Includerea sarcinilor neliniare în rețeaua de curent alternativ, de exemplu, lămpi cu lămpi cu descărcare în gaz, motoare electrice controlate, surse de alimentare în comutare duce la faptul că curentul consumat de aceste dispozitive are un caracter pulsat cu un procent mare de mare armonici. Din acest motiv, pot apărea probleme EMC la operarea diferitelor echipamente. De asemenea, duce la o scădere a puterii active a rețelei.

Pentru a preveni astfel de efecte negative asupra rețelelor de alimentare cu energie electrică din Europa și SUA, standardul IEC IEC 1000-3-2, care determină normele pentru componentele armonice ale consumului de curent și factorului de putere pentru sistemele de alimentare cu o putere mai mare de 50 W și toate tipurile de echipamente de iluminat. Începând cu anii 80 ai secolului trecut și până în prezent, aceste standarde au fost înăsprite constant, ceea ce a determinat necesitatea unor măsuri speciale și a împins dezvoltatorii de echipamente să dezvolte diferite opțiuni pentru scheme care oferă o creștere a factorului de putere.

Începând cu anii 80 ai secolului trecut, în țările menționate mai sus, au început să fie dezvoltate și utilizate în mod activ microcircuite, pe baza cărora se pot crea cu ușurință corectoare de factor de putere simple pentru redresoare și balasturi electronice.

În Uniunea Sovietică, și mai târziu în Federația Rusă, nu au fost impuse astfel de restricții consumatorilor de energie electrică. Din acest motiv, îmbunătățirea factorului de putere a primit puțină atenție în literatura tehnică. În ultimii ani, situația s-a schimbat oarecum, în mare parte datorită disponibilității componentelor electronice importate, a căror utilizare face posibilă crearea de circuite corectoare active care sunt fiabile în funcționare și ieftine ca cost.

Puterea de distorsiune și factorul de putere generalizat

Impactul negativ asupra rețelei de alimentare este determinat de două componente: distorsiunea formei curentului rețelei de alimentare și consumul de putere reactivă. Gradul de influență a consumatorului asupra rețelei de alimentare depinde de puterea acesteia.

Distorsiunea formei curentului se datorează faptului că curentul la intrarea convertorului supapei este nesinusoidal (Figura 1). Curenții nesinusoidali creează căderi de tensiune nesinusoidale pe rezistența internă a rețelei de alimentare, provocând denaturarea formei tensiunii de alimentare. Tensiunile de rețea nesinusoidale sunt descompuse într-o serie Fourier în componente sinusoidale impare ale armonicilor superioare. Prima este cea principală (cea care ar trebui să fie în mod ideal), a treia, a cincea etc. Armonicele mai înalte au un efect extrem de negativ asupra multor consumatori, obligându-i să folosească măsuri speciale (adesea foarte costisitoare) pentru a le neutraliza.

Orez. unu.

Consumul de putere reactivă duce la o întârziere a curentului de la tensiune cu un unghi (Figura 2). Puterea reactivă este consumată de redresoarele care folosesc tiristoare cu o singură funcționare, care întârzie momentul pornirii față de punctul de comutare naturală, ceea ce face ca curentul să rămână în urma tensiunii. Dar și mai multă putere reactivă este consumată de motoarele electrice asincrone, care au o natură predominant inductivă a sarcinii. Acest lucru implică pierderi colosale de putere utilă, pentru care, în plus, nimeni nu vrea să plătească - contoarele de energie electrică de uz casnic numără doar puterea activă.

Orez. 2.

Pentru a descrie efectul convertorului asupra rețelei de alimentare, se introduce conceptul de putere totală:

, Unde:

- valoarea efectivă a stresului primar,

- valoarea efectivă a curentului primar,

, - valorile efective ale tensiunii și curentului armonicii primare,

Valori efective ale tensiunilor și curenților armonicilor superioare.

Dacă tensiunea primară este sinusoidală - , atunci:

,

,

ϕ 1 este unghiul de fază dintre tensiunea sinusoidală și prima armonică a curentului.

N este puterea de distorsiune cauzată de fluxul de curenți armonici mai mari în rețea. Puterea medie pe perioada datorată acestor armonici este zero, deoarece frecvențele tensiunii armonice și primare nu se potrivesc.

Armonice mai mari ale curenților provoacă interferențe în echipamentele sensibile și pierderi suplimentare de curenți turbionari la transformatoarele de rețea.

Pentru convertoarele cu supapă se introduce conceptul de factor de putere χ, care caracterizează efectul puterii reactive și al puterii de distorsiune:

,

este factorul de distorsiune al curentului primar.

Astfel, este evident că factorul de putere depinde de unghiul decalajului curentului față de tensiune și de mărimea armonicilor superioare ale curentului.

Tehnici de îmbunătățire a factorului de putere

Există mai multe modalități de a reduce influența negativă a convertorului asupra rețelei de alimentare. Aici sunt câțiva dintre ei:

Folosind controlul de fază în mai multe etape (Figura 3).

Orez. 3.

Utilizarea unui redresor cu prize de la un transformator duce la o creștere a numărului de pulsații pe perioadă. Cu cât sunt mai multe prize de la transformator, cu atât este mai mare numărul de ondulații pe perioadă, cu atât forma de undă a curentului de intrare este mai aproape de sinusoidală. Un dezavantaj semnificativ al acestei metode este costul ridicat și dimensiunile unui transformator cu un număr suficient de robinete (pentru a obține efectul, trebuie să existe mai multe decât în ​​figură). Realizarea unui element sinuos de o asemenea complexitate este o sarcină foarte dificilă care nu se pretează bine automatizării - de aici și prețul. Și dacă sursa de alimentare secundară dezvoltată este la scară mică, atunci această metodă este fără ambiguitate inacceptabilă.

Orez. 4.

Creșterea fazei redresorului. Metoda duce la o creștere a numărului de pulsații pe perioadă. Dezavantajul acestei metode este un design foarte complex al transformatorului, un redresor scump și voluminos. În plus, nu toți consumatorii au o rețea trifazată.

