Однофазные выпрямители с бестрансформаторным входом. Корректор коэффициента мощности.

В настоящее время как в системах электропитания устройств связи, так и в бытовой электронике, все шире применяют вторичные источники электропитания с бестрансформаторным входом. Первичным источником для них, как правило, является однофазная или трехфазная сеть переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Отличительной чертой этих источников является отсутствие силового трансформатора, работающего на низкой частоте 50 Гц. В основном эти источники представляют собой стабилизирующие выпрямительные устройства, имеющих один или несколько выходов напряжения постоянного тока. Так, например, стабилизирующие выпрямители с бестрансформаторным входом (ВБВ), применяемые для питания станционной аппаратуры связи, имеют, как правило, один выход напряжения постоянного тока, тогда как блок питания персонального компьютера или импульсный источник питания телевизионного приемника, представляющие собой также ВБВ, имеют по несколько выходов напряжения постоянного тока. Структурные схемы стабилизирующих выпрямителей для станционной аппаратуры связи представлены на рис. 8.1

Силовая часть ВБВ, выполненного по схеме рис. 8.1,а, содержит:

• входной помехоподавляющий фильтр Вх.ППФ (фильтр радиопомех);

• сетевой выпрямитель СВ;

• входной сглаживающий фильтр СФ;

• регулируемый преобразователь напряжения ПН;

• выходной помехоподавляющий фильтр Вых.ППФ.

На схеме рис. 8.1,а также показана схема управления Сх.У регулируемым преобразователем напряжения и усилитель мощности УМ(драйвер). Драйвер (драйверы) обеспечивают согласование по мощности маломощной Сх.У с мощными транзисторами ПН, а также при необходимости — их гальваническую развязку. Структура рис. 8.1,а свойственна либо ВБВ относительно большой мощности, работающим от трехфазной сети переменного тока (трехфазные ВБВ), либо маломощным ВБВ (как правило, при выходной мощности до 100 Вт), работающим от однофазной сети переменного тока (однофазные ВБВ).Структурная схема рис. 8.1,б отличается от рассмотренной тем, что вместо входного сглаживающего фильтра СФ на выходе сетевого выпрямителя устанавливается корректор коэффициента мощности ККМ со своей схемой управления (Сх.У ККМ). Эта структура свойственна всем современным выпрямительным устройствам с выходной мощностью более нескольких десятков ватт, работающим от однофазной сети переменного тока.

Входной помехоподавляющий фильтр (фильтр радиопомех)предназначен для ослабления высокочастотных импульсных помех, способных проникать из сети переменного тока в выпрямительное устройство, а также для ослабления до требуемого уровня помех, возникающих в сети переменного тока при работе самого вып. уст-ва.

В однофазных ВБВ, выполненных по схеме рис. 8.1,а, сетевой выпрямитель СВ всегда выполняется по однофазной мостовой схеме выпрямления, на выходе которой устанавливается сглаживающий фильтр, представляющий собой электролитический конденсатор (электролитические конденсаторы), т.е. в подобных ВБВ СВ работает на нагрузку емкостного характера. Схема СВ и кривые выходного напряжения и выходного тока для установившемся режима схемы, приведены на рис. 8.4. Характерной особенностью СВ является высокий уровень выходного напряжения ималое значение сопротивления фазы выпрямителя, представленное диф-ным сопротивлением открытых диодов и сопротивлением подводящих проводов. сопротивления фазы выпрямителя, представленное диф-ным сопротивлением открытых диодов и сопротивлением подводящих проводов. В связи с этим на этапе открытого состояния соотв. пары диодов VD1, VD4 или VD2, VD3 напряжение на выходе выпрямителя практически совпадает с напряжением питающей сети (в пределах угла ), а разряд конденсатора С начинается практически сразу после достижения на нем напряжения, равного амплитудному значению напряжения питающей сети (Uomax)-Поскольку электролитические конденсаторы не допускают большого значения пульсации и, кроме того, рассматриваемые СВ применяются на практике при относительно небольшой выходной мощности ВБВ, постоянная времени цепи разряда конденсатора С оказывается относительно большой, а длительность открытого состояния диодов (угол ) малой.

Все основные параметры выпрямителя зависят от длительности открытого состояния диода и с уменьшением длительности импульса тока, потребляемого от сети, увеличивается его действующее и амплитудное значения при неизменном среднем значении выходного тока, т.е. практически при неизменном значении выходной мощности СВ. Увеличение действующего значения тока приводит к увеличению потерь в вентильном комплекте СВ и в элементах источника энергии, а также к уменьшению коэффициента мощности ВБВ.Следует иметь в виду также, что для СВ нагрузка, в качестве которой выступает регулируемый ПН, носит нелинейный характер. С увеличением напряжения питающей сети среднее значение выходного тока СВ и длительность открытого состояния диодов (угол ) уменьшаются. Кроме того, при работе подобных ВБВ создается существенный уровень помех для потребителей, питающихся от той же сети переменного тока. Особенно это заметно при ограниченной мощности сети переменного тока или большой протяженности линий распределения электрической энергии. Еще одной проблемой, возникающей при разработке ВБВ с СВ, выполненными по схеме рис. 8.4,является необходимость ограничения пусковых токов, возникающих в момент подключения ВБВ к сети переменного тока. В момент подключения ВБВ к сети переменного тока при нулевом напряжении на выходном конденсаторе сетевого выпрямителя максимальное значение пускового тока может в десятки раз превышать максимальное значение импульса тока установившегося режима работы, что без принятия специальных мер по Ограничению этого пускового тока, неминуемо приводит к выходу из строя диодов СВ. Наиболее простым решением проблемы ограничения пусковых токов до значений, определяемых перегрузочной способностью диодов СВ, является введение специальных пусковых резисторов на входе СВ. При выходной мощности до 100... 300 Вт сопротивление пусковых резисторов обычно лежит в пределах 4,7... 10 Ом, так что потери мощности в этих резисторах для установившегося режима работы ВБВ оказываются относительно небольшими, что и позволяет выполнять их как постоянно включенные элементы устройства. При выходной мощности ВБВ более 300Вт эти пусковые резисторы обычно вводятся только на момент включения, а затем они с целью повышения КПД устройства закорачиваются тиристором или контактами специального реле. В качестве примера на рис. 8.5 приведены результаты компьютерного анализа работы СВ в переходном и устан-ся режимах, выполненного с помощью программы схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.0. Причинами низкого коэффициента мощности ВБВ являются как большое содержание высших гармоник в кривой тока, потребляемого от сети, так и сдвиг по фазе первой гармоники этого тока относительно кривой напряжения. Под коррекцией коэффициента мощности понимается его повышение. В электроустановках предприятий связи (по требованию энергоснабжающих организаций) широко применяется так называемый метод пассивной коррекции коэффициента мощности электроустановки в делом путем подключения к главному распределительному щиту конденсаторных установок. Введение конденсаторных установок позволяет уменьшить фазовый угол отставания потребляемого электроустановкой тока от напряжения, характерный для таких, например, устройств, как асинхронные