Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2807665C1 - Корректор коэффициента мощности - Google Patents

Корректор коэффициента мощности Download PDF

Info

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
Application number
RU2023108433A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Григорьевич Поликарпов
Владимир Анатольевич Поликарпов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Application granted granted Critical
Publication of RU2807665C1 publication Critical patent/RU2807665C1/ru

Links

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.
RU2023108433A 2023-04-04 Корректор коэффициента мощности RU2807665C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807665C1 true RU2807665C1 (ru) 2023-11-21

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US8233298B2 (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