Utilizare corectori ai factorului de putere (PFC)... Există PFC-uri electronice și non-electronice. Compensatoarele electromagnetice de putere reactivă sunt utilizate pe scară largă ca KKM neelectronice - motoare sincrone care generează putere reactivă în rețea. Evident, din motive evidente, astfel de sisteme nu sunt potrivite pentru un consumator casnic. Electronic KKM - un sistem de soluții de circuite concepute pentru a crește factorul de putere - este, poate, cea mai optimă soluție pentru consumul casnic.

Principiul funcționării KKM

Sarcina principală a KKM este reducerea la zero a decalajului curentului consumat de la tensiunea din rețea, menținând în același timp forma sinusoidală a curentului. Pentru a face acest lucru, este necesar să luați curent din rețea nu la intervale scurte, ci pe întreaga perioadă de funcționare. Puterea extrasă de la sursă trebuie să rămână constantă chiar dacă tensiunea rețelei se modifică. Aceasta înseamnă că atunci când tensiunea rețelei scade, curentul de sarcină trebuie crescut și invers. În aceste scopuri sunt adecvate convertoarele cu stocare inductivă și transfer de energie pe un retur.

Metodele de corecție pot fi împărțite aproximativ în frecvență joasă și frecvență înaltă. Dacă frecvența corectorului este mult mai mare decât frecvența rețelei, este un corector de înaltă frecvență, altfel este unul de joasă frecvență.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui corector de putere tipic (Figura 5). Pe semiundă pozitivă, în momentul în care tensiunea rețelei trece de zero, tranzistorul VT1 se deschide, curentul trece prin circuitul L1-VD3-VD8. După oprirea tranzistorului VT1, șocul începe să renunțe la energia stocată în el, prin diodele VD1 și VD6 în condensatorul de filtrare și încărcare. Cu o jumătate de undă negativă, procesul este similar, doar alte perechi de diode funcționează. Ca urmare a folosirii unui astfel de corector, consumul de curent are un caracter pseudo-sinusoidal, iar factorul de putere ajunge la 0,96 ... 0,98. Dezavantajul acestei scheme este dimensiunea mare din cauza utilizării unui choke de joasă frecvență.

Orez. 5.

Creșterea frecvenței KKM vă permite să reduceți dimensiunea filtrului (Figura 6). Când întrerupătorul de alimentare VT1 este deschis, curentul din șocul L1 crește liniar - în timp ce dioda VD5 este închisă, iar condensatorul C1 este descărcat la sarcină.

Orez. 6.

Apoi tranzistorul se oprește, tensiunea de la șocul L1 pornește dioda VD5 și șocul dă energia stocată condensatorului, în timp ce furnizează simultan sarcina (Figura 7). În cel mai simplu caz, circuitul funcționează cu un ciclu de lucru constant. Există modalități de a crește eficiența corecției prin modificarea dinamică a ciclului de funcționare (adică prin potrivirea ciclului la nivelul de tensiune al redresorului de rețea).

Orez. 7. Forme de tensiuni și curenți de PFC de înaltă frecvență: a) cu frecvență de comutare variabilă, b) cu frecvență de comutare constantă

Microcircuite pentru construirea corectoarelor de înaltă performanță de la STMicroelectronics

Având în vedere capacitățile industriei electronice moderne, PFC-urile de înaltă frecvență sunt cea mai bună alegere. Performanța integrală a întregului corector de putere sau a părții sale de control a devenit, de fapt, standardul. În prezent, există o varietate mai mare de microcircuite de control pentru construirea circuitelor PFC produse de diverși producători. Dintre toată această varietate, merită să acordați atenție microcircuitelor L6561 / 2/3 produse de STMicroelectronics (www.st.com).

L6561, L6562 și L6563- o serie de microcircuite special concepute de inginerii STMicroelectronics pentru a construi corectoare de factor de putere extrem de eficiente (Tabelul 1).

Tabelul 1. Microcircuite corectoare de factor de putere

Nume	Voltaj sursa de alimentare, V	Actual incluziuni, μA	Curent de consum în modul activ, mA	Consumul de curent în standby, mA	Curent de polarizare de ieșire, μA	Timp de creștere a curentului comutatorului de alimentare, ns	Timp de scădere a curentului comutatorului de alimentare, ns
L6561	11…18	50	4	2,6	-1	40	40
L6562	10,3…22	40	3,5	2,5	-1	40	30
L6563	10,3…22	50	3,8	3	-1	40	30

Pe baza L6561 / 2/3, poate fi construit un corector ieftin, dar eficient (Figura 8). Datorită sistemului de control predictiv încorporat, dezvoltatorii au reușit să atingă o precizie ridicată a reglarii tensiunii de ieșire (1,5%), controlată de amplificatorul de nepotrivire încorporat.

Orez. opt.

Este asigurata posibilitatea de interactiune cu un convertor DC/DC conectat la corector. Această interacțiune constă în oprirea convertorului de către microcircuit (dacă suportă o astfel de posibilitate) în cazul unor condiții externe nefavorabile (supraîncălzire, supratensiune). Pe de altă parte, convertorul poate iniția și pornirea și oprirea microcircuitului. Driverul încorporat vă permite să conduceți MOSFET-uri sau IGBT-uri puternice. Potrivit producătorului, pe baza LP6561 / 2/3, se poate realiza o sursă de alimentare cu o putere de până la 300 W.

Spre deosebire de analogii de la alți producători, LP6561 / 2/3 sunt echipate cu circuite speciale care reduc conductivitatea distorsiunii curentului de intrare care apare atunci când tensiunea de intrare ajunge la zero. Cauza principală a acestei interferențe este „zona moartă” care apare în timpul funcționării unei punți de diode, când toate cele patru diode sunt închise. O pereche de diode care funcționează pe o jumătate de undă pozitivă s-a dovedit a fi închisă din cauza unei modificări a polarității tensiunii de alimentare, iar cealaltă pereche nu a reușit încă să se deschidă din cauza propriei capacități de barieră. Acest efect este sporit în prezența unui condensator de filtru situat în spatele punții de diode, care, atunci când polaritatea sursei este inversată, păstrează o anumită tensiune reziduală, ceea ce nu permite diodelor să se deschidă în timp. Astfel, este evident că curentul nu curge în aceste momente, forma lui este distorsionată. Utilizarea de noi controlere PFC poate reduce semnificativ timpul de „zonă moartă”, reducând astfel distorsiunea.

În unele cazuri, ar fi foarte convenabil să controlați tensiunea de ieșire furnizată convertorului DC / DC folosind un PFC. L6561 / 2/3 permit acest control, denumit „control boost de urmărire”. Pentru a face acest lucru, instalați pur și simplu un rezistor între pinul TBO și GND.

Trebuie remarcat faptul că toate cele trei microcircuite sunt compatibile cu pin între ele. Acest lucru poate simplifica foarte mult designul plăcii de circuit imprimat a dispozitivului.

Deci, se pot distinge următoarele caracteristici ale microcircuitelor L6561 / 2/3:

protectie configurabila la supratensiune;

curent de pornire ultra-scăzut (mai puțin de 50 μA);

curent de repaus scăzut (mai puțin de 3 mA);

gamă largă de tensiuni de intrare;

filtru incorporat care mareste sensibilitatea;

capacitatea de a se deconecta de la sarcină;

capacitatea de a controla tensiunea de ieșire;

capacitatea de a interacționa direct cu convertorul.

Concluzie

În prezent, există cerințe stricte pentru respectarea măsurilor de siguranță și economie a dispozitivelor electronice moderne. În special, la proiectarea surselor de alimentare cu comutație moderne, este necesar să se țină cont de standardele adoptate oficial. IEC 1000-3-2 este standardul pentru orice sursă de alimentare comutată de mare putere, deoarece definește limitele curentului armonic și al factorului de putere pentru sistemele de putere de peste 50 W și toate tipurile de echipamente de iluminat. Prezența unui corector de factor de putere ajută la îndeplinirea cerințelor acestui standard, adică. prezența sa într-o sursă de alimentare puternică este o necesitate simplă. L6561 / 2/3 este alegerea optimă pentru construirea unui corector de factor de putere eficient și în același timp ieftin.

Obtinere informatii tehnice, comanda mostre, livrare - e-mail:

Despre ST Microelectronics

I.P. Sidorov Yu.A.

Atenţie. Tensiune înaltă, care pune viața în pericol.

Atenție atunci când implementați diagrama de mai sus a corectorului factorului de putere, trebuie să aveți experiență de lucru cu tensiuni care pun viața în pericol și să fiți extrem de atenți.

circuitul funcționează cu o tensiune care pune viața în pericol de 400 volți

Dacă se comite greșeli în timpul asamblarii, tensiunea din circuit poate ajunge la 1000 de volți sau mai mult.

În momentul pornirii și verificării circuitului asamblat, trebuie să folosiți ochelari de protecție.

Schema electrică schematică (corectată) a corectorului factorului de putere este prezentată în Fig. unu.

orez. 1.Corrector factor de putere - diagramă. deschis la dimensiuni mari
Diagrama anterioară este deschis la dimensiuni mari

Pe diagramă, unitățile funcționale sunt marcate cu blocuri colorate:

• Maro - filtru de zgomot;
• Albastru - modul soft-start;
• Roșu - alimentare internă;
• Verde - corector factor de putere;
• Albastru - modul pentru monitorizarea parametrilor de funcționare;
• Galben - modul de activare a ventilatorului de răcire forțată.

Pe versiunea revizuită a diagramei se notează (disponibil în dimensiuni mari):
dreptunghi roșu - elemente noi ale circuitului;
oval verde - noi puncte de conectare a condensatoarelor C3 și C4.

Un filtru de interferență protejează rețeaua de alimentare împotriva interferențelor generate de comutarea tranzistoarelor cheie. De asemenea, filtrul protejează circuitul de zgomotul de la rețea și de supratensiunile rețelei.

Modulul de pornire progresivă limitează consumul de curent din rețeaua de alimentare la momentul încărcării inițiale a condensatoarelor electrolitice de ieșire. Acest modul generează un semnal KKM_SUCCESS inversat. Când apare un semnal (deoarece semnalul este inversat - momentul în care tensiunea scade sub 1V), puteți porni sarcina conectată la ieșirea corectorului factorului de putere. Dacă acest semnal este ignorat, unele elemente ale circuitului pot eșua.

Sursa de alimentare internă generează o tensiune constantă de 15V (sunt permise toleranțe +/- 2V). Această tensiune este utilizată pentru alimentarea circuitelor interne PFC.

Corectorul factorului de putere este partea principală a circuitului. KKM este realizat pe controlerul ir1155s, frecvența de funcționare în acest circuit este de 160 kHz (abaterile sunt +/- 5 kHz). Pentru a amplifica curenții de control ai tranzistoarelor de comutare, se utilizează un driver tc4420 cu un singur canal, driverul oferă un curent de semnale de control de până la 6A.

Modulul de control al parametrilor de funcționare controlează nivelul tensiunii de alimentare reduse; temperatura de funcționare a KKM, momentul atingerii tensiunii nominale la ieșirea KKM

Modulul de activare a ventilatorului de răcire forțată pornește ventilatoarele atunci când apare semnalul corespunzător.

Tabelele de denumiri ale elementelor schemei KKM.

La asamblarea corectorului de factor de putere, utilizați numai accesorii originale.În cazul utilizării de componente neoriginale (contrafăcute, contrafăcute etc.), KKM nu va funcționa sau nu va funcționa corect etc.

Etapa 1. toate elementele trebuie instalate cu excepția:
R3 - varistor;
L3 - Choke KKM
C25.2-C25.4 - condensatoare electrolitice de ieșire, instalați doar unul.

Placa de montaj este proiectata tinand cont de montarea in carcasa din profilul radiatorului. În acest caz, pereții carcasei pentru elementele D1, D9, Q5, Q6 acționează ca un radiator, iar îndepărtarea căldurii din șocul L3 va fi dificilă. Temperatura șocului, în acest caz, servește ca un indicator al încălzirii întregului dispozitiv și, prin urmare, termistorul R40 este instalat sub șoc.

În cazul utilizării unui caz de structură în care rolul unui radiator pentru elementele D1, D9, Q5, Q6 va fi un radiator - termistorul R40 trebuie instalat pe suprafața radiatorului. Este necesar să se asigure izolație electrică pentru carcasa radiatorului și termistor.

Apoi, placa de circuite trebuie curățată de fluxul rezidual și de alți contaminanți.

Placa de circuite după această etapă de asamblare va arăta astfel

orez. 2. Partea superioară a plăcii de circuite KKM.

