Устройство и принцип работы активного корректора

Возможность создания дешевого и экономичного корректора коэффициента мощности обеспечена высоким уровнем современного развития ключевых регуляторов. Идея состоит в использовании способности этих регуляторов обеспечивать во входной цепи требуемую форму тока, определяющего коэффициент мощности. Для этого применяют импульсный повышающий регулятор, состоящий из индуктивности, ключа Q1, диода и конденсатора нагрузки.

Для работы с импульсными источниками питания фирма Micro Linear в 1989 году разработала первую микросхему МL4812 управления активным корректором мощности. Позднее к разработке аналогичных схем подключились такие крупные фирмы, как Siemens, Unitrode и Motorola. В результате этих разработок в настоящее время имеется большое количество схем управления импульсными источниками питания, совмещенными с корректорами коэффициента мощности.
Рассмотрим вначале принцип действия активного корректора коэффициента мощности. На рисунке приведена упрощенная структурная схема такого корректора.

Как видно из схемы, получение коэффициента мощности, близкого к единице, достигается за счет исключения из выпрямителя ёмкости фильтра, которая обычно устанавливается в импульсных источниках питания для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Вместо этой емкости в схему вводится высокочастотный импульсный стабилизатор повышающего типа, с небольшой индуктивностью L на входе, работающий в граничном режиме прерывистого тока в индуктивности.
Схема повышающего импульсного стабилизатора состоит из индуктивности L, ключевого транзистора Т, диода VD и емкости C_ф сглаживающего фильтра. В соответствии с принципом действия повышающего стабилизатора напряжения при включении транзистора Т через индуктивность L начинает протекать ток, который нарастает по линейному закону. При выключении транзистора Т ток в индуктивности L начинает спадать по линейному закону, заряжая через диод VD, ёмкость фильтра С_ф.
Включение и выключение ключевого транзистора Т выполняется устройством управления, которое состоит из датчика выпрямленного напряжения ДВН, датчика тока ДТ в индуктивности L и схемы формирования импульсов управления СУ. Процесс формирования импульсов управления иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на рисунке б. Как видно из этих диаграмм, включение транзистора Т происходит в момент времени, когда напряжение на выходе датчика тока ДТ становится равным нулю (т. е. при нулевом токе в индуктивности L). Выключение транзистора Т происходит в момент времени, когда линейно нарастающее напряжение с датчика тока становится равным изменяющемуся по синусоидальному закону напряжению с датчика выпрямленного напряжения ДВН.
После выключения транзистора ток в индуктивности начинает спадать, и при нулевом значении тока транзистор Т вновь включается. Далее процесс повторяется с достаточно высокой частотой. Усредненный ток i_ср в индуктивности оказывается синусоидальным по форме и почти совпадающим по фазе с выпрямленным напряжением. Таким образом, благодаря схеме корректора достигается высокое значение коэффициента мощности.
К недостаткам приведенной схемы корректора коэффициента мощности (ККМ) следует отнести отсутствие стабилизации выходного напряжения u_вых. При изменении напряжения сети или нагрузки выходное напряжение ККМ будет также изменяться. Для получения стабильного выходного напряжения в схему ККМ вводится дополнительная обратная связь по выходному напряжению. Структурная схема ККМ со стабилизацией выходного напряжения u_вых приведена на рисунке.

В схеме в дополнение к датчикам выпрямленного напряжения ДВН и тока в индуктивности ДТ введен датчик выходного напряжения ДН. Напряжение u_дн, с датчика ДН сравнивается с напряжением u_оп источника опорного напряжения ИОН и сформированный сигнал ошибки u_ош (рассогласования) перемножается с выходным напряжением ДВН в умножителе напряжения УН. В результате этого формируется модулирующий сигнал u_м, который аналогично рассмотренному выше модулирует длительность импульсов управления ключевым транзистором Т. Обратная связь по выходному напряжению является отрицательной, поэтому увеличение выходного напряжения u_вых, приводит к уменьшению сигнала ошибки u_ош.
Временные диаграммы для схемы практически не отличаются от предыдущей схемы, только модулирующее напряжение заменяется на произведение u_двнu_ош. При постоянном напряжении на выходе ККМ напряжение ошибки также будет постоянным. Если выходное напряжение возрастает, то сигнал ошибки уменьшается и, следовательно, уменьшается амплитуда модулирующего напряжения u_м. В результате уменьшаются амплитуды импульсов тока в индуктивности и соответственно уменьшается среднее значение тока i_ср, что приводит к понижению выходного напряжения. При понижении выходного напряжения происходят противоположные процессы, которые в результате приводят к его повышению. Таким образом, обеспечивается стабилизация выходного напряжения в схеме ККМ при изменении напряжения сети или при изменении нагрузки R_н.
Описанная выше процедура коррекции коэффициента мощности и стабилизации выходного напряжения используется в микросхемах управления, разработанных фирмой Motorola. Этой фирмой выпускаются несколько микросхем управления, реализующих аналогичный процесс регулирования, но с различной степенью сложности. По существу, все разработанные фирмой микросхемы поддерживают в схеме повышающего стабилизатора граничный режим непрерывным и прерывистым током в индуктивности L.

Контрольные вопросы

1. Принцип действия ККМ.

2. Достоинства схем источников питания со звеном ККМ.

3. Назначение узлов системы управления ККМ.