Bộ hiệu chỉnh nguồn điện. Dòng khởi động thấp: bộ hiệu chỉnh hệ số công suất từ ​​STM

Bộ hiệu chỉnh hệ số công suất

Các khái niệm cơ bản

Phát triển và sử dụng rộng rãi các phương pháp chuyển đổi xung năng lượng điện dẫn đến sự xuất hiện của các thiết bị điện gia dụng và công nghiệp công suất thấp có hình dạng méo mó hoặc sự lệch pha khác 0 của dòng điện tiêu thụ từ mạng (đèn ánh sáng ban ngày, động cơ điện, tivi, máy tính, lò vi sóng vân vân.). Tăng mạnh số lượng người tiêu dùng như vậy ảnh hưởng đến khả năng tương thích điện từ và toàn bộ hệ thống điện của họ. Năm 2001, IEC đã áp dụng tiêu chuẩn IEC-1000-3-2, theo đó bất kỳ sản phẩm điện nào có công suất trên 200 watt được kết nối với mạng Dòng điện xoay chiều, phải có điện trở đầu vào tích cực, tức là hệ số công suất () phải bằng bằng một.

Để cải thiện, các bộ hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động và chủ động (PFC) hiện đang được sử dụng. Loại thứ nhất được sử dụng ở mức tải không đổi bằng cách tạo ra các điện kháng bù (ví dụ, tụ điện cho đèn huỳnh quang), loại thứ hai có phạm vi ứng dụng rộng hơn. Hãy xem xét một sơ đồ đơn giản của bộ hiệu chỉnh tích cực, được minh họa trong Hình 6.1.

Hình 6.1 - Sơ đồ đơn giản hóa của PFC đang hoạt động

Trong hình này, R 1, R 2 là các cảm biến điện áp đầu vào(DN), R 3 – cảm biến dòng điện (DT). Điện cảm L, công tắc VT1, diode VD1 và tụ điện C 1 tạo thành mạch ổn áp tăng áp xung. Hoạt động của PFC được minh họa bằng sơ đồ trong hình 6.1b. Việc đóng bóng bán dẫn VT1 xảy ra tại thời điểm điện áp ở đầu ra của cảm biến dòng điện DT bằng 0 (tức là ở mức 0 trong điện cảm L). Transitor VT1 mở vào thời điểm điện áp tăng tuyến tính từ cảm biến dòng điện trở thành điện áp thay đổi hình sin từ cảm biến điện áp DN. Sau khi Transistor mở ra, dòng điện trong cuộn cảm bắt đầu giảm, độ tự cảm được thải ra tải qua diode VD1, DT và mạng. Ở mức dòng điện bằng 0, bóng bán dẫn lại đóng lại. Sau đó quá trình được lặp lại. Tần số chuyển đổi của khóa vượt quá tần số mạng và lên tới hàng chục...hàng trăm kilohertz. Dòng điện trung bình i trong cuộn cảm và tiêu thụ từ mạng tuân theo hình dạng của điện áp mạng. Do tần số hoạt động cao của công tắc, mạng được bỏ qua bằng tụ điện C 2 (thường là một phần của microfarad). Bạn cũng có thể đưa ra phản hồi về điện áp đầu ra và cung cấp sự ổn định sơ bộ. Rõ ràng là có thể hoạt động PFC nếu biên độ của điện áp đầu vào nhỏ hơn điện áp trên tụ C 1 (có tính đến độ lệch). Đối với điện áp nguồn 220V (biên độ 311V), điện áp đầu ra KKM được lấy bằng 380...400V.

Các loại máy tính tiền

Trong sơ đồ PFC đã thảo luận ở trên, phương pháp điều khiển biên được sử dụng. Đây là cách thực hiện đơn giản nhất, nhưng công tắc được mở ở dòng điện đáng kể, dẫn đến tổn thất điện năng đáng kể.

Các phương pháp quản lý khóa khác trong máy tính tiền cũng được biết đến:

Kiểm soát dòng điện đỉnh

· Phương pháp ngắt dòng điện bằng xung điện.

· Kiểm soát dựa trên giá trị hiện tại trung bình.

Bản chất của các phương pháp này được minh họa bằng sơ đồ tương ứng trong Hình 6.2 a, b, c.

Hình 6.2 – Quản lý chìa khóa trong máy tính tiền

Điều khiển bằng giá trị dòng điện cực đại (Hình 6.2.a) rất hấp dẫn do nhiễu ngược (vào mạng) thấp và dòng điện nhỏ dâng qua công tắc, nhưng có sự thay đổi về tần số và chuyển mạch cứng của diode nguồn.

Điều khiển bằng phương pháp cắt dòng điện bằng xung điện xung (Hình 6.2.b). Việc thực hiện phương pháp này gần giống với phương pháp điều khiển biên nhưng khác ở tần số chuyển mạch không đổi. Ưu điểm là mạch đơn giảnđiều khiển, nhưng dòng điện cắt cuộn cảm trở thành một nguồn gây nhiễu bổ sung. Việc điều khiển dựa trên giá trị dòng điện trung bình (Hình 6.2.c) được thực hiện ở tần số không đổi và sự hiện diện của bộ tích hợp để lấy trung bình dòng điện sẽ làm tăng khả năng chống nhiễu của hệ thống điều khiển. Thông thường, giá trị cực đại của độ gợn dòng điện dẫn nằm trong khoảng 20% ​​giá trị trung bình và phương pháp điều khiển này được sử dụng trong các bộ hiệu chỉnh có công suất hơn 300 watt.

Không chỉ có bộ hiệu chỉnh hệ số công suất một pha mà còn có bộ hiệu chỉnh hệ số công suất ba pha. Mạch nguồn của PFC ba pha với một phím điều khiển được hiển thị trong Hình 2. 6.3 và trong hình. 6.4 và 6.5 trình bày sơ đồ giải thích công việc.

Hình 6.3 - Mạch nguồn của PFC ba pha

Hình 6.4 - Sơ đồ dòng điện các cuộn kháng L1, L2, L3 của PFC ba pha

Hình 6.5 – Sơ đồ các quá trình chính của PFC ba pha

Chìa khóa được điều khiển giống như bộ hiệu chỉnh một pha.

Trong các mạch PFC được xem xét, mạch sau truyền toàn bộ công suất tải. Đây là một bộ sửa lỗi tuần tự và nó cơ sở nguyên tố hạn chế sự gia tăng công suất phát ra. PFC cũng có thể được xây dựng theo mạch tăng cường ampe (Hình 1.19) - bật bộ lọc dòng điện hoạt động song song với tải. Trong trường hợp này, công suất lắp đặt của các phần tử lọc tích cực, được thiết kế chỉ để bù cho công suất méo do các hài cao hơn của dòng điện đầu vào, sẽ ở mức được xác định bởi hệ số hài của dòng điện này (ví dụ: 0,3 đối với một mạch cầu ba pha và 0,15 cho mạch chỉnh lưu mười hai pha). Sơ đồ khối của PFC như vậy được hiển thị trong Hình 2. 6.6. Nguyên lý bù các sóng hài cao hơn trong đường cong của dòng điện tiêu thụ từ mạng được minh họa bằng sơ đồ trong Hình 2. 6.7. Để rõ ràng, hình dạng của dòng tải được coi là hình chữ nhật. Bộ hiệu chỉnh tạo ra sự khác biệt giữa sóng hài dòng điện chính và hiện tại thực tế tải

Việc đưa các tải phi tuyến tính vào mạng AC, chẳng hạn như đèn có đèn phóng điện bằng khí, động cơ điện được điều khiển, nguồn điện chuyển mạch, dẫn đến thực tế là dòng điện tiêu thụ của các thiết bị này về bản chất là xung với tỷ lệ phần trăm lớn. sóng hài cao. Điều này có thể gây ra vấn đề tương thích điện từ trong quá trình hoạt động. thiết bị khác nhau. Điều này cũng dẫn đến giảm công suất hoạt động của mạng.

Để ngăn chặn những tác động tiêu cực như vậy đến mạng lưới cung cấp điện, một tiêu chuẩn đang có hiệu lực ở Châu Âu và Hoa Kỳ IEC IEC 1000-3-2, xác định các tiêu chuẩn cho các thành phần hài của dòng điện tiêu thụ và hệ số công suất cho hệ thống cung cấp điện có công suất trên 50 W và tất cả các loại thiết bị chiếu sáng. Bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ trước cho đến ngày nay, các tiêu chuẩn này liên tục được thắt chặt, đòi hỏi phải áp dụng các biện pháp đặc biệt và thúc đẩy các nhà phát triển thiết bị phát triển. Các tùy chọn khác nhau các sơ đồ cung cấp hệ số công suất tăng lên.

Từ những năm 80 của thế kỷ trước, ở các quốc gia nêu trên, vi mạch bắt đầu được phát triển và sử dụng tích cực, trên cơ sở có thể dễ dàng tạo ra các bộ hiệu chỉnh hệ số công suất đơn giản cho bộ chỉnh lưu và chấn lưu điện tử.

Ở Liên Xô và sau đó là ở Liên Bang Nga, không có hạn chế nào như vậy được đưa ra đối với người tiêu dùng điện. Vì lý do này, vấn đề tăng hệ số công suất chưa nhận được sự quan tâm đầy đủ trong các tài liệu kỹ thuật. TRONG những năm trước tình hình đã thay đổi phần nào, phần lớn là do sự sẵn có của hàng nhập khẩu Linh kiện điện tử, việc sử dụng nó giúp tạo ra các mạch hiệu chỉnh hoạt động đáng tin cậy khi vận hành và chi phí không đắt.

Công suất biến dạng và hệ số công suất tổng quát

Tác động tiêu cực đến mạng lưới cung cấp được xác định bởi hai thành phần: sự biến dạng của dạng sóng dòng điện của mạng cung cấp và mức tiêu thụ công suất phản kháng. Mức độ ảnh hưởng của người tiêu dùng đến mạng lưới cung cấp phụ thuộc vào sức mạnh của nó.

Sự biến dạng của hình dạng dòng điện là do dòng điện ở đầu vào của bộ biến đổi van không phải là hình sin (Hình 1). Dòng điện không hình sin được tạo ra ở sức đề kháng nội bộ mạng lưới cung cấp, điện áp giảm không hình sin, gây biến dạng hình dạng điện áp cung cấp. Điện áp mạng không hình sin được mở rộng theo chuỗi Fourier thành các thành phần hình sin lẻ có sóng hài cao hơn. Cái đầu tiên là cái chính (lý tưởng nhất là cái này), cái thứ ba, thứ năm, v.v. Sóng hài cao hơn có tác động cực kỳ tiêu cực đến nhiều người tiêu dùng, buộc họ phải thực hiện các biện pháp đặc biệt (thường rất tốn kém) để vô hiệu hóa chúng.

Cơm. 1.

Tiêu thụ công suất phản kháng dẫn đến độ trễ của dòng điện so với điện áp một góc (Hình 2). Công suất phản kháng được tiêu thụ bởi các bộ chỉnh lưu sử dụng thyristor hoạt động đơn, làm trễ thời điểm bật so với điểm chuyển mạch tự nhiên, khiến dòng điện tụt hậu so với điện áp. Nhưng chúng thậm chí còn tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn động cơ điện không đồng bộ, có tải chủ yếu là cảm ứng. Điều này kéo theo tổn thất khổng lồ về năng lượng hữu ích, hơn nữa, không ai muốn trả tiền - đồng hồ điện gia dụng chỉ tính công suất tác dụng.

Cơm. 2.

Để mô tả tác động của bộ chuyển đổi lên mạng lưới cung cấp, khái niệm công suất tổng được đưa ra:

, Ở đâu:

- giá trị hiệu dụng của điện áp sơ cấp,

- giá trị hiệu dụng dòng điện sơ cấp,

, - giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện của sóng hài sơ cấp,

Giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện của sóng hài cao hơn.

Nếu điện áp sơ cấp là hình sin - , Sau đó:

,

,

ϕ 1 - góc lệch pha giữa điện áp hình sin và sóng hài thứ nhất của dòng điện.

N là công suất méo gây ra bởi dòng điện hài cao hơn trong mạng. Công suất trung bình trong khoảng thời gian do các sóng hài này gây ra bằng 0, bởi vì tần số của sóng hài và điện áp sơ cấp không khớp nhau.

Sóng hài dòng điện cao hơn gây nhiễu cho các thiết bị nhạy cảm và làm tăng thêm tổn thất do dòng điện xoáy trong máy biến áp mạng.

Đối với bộ biến đổi van, khái niệm hệ số công suất χ được đưa ra, mô tả ảnh hưởng của công suất phản kháng và công suất méo:

,

- hệ số méo dòng sơ cấp.

Như vậy, rõ ràng là hệ số công suất phụ thuộc vào góc trễ của dòng điện so với điện áp và độ lớn của các sóng hài cao hơn của dòng điện.

Phương pháp cải thiện hệ số công suất

Có một số cách để giảm tác động tiêu cực của bộ chuyển đổi lên mạng lưới cung cấp. Dưới đây là một số trong số họ:

Sử dụng điều khiển pha nhiều giai đoạn (Hình 3).

Cơm. 3.

Việc sử dụng bộ chỉnh lưu có các điểm nối từ máy biến áp dẫn đến sự gia tăng số lượng gợn sóng trong mỗi chu kỳ. Càng có nhiều nhánh từ máy biến áp thì số lớn hơn gợn sóng trong mỗi chu kỳ, thì hình dạng dòng điện đầu vào càng gần hình sin. Nhược điểm đáng kể Phương pháp này có chi phí cao và kích thước của máy biến áp với Số lượng đủ các nhánh (để đạt được hiệu quả, cần có nhiều nhánh hơn trong hình). Việc chế tạo một bộ phận cuộn dây có độ phức tạp như vậy là rất một nhiệm vụ không hề dễ dàng, khó tự động hóa - do đó có giá thành. Và nếu nguồn điện thứ cấp đang được phát triển ở quy mô nhỏ thì phương pháp này rõ ràng là không thể chấp nhận được.

Cơm. 4.

Tăng pha chỉnh lưu. Phương pháp này dẫn đến sự gia tăng số lượng xung trong mỗi chu kỳ. Nhược điểm của phương pháp là rất thiết kế phức tạp máy biến áp, bộ chỉnh lưu đắt tiền và cồng kềnh. Ngoài ra, không phải tất cả người tiêu dùng đều có mạng ba pha.

Cách sử dụng Bộ hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC). Có máy tính tiền điện tử và phi điện tử. Bộ bù công suất phản kháng điện từ - động cơ đồng bộ tạo ra công suất phản kháng vào mạng - được sử dụng rộng rãi dưới dạng PFC phi điện tử. Rõ ràng, vì những lý do hiển nhiên, những hệ thống như vậy không phù hợp với người tiêu dùng hộ gia đình. PFC điện tử - một hệ thống giải pháp mạch được thiết kế để tăng hệ số công suất - có lẽ là giải pháp tối ưu nhất cho tiêu dùng trong nước.

Nguyên lý hoạt động của máy tính tiền

Nhiệm vụ chính của PFC là giảm độ trễ của dòng điện tiêu thụ so với điện áp mạng về 0 trong khi vẫn duy trì dạng hình sin của dòng điện. Để làm được điều này, cần phải lấy dòng điện từ mạng không phải trong khoảng thời gian ngắn mà trong toàn bộ thời gian hoạt động. Nguồn điện lấy từ nguồn phải không đổi ngay cả khi điện áp mạng thay đổi. Điều này có nghĩa là khi điện áp mạng giảm thì dòng tải phải tăng và ngược lại. Bộ chuyển đổi có bộ lưu trữ cảm ứng và truyền năng lượng ngược lại phù hợp cho các mục đích này.

Phương pháp hiệu chỉnh có thể được chia thành tần số thấp và tần số cao. Nếu tần số hoạt động của bộ hiệu chỉnh cao hơn nhiều so với tần số của mạng cung cấp thì đó là bộ hiệu chỉnh tần số cao, nếu không thì đó là bộ hiệu chỉnh tần số thấp.

Hãy xem xét nguyên lý hoạt động của bộ hiệu chỉnh nguồn điển hình (Hình 5). Trên nửa sóng dương, tại thời điểm điện áp nguồn vượt qua số 0, bóng bán dẫn VT1 mở ra, dòng điện chạy qua mạch L1-VD3-VD8. Sau khi tắt bóng bán dẫn VT1, cuộn cảm bắt đầu giải phóng năng lượng tích lũy trong nó thông qua các điốt VD1 và VD6 tới tụ lọc và tải. Với nửa sóng âm, quá trình diễn ra tương tự, chỉ có các cặp điốt khác hoạt động. Kết quả của việc sử dụng bộ hiệu chỉnh như vậy, mức tiêu thụ hiện tại có bản chất là giả hình sin và hệ số công suất đạt giá trị 0,96...0,98. Nhược điểm của sơ đồ này là kích thước lớn do sử dụng cuộn cảm tần số thấp.

Cơm. 5.

Việc tăng tần số hoạt động của PFC giúp giảm kích thước của bộ lọc (Hình 6). Khi công tắc nguồn VT1 mở, dòng điện trong cuộn cảm L1 tăng tuyến tính - trong khi diode VD5 bị khóa và tụ điện C1 được phóng vào tải.

Cơm. 6.

Sau đó bóng bán dẫn tắt, điện áp trên cuộn cảm L1 mở khóa diode VD5 và cuộn cảm truyền năng lượng tích lũy sang tụ điện, đồng thời cấp nguồn cho tải (Hình 7). Trong trường hợp đơn giản nhất, mạch hoạt động với chu kỳ làm việc không đổi. Có nhiều cách để tăng hiệu quả hiệu chỉnh bằng cách thay đổi linh hoạt chu kỳ làm việc (tức là bằng cách khớp chu kỳ với đường bao điện áp). chỉnh lưu mạng).

Cơm. 7. Các dạng điện áp và dòng điện của PFC cao tần: a) c tần số thay đổi chuyển mạch, b) với tần số chuyển mạch không đổi

Vi mạch để xây dựng bộ hiệu chỉnh hiệu quả cao từ STMicroelectronics

Xét đến khả năng của ngành điện tử hiện đại, PFC tần số cao là sự lựa chọn tối ưu. Thiết kế tích hợp của toàn bộ bộ hiệu chỉnh nguồn hoặc bộ phận điều khiển của nó về cơ bản đã trở thành tiêu chuẩn. Hiện tại, có nhiều loại chip điều khiển hơn để xây dựng Đề án KKM, sản xuất các nhà sản xuất khác nhau. Trong số tất cả sự đa dạng này, điều đáng chú ý là các vi mạch L6561/2/3 do STMicroelectronics (www.st.com) sản xuất.

L6561, L6562 và L6563- một loạt vi mạch được thiết kế đặc biệt bởi các kỹ sư của STMicroelectronics để chế tạo bộ hiệu chỉnh hệ số công suất hiệu quả cao (Bảng 1).

Bảng 1. Chip hiệu chỉnh hệ số công suất

Dựa trên L6561/2/3, bạn có thể xây dựng một bộ hiệu chỉnh rẻ tiền nhưng hiệu quả (Hình 8). Nhờ hệ thống quản lý chủ động được tích hợp sẵn, các nhà phát triển đã đạt được độ chính xác caođiều chỉnh điện áp đầu ra (1,5%), được điều khiển bởi bộ khuếch đại lỗi tích hợp.

Cơm. số 8.

Có thể tương tác với bộ chuyển đổi DC/DC được kết nối với bộ hiệu chỉnh. Sự tương tác này bao gồm việc tắt bộ chuyển đổi bằng vi mạch (nếu nó hỗ trợ tính năng này) khi xảy ra điều kiện không thuận lợi. điều kiện bên ngoài(quá nóng, quá điện áp). Mặt khác, bộ chuyển đổi cũng có thể bắt đầu bật và tắt vi mạch. Trình điều khiển tích hợp cho phép bạn điều khiển các bóng bán dẫn MOSFET hoặc IGBT mạnh mẽ. Theo nhà sản xuất, dựa trên LP6561/2/3, có thể triển khai nguồn điện có công suất lên tới 300 W.

Không giống như các thiết bị tương tự của các nhà sản xuất khác, LP6561/2/3 được trang bị các mạch đặc biệt giúp giảm độ dẫn điện của hiện tượng méo dòng điện đầu vào xảy ra khi điện áp đầu vào bằng 0. Nguyên nhân chính của hiện tượng nhiễu này là “vùng chết” xảy ra trong quá trình hoạt động của cầu diode, khi cả bốn điốt đều đóng. Một cặp điốt hoạt động trên nửa sóng dương bị đóng do sự thay đổi cực của điện áp nguồn, trong khi cặp kia vẫn chưa có thời gian để mở do điện dung rào cản của chính nó. Hiệu ứng này được tăng cường nhờ sự hiện diện của một tụ lọc nằm phía sau cầu diode, khi thay đổi cực nguồn sẽ giữ lại một số điện áp dư không cho phép điốt mở kịp thời. Như vậy, rõ ràng là dòng điện không chảy vào những thời điểm này, hình dạng của nó bị biến dạng. Việc sử dụng bộ điều khiển PFC mới có thể giảm đáng kể thời gian “vùng chết”, do đó giảm méo tiếng.

Trong một số trường hợp, sẽ rất thuận tiện khi điều khiển điện áp đầu ra cung cấp cho bộ chuyển đổi DC/DC bằng PFC. L6561/2/3 cho phép điều khiển như vậy, được gọi là “điều khiển tăng cường theo dõi”. Để thực hiện việc này, chỉ cần lắp một điện trở giữa chân TBO và GND.

Điều đáng chú ý là cả ba vi mạch đều tương thích với nhau về số chân. Điều này có thể đơn giản hóa rất nhiều việc thiết kế PCB của thiết bị.

Vì vậy, chúng ta có thể nêu bật các tính năng sau của vi mạch L6561/2/3:

bảo vệ đột biến có thể điều chỉnh;

dòng khởi động cực thấp (dưới 50 µA);

dòng tĩnh thấp (dưới 3 mA);

giới hạn điện áp đầu vào rộng;

bộ lọc tích hợp giúp tăng độ nhạy;

Khả năng ngắt kết nối khỏi tải;

khả năng kiểm soát điện áp đầu ra;

khả năng tương tác trực tiếp với bộ chuyển đổi.

Phần kết luận

Hiện nay có những yêu cầu nghiêm ngặt về sự an toàn và hiệu quả của các thiết bị điện tử hiện đại. Đặc biệt, khi phát triển các bộ nguồn chuyển mạch hiện đại cần phải chính thức tính đến tiêu chuẩn được chấp nhận. IEC 1000-3-2 là tiêu chuẩn cho mọi nguồn điện chuyển mạch công suất cao vì nó xác định các thành phần hài hòa của mức tiêu thụ dòng điện và hệ số công suất cho hệ thống nguồn điện lớn hơn 50 W và tất cả các loại thiết bị chiếu sáng. Sự hiện diện của bộ hiệu chỉnh hệ số công suất giúp đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn này, tức là. sự hiện diện của nó trong một nguồn năng lượng mạnh mẽ là một điều cần thiết đơn giản. L6561/2/3 - sự lựa chọn tối ưuđể xây dựng một bộ hiệu chỉnh hệ số công suất hiệu quả và đồng thời không tốn kém.

Lấy thông tin kỹ thuật, đặt hàng mẫu, giao hàng - e-mail:

Giới thiệu về ST Vi Điện Tử

S. KOSENKO, Voronezh

Người ta biết rằng công suất tác dụng mà tải từ nguồn điện xoay chiều tiêu thụ không phải lúc nào cũng bằng tích của giá trị dòng điện hiệu dụng và giá trị điện áp hiệu dụng. Nhiều người tin rằng điều này chỉ áp dụng cho các tải có thành phần điện trở phản kháng tạo ra sự lệch pha giữa quy luật thay đổi dòng điện và điện áp. Khi tính toán công suất, khả năng phản kháng của tải được tính đến bởi một hệ số khác - hệ số công suất bằng cosin của góc lệch pha (cos Phi). Sự dịch chuyển này càng nhỏ thì hệ số này càng gần với sự thống nhất.

Tuy nhiên, tính phi tuyến của tải cũng dẫn đến hệ số công suất giảm và hiện tượng này không liên quan đến hiện tượng lệch pha. Một ví dụ điển hình là bộ chỉnh lưu thông thường. Dòng điện mà nó tiêu thụ có bản chất là xung, chỉ chảy trong những khoảng thời gian khi giá trị tức thời của điện áp đầu vào xoay chiều lớn hơn điện áp trên tụ điện làm mịn và diode chỉnh lưu (hoặc điốt) mở. Biên độ và giá trị hiệu dụng của dòng điện này lớn hơn nhiều so với dòng tải trung bình và hệ số công suất thấp hơn đáng kể so với đơn vị. Để tăng hệ số này, cần đưa hình dạng của dòng điện tiêu thụ càng gần hình sin càng tốt.

Sơ đồ của một trong các biến thể của thiết bị thực hiện thao tác này và được gọi là bộ hiệu chỉnh hệ số công suất được hiển thị trong Hình. 1. Nó được xây dựng trên chip điều khiển L6562 chuyên dụng của STMicroelectronics. Sẽ rất hữu ích khi đọc mô tả về phiên bản tiền nhiệm của bộ điều khiển này, L6561 và dữ liệu so sánh của chúng.

PFC là bộ chuyển đổi điện áp tăng cường xung một chu kỳ với sự tích lũy năng lượng trong mạch từ của máy biến áp T1 và sau đó truyền năng lượng tới tải.

Đặc điểm kỹ thuật chính
Điện áp xoay chiều đầu vào (50 Hz), V.........220±20%
Hệ số công suất, % .......96
Hệ số méo hài của dòng điện đầu vào, %............8
Điện áp DC đầu ra, V...........400
Công suất tải, W.........80
Hiệu suất, %............96

Một điện áp xung U™ có tần số 100 Hz được cung cấp cho đầu vào bộ chuyển đổi thông qua bộ lọc nhiễu tần số cao (cuộn cảm hai cuộn dây L1 có tụ điện CI-C4) và cầu chỉnh lưu VD1. Tụ điện C5 có công suất tương đối nhỏ không làm dịu đi gợn sóng của điện áp chỉnh lưu mà chỉ đóng mạch dòng của các thành phần tần số cao của dòng điện đầu vào bộ chuyển đổi Il, làm giảm sự xâm nhập của chúng vào mạng và ảnh hưởng của trở kháng mạng đến hoạt động của PFC.

Sau khi bật thiết bị vào mạng, tụ điện C10 và C11 bắt đầu sạc qua điện trở R5 và R7. Bộ điều khiển DA1 sẽ hoạt động ngay khi điện áp trên tụ điện và do đó, giữa chân 8 và 6 của nó đạt 13 V (nếu điều này xảy ra). điện áp giảm xuống 10,3 V, nó sẽ lại chuyển sang trạng thái không hoạt động với mức tiêu thụ dòng điện không quá 90 μA). Dưới tác động của xung được tạo ra bởi bộ tạo xung kích hoạt bên trong (TPU) A3, đầu ra của flip-flop D2 sẽ được đặt ở mức cao mức logic và ở đầu ra của bộ khuếch đại A6 (chân 7 của vi mạch) có điện áp đủ để mở bóng bán dẫn VT1. Dòng điện tăng tuyến tính sẽ chạy qua cuộn dây I của máy biến áp T1 và bóng bán dẫn hở.
Transitor sẽ đóng ngay khi bộ kích hoạt D2 chuyển sang trạng thái có cấp thấpở đầu ra, và điều này sẽ xảy ra tại thời điểm bộ so sánh A5 được kích hoạt, so sánh điện áp lấy từ điện trở R13 - cảm biến dòng điện của bóng bán dẫn VT1, với điện áp ở đầu ra của bộ nhân A4. Vì dòng điện trong cuộn dây máy biến áp, giống như bất kỳ cuộn cảm nào, không thể dừng ngay lập tức, nên sau khi đóng bóng bán dẫn, nó sẽ chạy, rơi xuống, qua diode VD4, tụ điện C13 và cấp nguồn cho tải. Trong khoảng thời gian khi bóng bán dẫn VT1 mở và không có dòng điện chạy qua diode VD4, điện tích tích lũy trong tụ C13 sẽ được dùng để cấp nguồn cho tải.
Sự giảm dòng điện trong cuộn dây I của máy biến áp T1 về 0 sẽ được phát hiện bởi nút A1 (bộ phát hiện giá trị dòng điện bằng 0, ONZT), khi nó hoạt động trên chân. 5 của bộ điều khiển, điện áp được cung cấp từ cuộn dây II của máy biến áp. Tại thời điểm này, trigger D2 sẽ lại được đặt ở trạng thái có cấp độ caoở đầu ra và bóng bán dẫn VT1 mở. Quá trình này sau đó được lặp lại định kỳ.

Phần đồ thị dòng điện của cuộn dây I của máy biến áp T1 như trên Hình 2. 2 dòng Màu hồng, tương ứng với dòng điện chạy qua Transistor VT1, và đường dây màu xanh da trời- thông qua diode VD4 Trong cùng hình vẽ có sơ đồ thời gian về sự thay đổi điện áp U tại cổng của bóng bán dẫn chuyển mạch. Trong thực tế, tỷ số giữa tần số chuyển mạch và tần số điện áp đầu vào lớn hơn nhiều so với tỷ lệ trong hình. 2 Các phần tử chuyển đổi thường được chọn sao cho tốc độ lặp lại xung của nó không giảm xuống dưới 40 kHz. Do tần số của các xung khởi động do nút A1 tạo ra không vượt quá 13 kHz nên nút này không ảnh hưởng đến hoạt động của PFC ở trạng thái ổn định.

Điện áp ở đầu ra của bộ nhân A4 tỷ lệ thuận với giá trị điện áp tức thời Uin, một phần trong số đó được cung cấp cho chân. 3 bộ điều khiển thông qua bộ chia điện trở R1-R3. Kết quả là hình dạng đường bao của các đỉnh xung dòng điện như hình 2. 2 có đường chấm chấm, trùng với hình dạng của điện áp đầu vào. Theo luật tương tự, giá trị trung bình của dòng điện tiêu thụ Icp thay đổi, giá trị này cần thiết để PFC thực hiện chức năng chính của nó. Từ các đồ thị trong Hình. 2 theo sau (điều này cũng có thể được chỉ ra bằng phương pháp phân tích) rằng trong trường hợp đang xem xét, khoảng thời gian tương ứng với trạng thái mở của bóng bán dẫn VT1 là cố định. Tần số chuyển mạch, thay đổi định kỳ với tần số gấp đôi tần số của điện áp nguồn, cũng phụ thuộc vào biên độ của nó và dòng điện tải. Độ tự cảm của cuộn sơ cấp máy biến áp được chọn sao cho tốc độ lặp của xung dòng điện không vượt quá 40...200 kHz. Ngoài ra, mạch từ của máy biến áp không được bão hòa dưới tác động của xung dòng điện có biên độ cực đại (Ilmax) - ở trạng thái ổn định, gấp khoảng ba lần dòng tải của PFC

Trên thực tế, máy biến áp T1 được sử dụng làm cuộn cảm lưu trữ. Hầu như toàn bộ năng lượng đi vào từ trường của nó trong thời gian bóng bán dẫn chuyển mạch mở sẽ chuyển sang tải khi bóng bán dẫn đóng. Chỉ một phần nhỏ năng lượng này được phân nhánh bằng cách sử dụng cuộn dây thứ cấp để tạo ra tín hiệu dòng điện bằng 0 và cấp nguồn cho bộ điều khiển thông qua mạch R6C8VD2VD3. Các điện trở R5 và R7 nêu trên cung cấp dòng điện vừa đủ để khởi động bộ điều khiển.

Việc ổn định điện áp đầu ra của PFC (UOUT) đạt được nhờ thực tế là đầu vào thứ hai của bộ nhân A4 của bộ điều khiển nhận được tín hiệu không khớp thu được bằng cách so sánh một phần điện áp đầu ra lấy từ bộ chia điện trở R14-R17 với một tham chiếu Kết quả là điện áp 2,5 V được tạo ra bên trong bộ điều khiển.

sự dao động của dòng điện tải và biên độ của điện áp đầu vào, biên độ đường bao của xung dòng điện thay đổi sao cho điện áp đầu ra được duy trì bằng giá trị quy định (400 V).

Lỗi khuếch đại tín hiệu A2 bị che bởi mạch âm nhận xét(DSP), mạch và các thông số của nó được chọn sao cho đảm bảo ổn định động chất ổn định có phản ứng khá nhanh với các yếu tố gây mất ổn định. Trong trường hợp đơn giản nhất, DSP chỉ đơn giản là tụ điện C9 (xem Hình 1). giảm mức khuếch đại của tín hiệu không khớp bằng cách tăng tần số của nó ở hệ số truyền đủ lớn của thành phần DC. Ví dụ, để làm suy giảm một thành phần có tần số F đi N lần, điện dung của tụ phản hồi phải bằng

Ví dụ, ở F = 100 Hz và N = 1000, cần có tụ điện khoảng 1,6 µF.

Tuy nhiên, bộ ổn định có DSP đơn giản nhất có xu hướng tự dao động do biên độ pha nhỏ ở tần số khuếch đại đơn vị. Nếu độ lệch pha ở tần số này đạt tới 180°, phản hồi sẽ chuyển từ âm sang dương với tất cả những hậu quả khó chịu tiếp theo.

Để loại bỏ hiện tượng này và đảm bảo đủ biên độ pha, một điện trở được mắc nối tiếp với tụ điện phản hồi. Đây chính xác là R7C8 DSP được hiển thị trong Hình. 1 là tụ điện chính, tụ điện C9 và điện trở R9, được yêu cầu trong một số trường hợp, được hiển thị dưới dạng đường chấm chấm. giá trị cho phépđiện áp đầu ra. Nguyên lý hoạt động của nó được minh họa bằng một đoạn mạch điều khiển trong Hình 2. 3. Các phần tử A2, A4, A6, tụ điện C7 và điện trở R8, R14-R17 giống như trong Hình. 1. Có hai loại bảo vệ - tĩnh và động. Đầu tiên được cung cấp bởi bộ so sánh A7. Nó thay đổi trạng thái nếu điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại A2 giảm xuống dưới 2,25 V, tương ứng với việc vượt quá 10% điện áp đầu ra chỉ định của PFC. Tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh thông qua phần tử OR D3 sẽ được gửi đến đầu vào chặn của bộ khuếch đại A6, do đó bóng bán dẫn VT1 (xem Hình 1) sẽ đóng ngay lập tức và sẽ vẫn đóng cho đến khi phóng điện. của tụ C13 bằng dòng điện tải, điện áp ở đầu ra của PFC giảm xuống mức chấp nhận được.

Bảo vệ động bảo vệ chống lại sự tăng vọt điện áp đầu ra, ví dụ, do cắt tải đột ngột. Hoạt động của nó dựa trên thực tế là ở trạng thái ổn định, dòng sạc-xả của tụ điện DSP (C7) và dòng điện đầu ra gần như bằng nhau của bộ khuếch đại A2 gần bằng 0.

Khi điện áp đầu ra thay đổi mạnh, dòng điện chạy qua điện trở R14 và R15 tăng lên làm cho dòng điện đầu ra của bộ khuếch đại sạc tụ điện tăng tương đương. Bộ khuếch đại A2 có đầu ra điều khiển dòng điện đầu ra đặc biệt được kết nối với đầu vào của bộ so sánh A8. Nếu giá trị dòng điện chạy vào chân. 2, vượt quá 37 µA, cái gọi là “hãm mềm” sẽ được bật - giới hạn thời lượng xung trên chân. 7, dẫn đến điện áp đầu ra giảm dần. Nếu dòng điện vượt quá 40 μA, hiện tượng “hãm đột ngột” sẽ xảy ra khi bộ khuếch đại A6 bị chặn hoàn toàn. Do đặc tính trễ của bộ so sánh A8, hoạt động bình thường sẽ chỉ được khôi phục sau khi dòng điện đi vào giảm xuống 10 μA. Mức tiêu thụ dòng điện của bộ điều khiển qua mạch điện, bằng 4 mA ở chế độ vận hành, giảm xuống còn 1,4 mA khi kích hoạt bảo vệ.

Ví dụ, ngoài bộ điều khiển L6562, các vi mạch tương tự của các nhà sản xuất khác có thể được cài đặt trong PFC được mô tả. MS34262, IL34262. Diode VD4 phải hoạt động nhanh với tần số hoạt động không nhỏ hơn 200 kHz và có khả năng chịu được giá trị cực đại của dòng điện chuyển mạch. Tụ điện C1-C5 - màng hoặc gốm cho điện áp ít nhất 630 V. Cuộn cảm L1 - DF90PT hoặc DF110PT từ TV thuộc dòng ZUSTST-5USTST.

Lõi từ biến áp T1 - Ш6*6 làm bằng ferrite M2000NM1 với khung tiêu chuẩn, tất cả các đầu cuối không sử dụng đã bị loại bỏ. Cuộn dây I (73 vòng) được quấn bằng bó 10 sợi PEV-2 0,12 thành 4 lớp, tránh các vòng của lớp trên bị trượt và rơi xuống đáy

Ở má của khung. Mỗi lớp và toàn bộ cuộn dây được cách điện bằng vải đánh bóng hoặc vật liệu cách điện khác có khả năng chịu được các xung có biên độ lớn hơn 400 V. Độ tự cảm đo được của cuộn dây I của máy biến áp thành phẩm là 650 μH. Cuộn dây II - sáu vòng dây PEV-2 0,12, quấn "xả" trên toàn bộ chiều rộng của khung.

Để tạo khe hở không từ tính trong mạch từ, người ta chuẩn bị hai miếng chèn bằng sợi thủy tinh có độ dày 0,25 mm. Khi lắp ráp máy biến áp, chúng được chèn vào giữa hai đầu của thanh ngoài của các nửa mạch từ, sau đó mạch từ được dán lại với nhau. Một màn hình được đặt trên máy biến áp đã lắp ráp - một vòng ngắn mạch được làm bằng một dải lá đồng rộng 10 mm. Điều này là cần thiết để giảm mức độ nhiễu do thiết bị phát ra. Lần lượt không được kết nối với dây chung.

Hoạt động của KKM cho thấy nhiệt độ lõi từ của máy biến áp T1 đạt xấp xỉ 70"C. Để giảm nhiệt độ, nên sử dụng thay lõi từ làm bằng ferit 2000NM1 hoặc lõi từ tương tự làm từ ferit 2500NMCI. KKM cũng được khuyến nghị lắp đặt các tụ điện oxit có nhiệt độ hoạt động tối đa là 105 °C.

Công nghệ chuyển đổi

Giới thiệu

Trong những thập kỷ gần đây, số lượng thiết bị điện tử được sử dụng trong gia đình, văn phòng và nhà máy đã tăng lên đáng kể và hầu hết các thiết bị đều sử dụng nguồn điện chuyển mạch. Những nguồn như vậy tạo ra các biến dạng dòng điện hài và phi tuyến, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống dây điện và các thiết bị điện được kết nối với nó. Sự ảnh hưởng này không chỉ được thể hiện dưới nhiều hình thức sự can thiệp, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị nhạy cảm, mà còn trong quá nhiệt của đường trung tính. Khi dòng điện chạy trong tải có thành phần hài đáng kể lệch pha với điện áp, dòng điện trong dây trung tính (thực tế bằng 0 với tải đối xứng) có thể tăng đến giá trị tới hạn.

Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) và Tổ chức Tiêu chuẩn Kỹ thuật Điện Châu Âu (CENELEC) đã áp dụng các tiêu chuẩn IEC555 và EN60555, trong đó đặt ra các giới hạn về hàm lượng sóng hài trong dòng điện đầu vào của nguồn điện thứ cấp, tải điện tử của đèn huỳnh quang và trình điều khiển động cơ. dòng điện một chiều và các thiết bị tương tự.

Một trong cách hiệu quả Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng bộ hiệu chỉnh hệ số công suất PFC ( Hệ số công suấtĐiều chỉnh). Trong thực tế, điều này có nghĩa là mạch đầu vào của hầu hết mọi thiết bị điện tử có bộ chuyển đổi xung phải có một mạch PFC đặc biệt, giúp giảm hoặc triệt tiêu hoàn toàn các sóng hài dòng điện.

Hiệu chỉnh hệ số công suất

Một nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch điển hình bao gồm một bộ chỉnh lưu nguồn điện, một tụ điện làm mịn và một bộ chuyển đổi điện áp. Nguồn như vậy chỉ tiêu thụ điện tại những thời điểm khi điện áp cung cấp từ bộ chỉnh lưu đến tụ điện làm mịn cao hơn điện áp trên nó (tụ điện), xảy ra trong khoảng một phần tư thời gian. Trong thời gian còn lại, nguồn không tiêu thụ điện từ mạng vì tải được cấp nguồn bằng tụ điện. Điều này dẫn đến thực tế là tải chỉ lấy năng lượng ở mức điện áp đỉnh, dòng điện tiêu thụ có dạng xung ngắn và chứa một tập hợp các thành phần hài (xem Hình 1).

Nguồn điện thứ cấp, có chức năng hiệu chỉnh hệ số công suất, tiêu thụ dòng điện có độ méo sóng hài thấp, lấy điện từ mạng đồng đều hơn và có hệ số đỉnh (tỷ lệ giữa giá trị biên độ của dòng điện với giá trị của nó). Giá trị RMS) thấp hơn nguồn không được hiệu chỉnh. Hiệu chỉnh hệ số công suất làm giảm giá trị RMS của mức tiêu thụ dòng điện, cho phép bạn kết nối nhiều thiết bị khác nhau hơn với một ổ cắm của mạng điện mà không tạo ra quá dòng trong đó (xem Hình 2).

Hệ số công suất

Hệ số công suất PF là tham số đặc trưng cho độ méo do tải tạo ra (trong trường hợp của chúng tôi là nguồn điện thứ cấp) trong mạng AC. Có hai loại biến dạng - hài hòa và phi tuyến. Biến dạng sóng hài do tải phản kháng gây ra và thể hiện sự dịch pha giữa dòng điện và điện áp. Các biến dạng phi tuyến được đưa vào mạng bởi các tải “phi tuyến”. Những biến dạng này được biểu thị bằng độ lệch của dạng sóng dòng điện hoặc điện áp so với hình sin. Khi sự biến dạng sóng hài Hệ số công suất là cosin của độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp hoặc tỷ lệ công suất tác dụng trên tổng công suất tiêu thụ của mạng. Vì biến dạng phi tuyến Hệ số công suất bằng tỷ lệ công suất của thành phần dòng điện hài đầu tiên trong tổng công suất tiêu thụ của thiết bị. Nó có thể được coi là một chỉ số cho thấy thiết bị tiêu thụ điện năng từ nguồn điện một cách đồng đều như thế nào.

Nói chung hệ số công suất là tích của cosin của góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện và cosin của góc giữa vectơ điều hòa cơ bản và vectơ dòng điện tổng. Lý do được đưa ra dưới đây dẫn đến định nghĩa này. Dòng điện hiệu dụng chạy vào tải hoạt động, có dạng:

I 2 eff =I 2 0 +I 2 1eff +SI 2 neff,

trong đó I 2 neff là thành phần không đổi (trong trường hợp điện áp hình sin nó bằng 0), I 2 1eff là hài chính, và dưới dấu tổng là các hài thấp hơn. Khi làm việc với tải phản kháng, thành phần phản kháng xuất hiện trong biểu thức này và nó có dạng:

I 2 eff =I 2 0 +(I 2 1eff(P) +I 2 1eff(Q))+SI 2 neff. Công suất tác dụng là giá trị trung bình của công suất được phân bổ cho tải tác dụng trong một khoảng thời gian.

Nó có thể được thể hiện dưới dạng sản phẩm điện áp hiệu dụng tới thành phần hoạt động của dòng điện P=U eff Ch I 1eff(P). Về mặt vật lý, đây là năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt trên một đơn vị thời gian thông qua điện trở hoạt động. Dưới công suất phản kháng hiểu tích của điện áp hiệu dụng và thành phần phản kháng của dòng điện: Q = U eff H I 1 eff (Q). Ý nghĩa vật lý- đây là năng lượng được bơm hai lần mỗi chu kỳ từ máy phát đến tải và hai lần từ tải đến máy phát. Tổng công suất là tích của điện áp hiệu dụng và tổng dòng điện hiệu dụng: S=U eff H I eff(tổng). Trên mặt phẳng phức, nó có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của vectơ P và Q, từ đó biểu diễn sự phụ thuộc I 2 =I 1eff(total) cos j, trong đó j là góc giữa vectơ P và Q, cũng đặc trưng cho lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch.

Dựa vào những điều trên, chúng ta rút ra định nghĩa về hệ số công suất:

PF=P/S=(I 1eff cos j)/(Ieff(tổng)).

Điều đáng chú ý là tỷ số (I 1eff)/(Ieff(total)) là cosin của góc giữa các vectơ tương ứng với giá trị hiệu dụng Tổng dòng điện và giá trị hiệu dụng của sóng hài đầu tiên của nó. Nếu chúng ta biểu thị góc này là q thì biểu thức của hệ số công suất có dạng: PF=cos j Х cos q. Nhiệm vụ của việc hiệu chỉnh hệ số công suất là đưa góc lệch pha j giữa điện áp và dòng điện, cũng như góc méo hài q của dòng điện tiêu thụ về gần 0 (hay nói cách khác là đưa hình dạng của đường cong dòng điện). càng gần hình sin càng tốt và bù cho sự dịch pha càng nhiều càng tốt).

Hệ số công suất được biểu thị dưới dạng phân số thập phân, giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Giá trị lý tưởng của nó là sự thống nhất (để so sánh, một bộ nguồn chuyển mạch thông thường không có hiệu chỉnh có giá trị hệ số công suất khoảng 0,65), 0,95 - giá trị tốt; 0,9 - đạt yêu cầu; 0,8 - không đạt yêu cầu. Áp dụng hiệu chỉnh hệ số công suất có thể tăng hệ số công suất của thiết bị từ 0,65 lên 0,95. Các giá trị trong khoảng 0,97...0,99 cũng khá thực tế. Trong trường hợp lý tưởng, khi hệ số công suất bằng 1, thiết bị lấy dòng điện hình sin từ mạng với độ lệch pha bằng 0 so với điện áp (tương ứng với tải điện trở hoàn toàn có đặc tính dòng điện-điện áp tuyến tính).

Hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động

Phương pháp hiệu chỉnh thụ động thường được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị rẻ tiền có công suất thấp (nơi không có yêu cầu nghiêm ngặt về cường độ sóng hài dòng điện thấp hơn). Hiệu chỉnh thụ động cho phép bạn đạt được hệ số công suất khoảng 0,9. Điều này thuận tiện trong trường hợp nguồn điện đã được thiết kế sẵn, tất cả những gì còn lại là tạo một bộ lọc phù hợp và đưa nó vào mạch ở đầu vào.

Hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động bao gồm lọc mức tiêu thụ hiện tại bằng bộ lọc thông dải LC. Phương pháp này có một số hạn chế. Bộ lọc LC chỉ có thể có hiệu quả như một bộ hiệu chỉnh hệ số công suất nếu điện áp, tần số và tải thay đổi trong một phạm vi giá trị hẹp.. Do bộ lọc phải hoạt động ở vùng tần số thấp (50/60 Hz) nên các thành phần của nó có kích thước, trọng lượng lớn và yếu tố chất lượng thấp(điều này không phải lúc nào cũng được chấp nhận). Trước hết, số lượng thành phần có cách tiếp cận thụ động nhỏ hơn nhiều và do đó, thời gian giữa các lần thất bại dài hơn, và thứ hai, với hiệu chỉnh thụ động, ít tạo ra nhiễu điện từ và tiếp xúc hơn so với hiệu chỉnh chủ động.

Hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động

Việc hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động phải thỏa mãn ba điều kiện:

1) Hình dạng của dòng điện tiêu thụ phải càng gần hình sin càng tốt và “cùng pha” với điện áp. Giá trị tức thời của dòng điện tiêu thụ từ nguồn phải tỷ lệ thuận với điện áp mạng tức thời.

2) Nguồn điện lấy từ nguồn phải không đổi ngay cả khi điện áp mạng thay đổi. Điều này có nghĩa là khi điện áp mạng giảm thì dòng tải phải tăng và ngược lại.

3) Điện áp ở đầu ra của bộ hiệu chỉnh PFC không được phụ thuộc vào kích thước tải. Khi điện áp trên tải giảm thì dòng điện qua nó phải tăng và ngược lại.

Có một số sơ đồ có thể được sử dụng để thực hiện hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động. Phổ biến nhất hiện nay là “mạch chuyển đổi tăng tốc”. Mạch này đáp ứng tất cả các yêu cầu cho nguồn điện hiện đại. Trước hết, nó cho phép bạn làm việc trong mạng với những nghĩa khác nhauđiện áp cung cấp (từ 85 đến 270 V) mà không bị hạn chế và bất kỳ điều chỉnh bổ sung nào. Thứ hai, cô ấy ít bị sai lệch hơn Thông số điện mạng (tăng điện áp hoặc mất điện ngắn hạn). Một ưu điểm khác của sơ đồ này là việc thực hiện bảo vệ đột biến đơn giản hơn. Sơ đồ đơn giản của “bộ chuyển đổi tăng tốc” được hiển thị trong Hình 2. 3.

Nguyên tắc hoạt động

Bộ hiệu chỉnh hệ số công suất tiêu chuẩn là bộ chuyển đổi AD/DC có điều chế độ rộng xung (PWM). Bộ điều biến điều khiển một công tắc mạnh mẽ (thường là MOSFET), chuyển đổi điện áp nguồn trực tiếp hoặc chỉnh lưu thành một chuỗi xung, sau khi chỉnh lưu sẽ thu được điện áp không đổi ở đầu ra.

Sơ đồ thời gian hoạt động của bộ hiệu chỉnh được hiển thị trong Hình. 4. Khi bật công tắc MOSFET, dòng điện trong cuộn cảm tăng tuyến tính - trong khi diode bị khóa và tụ điện C2 được phóng vào tải. Sau đó, khi bóng bán dẫn tắt, điện áp trên cuộn cảm sẽ “mở” diode và năng lượng tích trữ trong cuộn cảm sẽ tích điện cho tụ điện C2 (đồng thời cấp nguồn cho tải). Trong mạch trên (không giống như nguồn không hiệu chỉnh), tụ C1 có điện dung nhỏ và dùng để lọc nhiễu tần số cao. Tần số chuyển đổi là 50...100 kHz. Trong trường hợp đơn giản nhất, mạch hoạt động với chu kỳ làm việc không đổi. Có nhiều cách để tăng hiệu quả điều chỉnh thay đổi năng động chu kỳ làm việc (khớp chu kỳ với đường bao điện áp từ bộ chỉnh lưu nguồn điện).

Mạch "bộ chuyển đổi tăng tốc" có thể hoạt động ở ba chế độ: tiếp diễn , rời rạc và cái gọi là " chế độ dẫn tới hạn" TRONG rời rạc chế độ, trong mỗi khoảng thời gian, dòng điện cảm ứng sẽ “giảm” về 0 và sau một thời gian bắt đầu tăng trở lại, và trong tiếp diễn- dòng điện chưa kịp về 0 thì bắt đầu tăng trở lại. Cách thức độ dẫn quan trọngđược sử dụng ít thường xuyên hơn hai cái trước. Nó khó thực hiện hơn. Ý nghĩa của nó là MOSFET mở vào thời điểm dòng điện cảm đạt đến 0. Khi hoạt động ở chế độ này, việc điều chỉnh điện áp đầu ra được đơn giản hóa.

Việc lựa chọn chế độ phụ thuộc vào công suất đầu ra cần thiết của nguồn điện. Các thiết bị có công suất trên 400 W sử dụng chế độ liên tục, trong khi các thiết bị công suất thấp sử dụng chế độ rời rạc. Hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động cho phép bạn đạt được các giá trị 0,97...0,99 với hệ số THD (Total Harmonic Distortion) là 0,04...0,08.

V. Dyakonov, A. Remnev, V. Smerdov

TRONG Gần đây trong thị trường hộ gia đình và văn phòng thiết bị vô tuyến điện tử(REA) ngày càng xuất hiện nhiều thiết bị có nguồn điện bao gồm các bộ phận mới - bộ hiệu chỉnh nguồn (PC). Bài viết thảo luận về việc sử dụng CM, nguyên lý hoạt động, chẩn đoán và sửa chữa của chúng.

Hầu hết các bộ nguồn REA hiện đại đều là bộ nguồn thứ cấp dạng xung có bộ chỉnh lưu cầu không biến áp và bộ lọc điện dung. Cùng với những ưu điểm (hiệu suất cao, thông số trọng lượng và kích thước tốt), chúng có hệ số công suất tương đối thấp (0,5...0,7) và mức độ hài của dòng điện tiêu thụ từ mạng tăng lên (>30%). Hình dạng của dòng điện tiêu thụ bởi các nguồn như vậy được thể hiện trong hình. 1 có đường liền nét.

Dòng điện không hình sin dẫn đến nhiễu điện từ làm tắc nghẽn mạng AC và gây trục trặc cho các thiết bị điện tử khác.

Các nguồn điện được mô tả ở trên, là nguồn tiêu thụ một pha, có số lượng lớn thiết bị điện tử và kết nối không hợp lý với mạng lưới cấp điện ba pha, có thể gây ra mất cân bằng pha. Trong trường hợp này, một phần của REA sẽ hoạt động ở mức tăng điện áp và cái còn lại - ở mức giảm, điều này luôn không mong muốn. Để loại bỏ sự mất cân bằng pha trong mạng ba pha Theo quy định, một dây trung tính được đưa vào để cân bằng điện áp ở tất cả các pha. Tuy nhiên, với tính chất xung của dòng điện tiêu thụ và số lượng lớn các thành phần hài của nó, dây trung tính có thể bị quá tải. Điều này là do tiết diện của nó thường nhỏ hơn 2...2,5 lần so với dây pha. Vì lý do an toàn, nghiêm cấm bảo vệ dây này bằng cầu chì hoặc cầu dao. Rõ ràng, trong điều kiện không thuận lợi, dây trung tính có thể bị cháy và do đó có thể xảy ra mất cân bằng pha.

Về vấn đề này, các yêu cầu về khả năng tương thích điện từ của các nguồn xung thứ cấp với mạng lưới cung cấp ngày càng trở nên nghiêm ngặt và mức độ hài cao hơn của dòng điện tiêu thụ từ mạng đối với tất cả người tiêu dùng một pha bị hạn chế đáng kể. Hiện tại mới Tiêu chuẩn Châu Âu yêu cầu cải thiện hình thức dòng điện tiêu thụ chỉ dành cho người tiêu dùng có công suất trên 200 W và trong tương lai gần, những yêu cầu này sẽ được áp dụng cho người tiêu dùng có công suất lên tới 50...70 W.

Hiện nay, việc điều chỉnh thụ động và chủ động hình dạng của dòng điện tiêu thụ được sử dụng.

Các mạch hiệu chỉnh thụ động, bao gồm cuộn cảm và tụ điện, cung cấp hệ số công suất cho thấy sự khác biệt về hình dạng của dòng điện tiêu thụ so với hình sin (không tệ hơn 0,9...0,95). Mặc dù có thiết kế đơn giản và đáng tin cậy, các mạch hiệu chỉnh thụ động có kích thước tương đối lớn và nhạy cảm với những thay đổi về tần số của điện áp nguồn và cường độ dòng điện tải.

Hứa hẹn hơn là việc sử dụng CM hoạt động, tạo thành dòng điện tiêu thụ hình sin ở đầu vào của nguồn điện chuyển mạch, trùng pha và tần số với điện áp nguồn. Các CM như vậy có kích thước nhỏ do hoạt động với tần số chuyển đổi vài chục kilohertz và cung cấp hệ số công suất 0,95...0,99.

Bạn có thể tạo ra dòng điện hình sin ở đầu vào của bộ chỉnh lưu cầu của nguồn điện chuyển mạch bằng cách sử dụng một trong các mạch chuyển đổi điện áp DC không đổi khi sử dụng nguyên lý điều chế độ rộng xung tần số cao (PWM). Trong trường hợp này, bộ chuyển đổi tăng cường thường được sử dụng nhất, có những ưu điểm sau:
. bóng bán dẫn điện có kết nối nguồn với một dây chung, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng mạch điều khiển của nó;
. điện áp cực đại trên bóng bán dẫn bằng điện áp đầu ra;
. sự hiện diện của điện cảm mắc nối tiếp với tải đảm bảo lọc các thành phần tần số cao.

Chúng ta hãy xem xét nguyên lý hoạt động của CM đang hoạt động được triển khai trên bộ chuyển đổi tăng áp có tính năng theo dõi xung (Hình 2).

Trước tiên, hãy xem xét hoạt động của mạch CM mà không cần nhân các nút (MM) và cảm biến điện áp tải (LVS), vai trò của chúng được mô tả dưới đây. Điện áp tham chiếu hình sin nhận được từ cảm biến điện áp chỉnh lưu (RVS) được cung cấp cho một trong các đầu vào của mạch điều khiển (CS) bằng công tắc nguồn được triển khai trên bóng bán dẫn MOS VT. Một tín hiệu được nhận ở đầu vào thứ hai của hệ thống điều khiển, tỷ lệ thuận với hiện tại chìa khóa Miễn là điện áp từ DVN lớn hơn điện áp do cảm biến dòng điện (CT) tạo ra, bóng bán dẫn sẽ mở và năng lượng tích lũy trong điện cảm (Hình 3 a). Diode VD đóng trong khoảng này (Ti).

Nếu các tín hiệu đến hệ thống điều khiển bằng nhau thì công tắc sẽ đóng và năng lượng tích lũy trong cuộn cảm sẽ được truyền tới tải. Sau khi dòng điện trong cuộn cảm giảm xuống 0 trong thời gian tP, bóng bán dẫn sẽ bật lại. Tần số chuyển mạch của bóng bán dẫn cao hơn nhiều lần so với tần số của mạng cung cấp, giúp giảm đáng kể kích thước của điện cảm. Trong trường hợp này, trong nửa chu kỳ của điện áp nguồn, đường bao của các giá trị biên độ của dòng điện cảm (Hình 3 b) thay đổi theo định luật hình sin. Giá trị hiện tại trung bình thay đổi tương tự. Kết quả là dòng điện tiêu thụ có dạng hình sin và cùng pha với điện áp nguồn.

Tuy nhiên, độ lớn của điện áp tải phụ thuộc đáng kể vào sự thay đổi của điện áp đầu vào và dòng điện tải. Để ổn định điện áp tải, một mạch phản hồi cho điện áp này được đưa thêm vào hệ thống điều khiển. Khả năng thu được dạng hình sin của dòng điện tiêu thụ đồng thời ổn định điện áp tải được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu tương tự (nút PA) đến từ DVN và DVN.
Do đó, tín hiệu bổ sung thu được trong trường hợp này trở thành điện áp tham chiếu dành cho SU.

Nguyên tắc điều khiển CM được xem xét được sử dụng ở công suất tải lên tới 300 W. Ở công suất cao hơn, cần phải hình thành một đường cong thay đổi mượt mà hơn trong mức tiêu thụ hiện tại. Điều này có thể được thực hiện khi dòng điện trong cuộn cảm không giảm về 0 (Hình 3c và 3d). Nếu trong CM công suất tương đối thấp, bóng bán dẫn hoạt động khi dòng điện cảm đạt bằng 0, thì trong CM mạnh - khi đặt giá trị dòng điện này.

Chúng ta hãy xem xét hoạt động của CM bằng cách sử dụng ví dụ về sơ đồ thực tế được trình bày trong Hình 2. 4. Mạch điều khiển được thực hiện trên chip L6560 chuyên dụng, sơ đồ cấu trúcđược thể hiện trong hình. 5,

Và các bài tập pin có trong bảng. 1.

Điện áp DVN do bộ chia điện trở R1 R2 tạo ra được cung cấp cho chân. 3 chip L6560. Tụ điện C1 ở đầu ra của bộ chỉnh lưu hoạt động như một bộ lọc thông cao chứ không phải là tụ điện làm mịn như trong các mạch truyền thống. Do đó, giá trị của nó không vượt quá hàng trăm nanofarad - đơn vị microfarad ở công suất tải 100...200 W. Lọc bổ sung nhiễu tần số cao trên pin. 3 được thực hiện bởi tụ C2.
Điện trở R5 hoạt động như một cảm biến dòng điện chính, điện áp được cung cấp cho chân thông qua bộ lọc RF R4 C4. 4 vi mạch. Công tắc nguồn được điều khiển bằng tín hiệu nhận được từ chân. 7. Có tính đến đặc thù hoạt động của các công tắc CM (dải động lớn của các giá trị dòng điện có biên độ), các bóng bán dẫn MOS thường được sử dụng như chúng. Ở đặc tính tần số chuyển đổi cao của CM, các bóng bán dẫn này có tổn hao động thấp và dễ dàng điều khiển trực tiếp bằng vi mạch. Để giảm khả năng kích thích của mạch, một điện trở có điện trở thấp được đưa vào mạch cổng của bóng bán dẫn MOS.

Tín hiệu phản hồi về điện áp đầu ra được lấy ra khỏi bộ chia điện trở R6 R7 và cung cấp cho chân. 1. Giảm ảnh hưởng tiếng ồn xung, phát sinh trong mạch đầu ra, giữa các chân. Vi mạch 1 và 2 bao gồm một tụ điện tích hợp C3, điện dung của nó là hàng trăm nanofarad.

Khi CM được kết nối với mạng, tại thời điểm đầu tiên, vi mạch được cấp nguồn thông qua điện trở R3. Ngay khi CM chuyển sang chế độ vận hành, điện áp sẽ bị loại bỏ khỏi cuộn dây bổ sung của cuộn cảm L, một mặt được sử dụng làm điện áp cung cấp cho vi mạch, mặt khác là tín hiệu để xác định dòng điện tự cảm bằng không.

Ở đầu ra của CM luôn có tụ lọc C5, vì năng lượng được truyền tới tải theo xung. Công suất của tụ điện này thường được xác định ở mức 1,5...2 µF trên 1 W công suất tải.

Gần đây, các công ty hàng đầu đã sản xuất một số lượng lớn mạch tích hợp cho hệ thống điều khiển bộ hiệu chỉnh công suất. Số lượng vi mạch này gắn liền với các chức năng bổ sung mà chúng có khả năng thực hiện, mặc dù nguyên tắc xây dựng CM trên các vi mạch này gần như giống nhau. ĐẾN chức năng bổ sung liên quan:
. bảo vệ quá áp thoáng qua;
. bảo vệ chống khởi động lại;
. bảo vệ chống hư hỏng khi bắt đầu tải đóng;
. cải thiện thành phần hài trong quá trình vượt qua điểm 0 của điện áp nguồn;
. chặn ở điện áp cung cấp thấp;
. bảo vệ chống lại sự đột biến điện áp đầu vào ngẫu nhiên.

Bộ điều chỉnh nguồn, theo quy định, không thiết bị độc lập và là một phần của việc chuyển đổi nguồn điện. Để có được mức độ yêu cầu và cực điện áp đầu ra, những bộ nguồn như vậy có chứa bộ chuyển đổi. Về vấn đề này, các nhà thiết kế chip thường kết hợp hai tầng mạch điều khiển trong một gói: cho chính CM cũng như cho bộ chuyển đổi điện áp.

Trong bảng Bảng 2 cho thấy các thông số chính của vi mạch điều khiển từ các công ty khác nhau dành cho nguồn điện chuyển mạch thứ cấp có hiệu chỉnh nguồn.

Tiêu chí chính cho hoạt động của CM là mức điện áp đầu ra. Với điện áp nguồn xoay chiều 220 V, điện áp đầu ra của KM không đổi và phải là 340,360 V. Nếu điện áp nhỏ hơn 300 V thì điều này cho thấy có sự cố. Để kiểm tra thêm CM, cần có máy hiện sóng. Với sự trợ giúp của nó, biểu đồ dao động được kiểm tra trong các nút CM đặc trưng ở mức tải định mức, trong đó có thể kết nối một điện trở tương đương.

Điện áp cổng Transistor. Khi vi mạch hoạt động tốt, điện áp đầu ra của nó là các xung hình chữ nhật Tân sô cao, cao hơn nhiều so với tần số mạng. Với một bóng bán dẫn MOS đang hoạt động, sự chênh lệch điện áp ở đầu ra của vi mạch và cổng của bóng bán dẫn thực tế là bằng không. Nếu cổng của bóng bán dẫn bị hỏng, sẽ xuất hiện sự chênh lệch điện áp vài volt.

Điện áp tại nguồn của bóng bán dẫn, là điện áp được đọc từ cảm biến dòng điện. Tại hoạt động binh thương Dạng sóng điện áp CM phải giống với dạng sóng dòng điện chuyển mạch được hiển thị trong Hình 2. 3. Sự khác biệt sẽ cho biết sự cố có thể xảy ra bóng bán dẫn MOS. Chẩn đoán sự cố của chúng được mô tả chi tiết trong.

Điện áp trên DVN. Hình dạng của điện áp này là hình sin được chỉnh lưu. Khi bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường, bộ chia điện trở có thể gặp trục trặc.

Để kiểm tra chính vi mạch, bạn cũng cần một nguồn điện áp không đổi có điều chỉnh điện áp từ 3 đến 15 V. Điện áp này được cung cấp cho các đầu vào của mạch điện của vi mạch khi CM bị ngắt khỏi mạng. Khi điện áp của nguồn điều chỉnh thay đổi, điện áp đầu ra của vi mạch sẽ được điều khiển. Miễn là điện áp cung cấp nhỏ hơn 12,13 V thì điện áp đầu ra bằng 0. Ở điện áp cao hơn, tín hiệu đầu ra xuất hiện ở đầu ra của vi mạch với mức theo dõi điện áp nguồn. Khi điện áp nguồn giảm xuống dưới 7 V, tín hiệu đầu ra này giảm đột ngột về 0. Trong trường hợp không có mẫu như vậy thì rất có thể vi mạch bị lỗi.

Văn học
1. Bachurin V.V., Dyakonov V.P., Remnev A.M., Smerdov V.Yu. Thiết kế mạch của thiết bị mạnh mẽ bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Danh mục. M.: Đài phát thanh và truyền thông, 1994.
2. V. Dyakonov, A. Remnev, V. Smerdov. Đặc điểm sửa chữa linh kiện thiết bị điện tử dựa trên Transistor MOS. Sửa chữa & Dịch vụ, 1999, Số 11, tr. 57-60.
[email được bảo vệ]