Pe această placă de circuite, termistorul și firul de ieșire sunt ambalate prin termocontractare. Deoarece termistorul va fi atașat mecanic la radiator, acesta este plasat într-o izolație suplimentară termocontractabilă pentru a crește rezistența izolației electrice.

orez. 3. Partea inferioară a plăcii de montare KKM.

Un ventilator de 12 V cu un curent de cel mult 0,2 A trebuie conectat la placa KKM.

ATENŢIE!!! Dispozitivul funcționează la o tensiune letală de 400 de volți.

Placa KKM trebuie conectată la o sursă reglată de tensiune alternativă 220V 50 Hz cu o limitare de curent de 0,05 A.

După ce este aplicată alimentarea, LED-ul D8 ar trebui să fie aprins, tensiunea la dioda D5 Zener ar trebui să fie între 14-17 volți. În absența tensiunii, este necesar să se verifice tensiunea pe condensatorul C12, ar trebui să fie de aproximativ 310 volți. Dacă este prezentă tensiune, aceasta înseamnă inoperabilitatea sursei de alimentare de așteptare. O cauză comună a inoperabilității este asamblarea incorectă a transformatorului de impulsuri T1.

Tensiunea la pinul 4 al U1 (ir1155s) ar trebui să fie de aproximativ 3,62 V, tensiunea la pinul 6 este de aproximativ 3,75 V.

Folosind un osciloscop, este necesar să verificați funcționarea modulului PFC. Pentru a face acest lucru, sonda osciloscopului trebuie conectată la pinul 6 sau 7 al chipului U3 (tc4420). Impulsurile de pe pin ar trebui să se potrivească cu următoarea imagine.

orez. 4. Graficul semnalelor la ieșirea microcircuitului driver tc4420.

Frecvența pulsului ar trebui să fie de 160 kHz (+/- 5 kHz). Frecvența pulsului este setată de condensatorul C10. O creștere a capacității duce la o scădere a frecvenței.

Amplitudinea semnalelor la pinii SG ai tranzistoarelor de putere va fi puțin mai mică decât la pinul driver-ului acestora (Fig. 5).

orez. 5. Graficul semnalelor la ieșirile tranzistoarelor de putere SG.

În acest caz, graficul semnalului între rezistențele Rg (R17, R18) va fi după cum urmează (Fig. 6).

orez. 6. Graficul semnalului între rezistențele Rg (R17, R18).

În plus, în timp ce se monitorizează semnalele de la ieșirea driverului, este necesar să se reducă fără probleme tensiunea. Cu o tensiune de intrare de 150-155 volți, generarea de impulsuri ar trebui să se oprească. După oprirea generării de impulsuri, tensiunea de intrare trebuie crescută treptat, cu o tensiune de intrare de 160-165 volți, generarea de impulsuri trebuie reluată.

Continuând să creșteți fără probleme tensiunea, când se atinge 270-280 de volți (AC), releele ar trebui să funcționeze (puteți determina după sunetul lor caracteristic). Tensiunea semnalului KKM_SUCCESS nu trebuie să fie mai mare de 1 volt. Apoi tensiunea trebuie redusă treptat, când tensiunea scade la 250-260 volți, releele trebuie să se oprească, semnalul la ieșirea KKM_SUCCESS trebuie să fie mai mare de 5 volți.

Folosind un pistol cu ​​aer cald, este necesar să încălziți termistorul, când temperatura atinge 45-50 C °, ventilatorul ar trebui să pornească, când temperatura ajunge la 75-85 C °, generarea de impulsuri ar trebui să se oprească. În timp ce termistorul se răcește, generarea impulsului trebuie reluată în secvență și ventilatorul trebuie oprit.

Deconectați sursa de alimentare.

ATENŢIE!!! după deconectarea sursei de alimentare, o tensiune care pune viața în pericol va rămâne în circuit pentru o perioadă de timp (câteva minute).

Etapa 3. Este necesar să instalați elementele rămase ale circuitului: R3, L3, C25.2-C25.4 și un radiator pentru elementele D1, D9, Q5, Q6. Este necesar să instalați un termistor pe radiatorul, asigurând o rezistență termică scăzută între ele. De asemenea, este necesar să se asigure o rezistență termică scăzută între D1, D9, Q5, Q6 și radiator. În cazul unui transfer dificil de căldură către calorifer, aceste elemente se vor defecta.

Calitatea instalatiei radiatorului, din punct de vedere al disiparii caldurii, este controlata convenabil cu o termocamera.

Radiatorul de căldură trebuie să fie conectat la magistrala de pământ (există găuri de montare pe placa de circuite lângă condensatoarele Y).

Este imperativ să verificați izolația electrică dintre Pământ și barele N sau L (barele N-L sunt folosite pentru alimentarea cu energie). Tensiunea de avarie a izolației electrice trebuie să fie de cel puțin 1000 de volți. Tensiunea de defectare a izolației peste 1000 de volți nu trebuie verificată. Această procedură poate fi efectuată folosind un dispozitiv special - un tester de izolație electrică.

ATENŢIE!!!. În cazul unei încălcări a izolației electrice testate, la verificare, unele elemente ale circuitului se pot defecta.

Un exemplu de ansamblu al unui corector de factor de putere este prezentat în imaginile următoare.

Etapa 4. Conectați KKM la rețeaua de alimentare, limitând curentul consumat la 10A. După pornire, tensiunea la ieșirea KKM ar trebui să fie de aproximativ 385-400 V. Ar trebui să se audă și sunetul pornirii releului. Conectați o sarcină rezistivă de 300 Ohm la ieșirea KKM. Tensiunea la ieșirea PFC ar trebui să rămână în același interval. PF trebuie să fie de cel puțin 0,7.

Conectați KKM la rețea fără limitator de curent. Prin creșterea sarcinii la 2000 de wați, PF-ul ar trebui să crească și la o valoare de cel puțin 0,95. Graficul PF în funcție de sarcină este prezentat în Fig. 7.

orez. 7. Graficul dependenței PF de sarcină.

Dacă valoarea PF nu crește la 0,95 odată cu creșterea sarcinii, aceasta indică funcționarea incorectă a PFC. Motivele probabile pentru o astfel de incorectă pot fi: un senzor de curent rezistiv, un șoc, erori în fabricarea unei plăci de circuit, elemente contrafăcute D9, Q5, Q6, C18.1, C18.2, o sursă de alimentare internă de putere insuficientă .

Oscilograme ale curenților consumați și ondulație de ieșire.

În cadrul testelor de stres s-a determinat eficiența (Fig. 8). Dacă luăm în considerare eroarea instrumentelor de măsură, este probabil ca randamentul efectiv să fie cu 1-2% mai mic. Eficiența a fost măsurată atunci când PFC a fost conectat la rețea folosind două filtre suplimentare în mod comun.

orez. 8. Eficiența corectorului factorului de putere.

Datele pentru ambele grafice au fost obținute la tensiuni de alimentare de 200 și 240 de volți.

Etapa 5. După toate verificările, rezistența de descărcare R23 poate fi îndepărtată. Asamblarea și inspecția imprimantei POS în această etapă poate fi considerată finalizată.

Întrebări și sugestii scrieți la adresa de e-mail marcată cu KKM sau PFC.

Conținutul coșului

1. DE CE ESTE NECESAR?

Să spunem imediat că, contrar afirmațiilor superficiale, prezența unui corector de factor de putere în sine nu îmbunătățește caracteristicile formale ale dispozitivului în care este aplicat. Dimpotrivă, introducerea KKM ca dispozitiv destul de complex duce până acum la o creștere vizibilă a prețului și la complicarea produsului în ansamblu (desigur, pe măsură ce tehnologia se dezvoltă, prețul va scădea). Cu toate acestea, chiar și acum introducerea PFC în amplificatoarele de putere oferă o serie de avantaje foarte importante care compensează mai mult decât această complicație.

Primul și cel mai important avantaj este faptul că atunci când se folosesc amplificatoare cu PFC cu aceeași cablare, fără a încălca niciun standard, pot fi folosite amplificatoare de cel puțin trei până la patru ori mai puternice. Apropo, nu există nicio încălcare a legilor fizice (și legale) aici și de ce se întâmplă acest lucru - vom spune în continuare.

Al doilea avantaj, nu mai puțin important, dar rar menționat este că este mult mai ușor să asigurați un consum mare de energie al unei surse cu PFC decât al uneia tradiționale. Capacitatea energetică este o măsură a capacității sursei de alimentare de a furniza energie sarcină pentru o anumită perioadă de timp fără a „strica” rețeaua și fără a reduce foarte mult tensiunea de ieșire. Din punct de vedere practic, lipsa intensității energetice duce la faptul că puterea de ieșire a amplificatorului la frecvențe joase (unde este cel mai necesar!) Este mult mai mică, iar distorsiunea altor semnale în prezența unui semnal scăzut. frecvența este mult mai mare decât atunci când se măsoară la o frecvență de 1 kHz, rezultatele care (uneori doar cele dorite) sunt anunțate în descriere. Mai simplu spus, cu o lipsă de capacitate energetică, amplificatorul începe să se „suece” și să distorsioneze semnalul în timpul sunetelor puternice de joasă frecvență, de exemplu, atunci când este lovită o tobă. Din păcate, pentru amplificatoarele cu surse de alimentare tradiționale, acest efect nedorit este mai degrabă regula decât excepția. Prin urmare, dacă era necesar să se asigure o bună calitate, a fost necesar să se aleagă un amplificator cu o rezervă mare de putere.

Al treilea avantaj este că unitatea de alimentare cu KKM, conform principiului de funcționare, stabilizează tensiunea de ieșire. Prin urmare, puterea de ieșire a amplificatorului încetează să mai depindă rigid de tensiunea rețelei - chiar și cu o rețea „scăzută”, se oferă puterea maximă.

Un alt avantaj, complet neașteptat, este că fundalul rețelei (același), atunci când se folosesc doar amplificatoare cu PFC, este, de regulă, cu 10 decibeli mai mic.

2. CE ESTE SI CUM FUNCTIONEAZA?

În ciuda varietății de dispozitive cu adevărat existente, principiul funcționării PFC poate fi luat în considerare pe următorul exemplu simplu (vezi Fig. 1).

Un corector de factor de putere nu este altceva decât un regulator de comutație aproape obișnuit, alimentat de o tensiune de rețea rectificată, dar neliniștită și care stabilizează tensiunea la condensatorul de stocare de ieșire C2. Principiul de bază al funcționării sale este destul de simplu și este după cum urmează. În primul rând, cheia S1 este închisă pentru o perioadă scurtă de timp, iar curentul din inductorul L1, în deplină conformitate cu manualul de fizică, începe să se acumuleze. După ceva timp, comutatorul se deschide, iar energia stocată în bobină trece prin diodă către condensatorul de stocare de ieșire. Acest ciclu se repetă continuu, ca urmare a cărui porțiuni de energie sunt furnizate condensatorului de stocare, a cărui valoare depinde de tensiunea de intrare, mărimea inductanței și timpul stării închise a comutatorului. Pentru ca dimensiunile bobinei și pierderile din aceasta să fie mici, valoarea inductanței este aleasă mică și, în consecință, rata de repetare a unor astfel de cicluri este suficient de mare - de zeci și sute de mii de ori pe secundă. . Trebuie remarcat faptul că la o frecvență excesiv de înaltă, pierderile de comutare ale tranzistorului folosit ca comutator devin foarte

esenţial. Cel mai important lucru aici este că, cu un control adecvat, intrarea unui astfel de convertor din partea rețelei va arăta ca o anumită rezistență (curentul de fiecare dată este proporțional cu tensiunea) și, în același timp, o anumită tensiune constantă va arăta. să fie menținută pe condensatorul de ieșire, care este practic independent de sarcina și tensiunea de rețea (!). În acest caz, nu va exista defazaj (cos j 1) * sau încălcarea proporționalității între tensiunea din rețea și curentul preluat din aceasta.

