Geneva Cleantech, Inc. | Methods and apparatus for power factor correction and reduction of distortion in and noise in a power supply delivery network |
RU89910U1 (ru) * | 2009-07-06 | 2009-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) | Преобразователь переменного тока |
RU138417U1 (ru) * | 2013-09-27 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей "ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ" | Регулятор передаваемой мощности с функцией активного фильтра |
RU2720711C1 (ru) * | 2019-08-26 | 2020-05-12 | Сергей Владимирович Дроздецкий | Корректор коэффициента мощности с псевдонепрерывным током индуктивного накопителя |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2827585C1 (ru) * | 2024-04-08 | 2024-09-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Магнитносвязанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и оптимизированным блоком стабилизации постоянного выходного напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10833594B2 (en) | System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding | |
TWI407677B (zh) | Power conversion device | |
US20090303762A1 (en) | Power factor correction rectifier that operates efficiently over a range of input voltage conditions | |
US8488346B2 (en) | Power conversion apparatus and method | |
KR20030052989A (ko) | 스위칭 전원장치 | |
JPH11243646A (ja) | 充電器用のコンバータ回路 | |
WO2019102474A1 (en) | Constant frequency dc/dc power converter | |
US11245338B2 (en) | Alternating current-direct current conversion circuit, alternating current-direct current conversion method and charger | |
US6252782B1 (en) | Switching power supply utilizing magnetically coupled series inductors | |
RU2807665C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
RU2806674C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
RU2805046C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
US11264915B2 (en) | AC-DC converter and AC-DC rectifier | |
RU2802914C1 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение | |
KR20100055233A (ko) | 전력변환장치용 3상 전류형 하프-브리지 dc-dc 컨버터 | |
RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2815076C1 (ru) | Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2815910C1 (ru) | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2815911C1 (ru) | Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2822282C1 (ru) | Трансформаторный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2815075C1 (ru) | Высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2825889C1 (ru) | Однотактный преобразователь постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку | |
RU2833063C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2818295C1 (ru) | Квазидвухтактный однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2833064C1 (ru) | Магнитносвязанный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием |