Построение импульсных источников питания для светодиодных светильников

Большое количество включенных в сеть нагрузок с нелинейным характером потребления тока, таких как импульсные источники питания и светильники с газоразрядными лампами, приводит к значительным искажениям формы напряжения в сети. Форма напряжения в сети становится ближе к прямоугольной, что приводит к появлению большого количества гармоник.
Негативное влияние на питающую сеть определяется двумя составляющими: искажение формы тока питающей сети и потребление реактивной мощности. Степень влияния потребителя на питающую сеть зависит от его мощности.
В США и Европейских странах давно принят стандарт, регламентирующий нормы по коэффициенту нелинейных искажений в сетях и коэффициенту мощности для источников электропитания с выходной мощностью более 50 Вт, а для источников питания люминесцентных ламп и других осветительных приборов более 25 Вт. Для реализации устройств коррекции коэффициента мощности разработаны и выпускаются специализированные микросхемы, с помощью которых легко создать источники питания небольшой мощности.
Традиционное схемное решение входной цепи импульсного источника питания с мостовым выпрямителем и входной емкостью представлена на рис. 1, а на рис. 2 показана диаграмма работы такого выпрямителя.
Пока напряжение на входе выпрямителя (2) меньше чем на фильтрующей емкости (1) диоды закрыты, и ток (3) не протекает. Ток из сети потребляется во временном промежутке, обозначенном t1 - t2, когда выпрямленное напряжение сети становится больше напряжения на конденсаторе, причем, ток заряда емкости ограничен, только внутренним сопротивлением емкости и динамическим сопротивлением вентилей. Если в сеть включено достаточно большое количество источников с подобным характером потребления тока, возникает картина, когда протекающие импульсные токи значительно искажают форму напряжения в сети, что приводит к появлению гармоник, причем преимущественно нечетных. Повышение коэффициента гармоник оказывают крайне негативное влияние на многих потребителей, заставляя их применять специальные (зачастую весьма дорогостоящие) меры по их нейтрализации. Коэффициент мощности (отношение активной составляющей мощности к полной мощности) для такой схемы, находится в пределах 0,5 - 0,7 и зависит от величины ёмкости конденсатора и сопротивления нагрузки.

Рис.1 Выпрямитель со сглаживающей емкостью

Рис.2 Форма напряжения и тока на выпрямителе со сглаживающей ёмкостью:
1 - напряжение на емкости, 2 - выпрямленное напряжение, 3 - ток нагрузки.

Принцип работы ККМ

Основная задача корректора мощности (ККМ) сведение к нулю отставания потребляемого тока от напряжения в сети при сохранении синусоидальной формы тока. Для этого необходимо отбирать от сети ток не короткими интервалами, а на всем периоде работы. Мощность, отбираемая от источника, должна оставаться постоянной даже в случае изменения напряжения сети. Это значит, что при снижении напряжения сети ток нагрузки должен быть увеличен, и наоборот. Для этих целей пригодны преобразователи с индуктивным накопителем и передачей энергии на обратном ходу.
Большинство современных корректоров мощности строятся по схеме, приведенной на рис 3. Входное напряжение, выпрямленное, мостом, состоящим из диодов VD1 - VD4 подается на схему, аналогичную схеме повышающего преобразователя на элементах L1, VT1, VD5, C1. Силовой транзистор управляется ШИМ со схемы управления (СУ). Длительность ШИМ зависит от напряжения на выходе корректора мощности (задается делителем R4, R5), и пропорциональна величине входного напряжения (делитель R1, R2).

Рис. 3. Схема корректора мощности

На сегодняшний день наибольшее распространение получили два режима работы ККМ для такой схемы:
Первый режим получил название Transition Mode (ТМ). В этом режиме индуктивность работает в режиме прерывистых токов. Время накопления энергии индуктивностью неизменно, изменяется время передачи энергии в нагрузку, индуктивность в этом режиме разряжается до "нуля". Цикл работы в этом режиме всегда начинается при нулевом токе ключа. Диаграмма работы корректора мощности в этом режиме показана на рис. 4.
Второй режим работы схемы называется Continuous Conduction Mode (CCM). В этом режиме индуктивность преобразователя работает в режиме непрерывных токов. В этом режиме изменяется время накопления энергии индуктивностью, а время передачи остается неизменным. Диаграмма работы корректора мощности в этом режиме показана на рис.5.

Рис. 4. Диаграмма работы корректора мощности в режиме TM.

Рис. 5. Диаграмма работы корректора мощности в режиме CCM.

Во второй части будут приведены и разобраны конкретные схемы ККМ разных производителей.

Получить более подробную информацию по данной тематике Вы можете, обратившись в инженерный отдел:

Техническая поддержка:
Милёхин Дмитрий
E-mail: demen@promelec.ru
Телефон: +7 (343) 372 92 27