Tensiunea ridicată pe condensatorul de stocare facilitează asigurarea capacității de alimentare a sursei de alimentare, deoarece conținutul de energie din condensator este proporțional cu pătratul tensiunii, în timp ce dimensiunile și greutatea condensatoarelor de capacitate egală sunt aproximativ proporționale cu tensiunea. Drept urmare, un condensator cu o capacitate de 2200 μF la o tensiune de 430 V conține mai mult de 200 J de energie, iar același condensator la o tensiune de 60 V conține doar aproximativ 4 J, sau de 50 (!) ori mai puțin. Volumul acestor condensatori diferă doar de șase până la opt ori. Prin urmare, pentru a obține aceeași capacitate energetică la tensiuni joase, sunt necesari condensatori de o capacitate enormă - mai mult de 100.000 de microfarad în acest caz. În același timp, pentru funcționarea perfectă a unui amplificator exemplar de înaltă calitate, consumul de energie al sursei sale de alimentare ar trebui să fie de cel puțin 0,5 ... 0,8 J per W de putere totală de ieșire; pentru amplificatoarele de concert (cu excepția subwooferului), 0,2 ... 0,4 J pe mar Adică, amplificatorul de 2x1000 W trebuie să aibă o capacitate energetică a unității de alimentare de cel puțin 400 J, sau 200000 uF la 60V și, de preferință, de trei ori mai mult.

În practică, consumul de energie al surselor de alimentare tradiționale în marea majoritate a amplificatoarelor este mult mai mic, iar motivul pentru aceasta nu este doar economiile banale ale producătorilor la transformatoare și condensatoare. Nu mai puțin important este faptul că un redresor cu condensatoare de mare capacitate este un circuit care încarcă rețeaua doar în perioade scurte de timp (în timpul „vârfurilor” sinusoidelor), dar cu curenți mari (vezi Fig. 2), unde, apropo, se poate observa că forma tensiunii de rețea este grav distorsionată de astfel de redresoare). Mai mult, cu cât transformatorul este mai bun și cu cât capacitatea este mai mare, cu atât este mai pronunțat acest fenomen. Este posibil să conectați o astfel de unitate de alimentare la rețea numai dacă există soft startere, altfel siguranțele se vor arde. În plus, orice, chiar și un mic salt în sus a tensiunii de rețea provoacă o creștere bruscă a mărimii acestor impulsuri de curent, ceea ce duce la defecțiunea redresoarelor. De aceea, capacitatea condensatoarelor (și, în consecință, consumul de putere al surselor de alimentare) la majoritatea amplificatoarelor cu o sursă de alimentare tradițională este aleasă mult mai puțin decât este necesar pentru a asigura o rezervă de putere corespunzătoare la frecvențe joase.

Aruncând o privire la fig. 3, mai pot fi observate două circumstanțe.

Primul este că consumul de curent de vârf este de câteva ori mai mare decât media. Dar puterea utilă este determinată de curentul mediu, în timp ce căderea de tensiune pe fire este cea de vârf. Și se dovedește a fi mult mai mult decât media.

A doua circumstanță este că curentul consumat de impulsuri scurte are o rată mare de schimbare și, în consecință, creează mai mult zgomot.

O altă problemă apare în rețelele trifazate. Datorită faptului că fazele tensiunilor dintr-o rețea trifazată sunt deplasate cu un timp mult mai mare decât durata acestor impulsuri de curent, acestea încetează să fie compensate în firul neutru. Mai mult, curentul din firul neutru va fi aproximativ egal cu suma curenților de fază, în timp ce într-o situație normală curentul prin acesta nu trece deloc.

ar trebui să curgă, iar firul neutru este de obicei făcut mai subțire decât cele de fază. Având în vedere că curentul prin el devine mai mult decât prin cele de fază, precum și faptul că instalarea siguranțelor în firul neutru este interzisă, este ușor de ghicit că nu este departe de aici un incendiu. Prin urmare, valoarea armonicilor consumului de curent este limitată de standarde internaționale destul de stricte. Sursele de alimentare tradiționale cu putere de peste 150 ... 200 W nu pot îndeplini aceste standarde. Acest lucru va duce la faptul că, la capacități mari, sursele de alimentare tradiționale sunt pur și simplu „interzise”.

Toate aceste probleme pot fi evitate dacă din partea de rețea sursa de alimentare arată ca o rezistență pur activă, precum un fier de călcat sau un bec incandescent.

Exact așa funcționează o unitate de alimentare cu un corector de factor de putere. Problemele asociate cu instabilitatea rețelei dispar și, de asemenea, devine posibilă asigurarea consumului de energie necesar al sursei de alimentare.

Devine destul de evident că utilizarea unui corector de factor de putere nu este doar obligatorie (din punct de vedere al legii), ci și absolut necesară pentru funcționarea „cinstă” a amplificatoarelor profesionale de înaltă calitate.

* Mică adăugare: cos j și factorul de putere sunt adesea confundate, deși nu sunt același lucru. Cos j este o măsură a cât de mult din curentul care curge în fire intră de fapt în sarcină (și face o muncă utilă), în timp ce atât tensiunea, cât și curentul se presupune că sunt strict sinusoidale. Dacă nu există o schimbare de fază, cos j = 1. Dacă defazajul atinge 90 de grade, indiferent de semn, cos j devine zero - puterea utilă pur și simplu nu este transferată la sarcină.

Factorul de putere este același cu cos j numai în cazul curenților și tensiunilor pur sinusoidale. Dacă curentul sau tensiunea este nesinusoidal, rămâne aplicabil doar factorul de putere, care arată cât de mult din curentul care a trecut prin fire și le încălzește este util în sarcină. Factorul de putere al unui redresor convențional nu depășește 0,25 ... 0,3, în timp ce pentru un PFC bun este de cel puțin 0,92 ... 0,95, adică. De 3-4 ori mai mult (de aici vine diferența de trei patru ori!).

V. Dyakonov, A. Remnev, V. Smerdov

Recent, pe piața echipamentelor electronice radio (CEA) de uz casnic și de birou apar tot mai multe echipamente, ale căror surse de alimentare includ unități noi - corectoare de putere (KM). Articolul tratează utilizarea CM, principiul funcționării, diagnosticarea și repararea acestora.

Cele mai multe surse de alimentare moderne pentru echipamente electronice sunt surse de alimentare secundare cu comutare cu un redresor fără transformator și un filtru capacitiv. Alături de avantaje (eficiență ridicată, greutate și dimensiuni bune), au un factor de putere relativ scăzut (0,5 ... 0,7) și un nivel crescut de armonici a curentului consumat de la rețea (> 30%). Forma curentului consumat de astfel de surse este prezentată în Fig. 1 cu linii continue.

