Структурная схема ИВЭП с активным корректором мощности (ККМ)

Коэффициентом мощности К_м называется отношение активной мощности Р переменного или пульсирующего тока, измеренной ваттметром, к кажущейся (полной) мощности S, определяемой как произведение действующих значений напряжения U и тока I, измеренных вольтметром и амперметром:

(2.1)

При резистивной нагрузке Р = U × I, т.е. имеет место предельное значение

K_{M max}=1. При синусоидальной форме тока и напряжения P=U I cosj, поэтому в соответствии с (2.1), K_M = cosj, где j-сдвиг фазы между напряжением и током в сети.

В 1992 г. Международная электротехническая комиссия (МЭК) ввела стандарт IEC-555-2, содержащий требования к допустимому уровню вносимых в сеть переменного тока высших гармоник, шумов и колебаний напряжения для всех электронных приборов. При этом обеспечение требуемого значения K_M обязательно для любого электрооборудования, потребляющего от сети мощность более 300Вт и имеющего на выходе сетевого выпрямителя емкостный фильтр, в том числе для электробытовых приборов, микропроцессоров и компьютеров, медицинского электронного оборудования, электронной контрольно-поверочной аппаратуры и лабораторных источников электропитания.

Вступающий в действие новый стандарт МЭК IEC-1000-3-2 (вместо IEC-555-2) значительно ужесточает требования к нормам на коэффициент мощности потребителей энергии. Придерживаться этого стандарта должны все производители изделий, которые выходят на международный рынок. В связи с этим задача улучшения качества потребляемой мощности становится весьма актуальной для разработчиков источников питания. Хорошо известны многие потребители, которые значительно снижают значения K_M. К их числу относятся лампы дневного света с индуктивным балластом, импульсные источники питания с емкостным фильтром на входе, асинхронные двигатели и др. Для повышения коэффициента мощности таких потребителей в настоящее время используют пассивные и активные корректоры коэффициента мощности.

Упрощенная схема импульсного источника питания приведена на рисунке 2.10, а. Эта схема состоит из сетевого выпрямителя, конденсатора фильтра С и высокочастотного конвертора (DC/DC) . Выходное напряжение конвертора поступает на нагрузку R_н. При синусоидальном напряжении сети U_c выходное напряжение выпрямителя U_в и ток, потребляемый от сети, имеет пульсирующую форму. Как видно из временной диаграммы, приведенной на рисунке 2.10, б - форма тока, потребляемого из сети, имеет вид узкого импульса большой амплитуды и малой длительности.

б)

Рисунок 2.10 - Упрощенная схема импульсного источника питания (а);

диаграммы напряжения и тока (б)

При такой форме импульсов тока их спектр оказывается очень широким и содержит большое число гармоник. В результате коэффициент мощности источника питания составляет 0,5…0,7. Повысить коэффициент мощности можно при помощи пассивной коррекции , однако такая схема должна включать индуктивности, которые на частоте 50Гц будут иметь

большие габариты и массу. Кроме того, такая схема потребует изменение индуктивности (подстройку) при изменении тока нагрузки. Все это показывает нецелесообразность применения пассивных корректоров мощности для импульсных источников питания.

Активные корректоры коэффициента мощности. Для работы с импульсными источниками питания фирмы Mikro Linear в 1989 году разработала первую микросхему ML4812 управления активным корректором. Позднее к разработке аналогичных схем подключились такие крупные фирмы, как Simens, Unitrode и Motorola. В результате этих разработок появилось большое количество схем управления импульсными источниками питания, совмещенными с корректорами коэффициента мощности.