Forma nesinusoidală a curentului duce la apariția interferențelor electromagnetice, înfundarea rețelei de curent alternativ și defectarea unui alt echipament electronic.

Sursele de alimentare descrise mai sus, fiind consumatori monofazați, cu un număr mare de echipamente electronice și conectarea sa irațională la o rețea de alimentare trifazată, pot provoca dezechilibru de fază. În acest caz, o parte a echipamentului electronic va funcționa la o tensiune crescută, iar cealaltă la o tensiune redusă, ceea ce este întotdeauna nedorit. Pentru a elimina dezechilibrul de fază, un fir neutru este de obicei introdus într-o rețea trifazată, care egalizează tensiunea în toate fazele. Cu toate acestea, cu o natură în impulsuri a curentului consumat și un număr mare de componente armonice ale acestuia, este posibilă supraîncărcarea firului neutru. Acest lucru se datorează faptului că secțiunea sa transversală este de obicei de 2 ... 2,5 ori mai mică decât cea a firelor de fază. Din motive de siguranță, nu protejați acest fir cu siguranțe sau întreruptoare. Evident, în condiții nefavorabile, firul neutru se poate arde și, în consecință, apariția dezechilibrului de fază.

În acest sens, cerințele pentru compatibilitatea electromagnetică a surselor de impuls secundare cu rețeaua devin din ce în ce mai stricte, iar nivelul armonicilor mai mari ale curentului consumat de la rețea pentru toți consumatorii monofazați este puternic limitat. In prezent, noile standarde europene impun o imbunatatire sub forma curentului consumat doar la puteri de consum peste 200 W, iar in viitorul apropiat aceste cerinte vor fi introduse pentru consumatorii cu o putere de pana la 50 ... 70 W.

În prezent, se utilizează corecția pasivă și activă a formei curentului consumat.

Circuitele de corecție pasive, constând din inductori și condensatori, oferă un factor de putere care arată diferența de formă a curentului consumat de la o sinusoidă (nu mai rău 0,9 ... 0,95). Cu simplitate și fiabilitate constructivă, circuitele de corecție pasive au dimensiuni relativ mari și sunt sensibile la modificări ale frecvenței tensiunii de alimentare și ale mărimii curentului de sarcină.

Mai promițătoare este utilizarea CM-urilor active, care formează un consum de curent sinusoidal la intrarea unei surse de alimentare în comutație, care coincide în fază și frecvență cu tensiunea de alimentare. Astfel de CM-uri au dimensiuni mici datorită lucrului cu frecvențe de conversie de câteva zeci de kiloherți și oferă un factor de putere de 0,95 ... 0,99.

Este posibil să se formeze un curent sinusoidal la intrarea unui redresor în punte a unei surse de alimentare cu comutație utilizând unul dintre circuitele convertoare DC-DC utilizând principiul urmăririi modulației de lățime a impulsurilor de înaltă frecvență (PWM). În acest caz, se folosesc cel mai des convertoarele step-up, care au următoarele avantaje:
... tranzistorul de putere are o conexiune la sursă cu un fir comun, care facilitează construirea circuitului său de control;
... tensiunea maximă pe tranzistor este egală cu tensiunea de ieșire;
... prezența unei inductanțe conectate în serie cu sarcina asigură filtrarea componentelor de înaltă frecvență.

Luați în considerare principiul de funcționare a unui CM activ, implementat pe un convertor boost cu un PWM de urmărire (Fig. 2).

În primul rând, luați în considerare funcționarea circuitului CM fără noduri de multiplicare (PA) și un senzor de tensiune de sarcină (DNV), al cărui rol este descris mai jos. Tensiunea de referință a formei sinusoidale, obținută de la senzorul de tensiune redresată (DVN), este alimentată la una dintre intrările circuitului de comandă (CS) printr-un întrerupător de alimentare implementat pe tranzistorul MOS VT. A doua intrare a sistemului de control primește un semnal proporțional cu curentul cheii. În timp ce tensiunea de la DVN este mai mare decât tensiunea generată de senzorul de curent (DT), tranzistorul este deschis și energia se acumulează în inductanță (Fig. 3 a). Dioda VD este închisă în acest interval (Ti).

Când semnalele care ajung la sistemul de control sunt egale, cheia este închisă și energia acumulată în inductanță este transferată la sarcină. După ce curentul din inductanță scade la zero în timpul tP, tranzistorul pornește din nou. Frecvența de comutare a tranzistorului este de multe ori mai mare decât frecvența rețelei de alimentare, ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii inductanței. În acest caz, pentru o jumătate de perioadă a tensiunii de rețea, anvelopa valorilor amplitudinii curentului de inductanță (Fig. 3 b) se modifică conform unei legi sinusoidale. Valoarea medie a curentului se modifică în același mod. Ca urmare, curentul consumat este sinusoidal și în fază cu tensiunea de alimentare.

Cu toate acestea, mărimea tensiunii pe sarcină depinde în mare măsură de modificările tensiunii de intrare și ale curentului de sarcină. Pentru a stabiliza tensiunea de sarcină, o buclă de feedback pentru această tensiune este introdusă suplimentar în sistemul de control. Posibilitatea de a obține o formă sinusoidală a curentului consumat cu stabilizarea simultană a tensiunii de sarcină se realizează prin multiplicarea analogică (nodul PA) a semnalelor provenite de la DVN și de la DNV.
Semnalul suplimentar obtinut in acest mod devine in acest caz tensiunea de referinta pentru sistemul de control.

Principiul considerat al controlului CM este utilizat la puteri de sarcină de până la 300 W. La puteri mari, este necesar să se formeze o curbă mai lină de modificări ale curentului consumat. Acest lucru se poate face atunci când curentul din inductor nu scade la zero (Fig. 3 c și 3d). Dacă într-un CM de putere relativ scăzută tranzistorul intră în funcțiune când curentul de inductanță ajunge la zero, atunci în CM puternic - la o valoare dată a acestui curent.

Să luăm în considerare munca CM folosind exemplul unui circuit practic prezentat în Fig. 4. Circuitul de control este implementat pe un microcircuit specializat L6560, a cărui schemă bloc este prezentată în Fig. 5,

Iar scopul concluziilor este în tabel. unu.

Tensiunea DVN, formată de divizorul rezistiv R1 R2, este alimentată la pin. 3 microcircuite L6560. Condensatorul C1 la ieșirea redresorului acționează ca un filtru de înaltă frecvență și nu ca un condensator de netezire, ca în circuitele tradiționale. Prin urmare, valoarea sa nu depășește sute de nanofarad - unități de microfarad la puteri de sarcină de 100 ... 200 W. Filtrarea suplimentară a interferențelor RF pe pin. 3 este realizat de un condensator C2.
Rezistorul R5 acționează ca un senzor de curent cheie, a cărui tensiune este alimentată pinului prin filtrul de înaltă frecvență R4 C4. 4 microcircuite. Comutatorul de alimentare este controlat de un semnal primit de la pin. 7. Ținând cont de particularitățile funcționării tastelor KM (o gamă dinamică mare a valorilor de amplitudine ale curentului), tranzistorii MIS sunt cel mai adesea folosiți ca acestea. La frecvențe mari de conversie tipice pentru CM, acești tranzistori au pierderi dinamice scăzute și sunt ușor de controlat direct de microcircuite. Pentru a reduce probabilitatea de excitare a circuitului, un rezistor cu rezistență scăzută este introdus în circuitul de poartă al tranzistorului MIS.

Semnalul de feedback al tensiunii de ieșire este îndepărtat din divizorul rezistiv R6 R7 și alimentat la pin. 1. Pentru a reduce influența zgomotului de impuls care apare în circuitul de ieșire, între pin. 1 și 2 ale microcircuitului includ un condensator de integrare C3, a cărui capacitate este de sute de nanofaradi.

Când CM este conectat la rețea în primul moment, microcircuitul este alimentat prin rezistența R3. De îndată ce CM intră în modul de funcționare, o tensiune este eliminată din înfășurarea suplimentară a inductorului L, care, pe de o parte, este utilizată ca tensiune de alimentare a microcircuitului și, pe de altă parte, este un semnal pentru determinarea curentul de inductanță zero.

La ieșirea CM, un condensator de filtru C5 este în mod necesar prezent, deoarece energia este transmisă la sarcină în impulsuri. Capacitatea acestui condensator, de regulă, este determinată la o rată de 1,5 ... 2 μF per 1 W de putere în sarcină.

Recent, companii de top au produs un număr mare de circuite integrate pentru sistemele de control ale corectoarelor de putere. Un astfel de număr de microcircuite este asociat cu funcții suplimentare pe care sunt capabile să le îndeplinească, deși principiul construirii CM pe aceste microcircuite este practic același. Caracteristicile suplimentare includ:
... protectie la supratensiune in timpul proceselor tranzitorii;
... protecție împotriva lansărilor repetate;
... protecție împotriva deteriorării la pornirea cu o sarcină închisă;
... îmbunătățirea compoziției armonice la trecerea cu zero a tensiunii de rețea;
... blocare la subtensiune;
... protecție împotriva supratensiunii accidentale de intrare.

Corectorul de putere, de regulă, nu este un dispozitiv independent, ci face parte din comutarea surselor de alimentare. Pentru a obține nivelurile și polaritățile necesare ale tensiunilor de ieșire, astfel de surse de alimentare conțin convertoare. În acest sens, dezvoltatorii de microcircuite combină adesea două cascade de circuite de control într-un singur caz: pentru CM în sine și, de asemenea, pentru convertorul de tensiune.

Masa 2 prezintă principalii parametri ai microcircuitelor de control ale diferitelor companii, destinate surselor de alimentare cu comutație secundară cu corecție de putere.

Principalul criteriu pentru funcționarea CM este nivelul tensiunii de ieșire. Cu o tensiune alternativă a rețelei de alimentare de 220 V, tensiunea de ieșire a KM este constantă și ar trebui să fie de 340,360 V. Dacă tensiunea este mai mică de 300 V, atunci aceasta indică o defecțiune. Este necesar un osciloscop pentru a verifica în continuare CM. Cu ajutorul acestuia, oscilogramele sunt verificate în nodurile caracteristice ale CM la o sarcină nominală, care poate fi un rezistor echivalent.

Tensiune la poarta tranzistorului. Cu un microcircuit de lucru, tensiunea de ieșire este impulsuri dreptunghiulare de înaltă frecvență, mult mai mare decât frecvența rețelei. Cu un tranzistor MIS funcțional, diferența de tensiune la ieșirea microcircuitului și poarta tranzistorului este practic zero. Dacă poarta tranzistorului este ruptă, apare o diferență în aceste tensiuni de câțiva volți.

Tensiunea la sursa tranzistorului, care este tensiunea luată de la senzorul de curent. În timpul funcționării normale a CM, forma de undă a tensiunii ar trebui să fie similară cu forma de undă a curentului cheie prezentată în Fig. 3. Diferența va indica o posibilă defecțiune a tranzistorului MIS. Diagnosticarea defecțiunilor lor este detaliată în.

Tensiune pe DVN. Forma acestei tensiuni este o sinusoidă redresată. Cu un redresor care funcționează normal, divizorul rezistiv poate funcționa defectuos.

Pentru a testa microcircuitul în sine, este necesară o sursă suplimentară de tensiune constantă cu reglarea tensiunii de la 3 la 15 V. Această tensiune este furnizată la intrările circuitului de alimentare a microcircuitului atunci când KM este deconectat de la rețea. Când se modifică tensiunea sursei reglate, este monitorizată tensiunea de ieșire a microcircuitului. Atâta timp cât tensiunea de alimentare este mai mică de 12..13 V, tensiunea de ieșire este zero. Cu o tensiune mai mare la ieșirea microcircuitului, apare un semnal de ieșire cu un nivel care monitorizează tensiunea de alimentare. Când tensiunea de alimentare scade sub 7 V, acest semnal de ieșire scade brusc la zero. În absența unui astfel de model, este foarte probabil ca microcircuitul să fie defect.

Literatură
1. Bachurin V.V., Dyakonov V.P., Remnev A.M., Smerdov V.Yu. Circuitul dispozitivelor bazat pe tranzistoare puternice cu efect de câmp. Director. M .: Radio și comunicare, 1994.
2. V. Dyakonov, A. Remnev, V. Smerdov. Caracteristici ale reparației unităților de echipamente electronice radio pe tranzistoare MIS. Repair & Service, 1999, nr. 11, p. 57-60.
[email protected]