Достаточно эффективным способом решения этой задачи является применение активных корректоров коэффициента мощности.

Рис.4. Работа выпрямителя на фильтр с емкостной нагрузкой: а) упрощенная принципиальная схема; б) временная диаграммы выпрямителя.

Под коэффициентом мощности понимают величину, равную отношению активной мощности Р электрической цепи переменного тока к полной мощности S этой цепи. Условное обозначение - cos,, = P/S.

Угол ф является углом сдвига тока и напряжения электрической сети, его источником является реактивная мощность, потребляемая по сети переменного тока и нагружающая питающую сеть, что, в свою очередь, приводит к дополнительному нагреву сетевых проводов.

Работа выпрямителя на емкостную нагрузку (фильтр, преобразователь) приводит к отставанию тока от напряжения (рис.4), искажению формы электрического тока (отличию его от синусоидальной), что, естественно, сопровождается порождением нежелательных паразитных гармоник, которые и распространяются по питающим проводам (величина коэффициента мощности в этой схеме находится в пределах 0,5...0,7).

Очевидно, что, обеспечив многократный подзаряд фильтрового конденсатора в течение полуволны выпрямленного напряжения, можно уменьшить величину угла (р (рис.5. а), 1зар, IpaJp на рисунке - это токи заряда и разряда конденсатора фильтра С соответственно.

Рис. 5. Работа активного корректора коэффициента мощности: а) упрощенная схема корректора мощности; б) временные диаграммы.

Реализация этого подхода осуществляется следующей упрощенной схемой (рис.5. б): во время открытого состояния ключа Q (MOSFET) ток через дроссель линейно нарастает, диод D закрыт, а конденсатор С2 в этот момент разряжается в цепь нагрузки RH, в дросселе L происходит накопление энергии. Затем, транзистор запирается, напряжения на дросселе достаточно для открывания диода D и заряда конденсатора С2. Конденсатор С1, как правило, малой емкости и служит для фильтрации высокочастотных помех, которые возникают при работе ключа на частоте 50...100 кГц.

Управление ключом осуществляется специальным устройством управления УУ, которое синхронизирует эту работу.

4. Элементная база, используемая в источниках питания

Схемотехника источников питания мониторов достаточно разнообразна, однако, наибольшее распространение получили преобразователи на базе микросхем ШИМ-регуляторов с опережающим токовым регулированием серии UC3842/43, и ее аналогов - КА3842/82, DBL3842, SG3842.

По-видимому, это связано с простотой управления и применения (требует минимального числа внешних радиоэлементов).

Микросхема содержит цепи точного формирования длительности цикла управления (до 96%), температурно компенсированный источник опорного напряжения (0,2 мВ/°С), усилитель ошибки с высоким коэффициентом усиления (до 90 дБ в разомкнутой цепи), тотемный выход для управления ключом на полевом транзисторе (выходной ток до I А).

В источниках питания мониторов Panasonic применяется микросхема M62281FP аналогичного назначения, а в последнее время в мониторах SAMSUNG - микросхема управления двухтактным квазирезонансным преобразователем МС34067.

Сравнительная характеристика микросхем по типовым параметрам приведена в табл.2.

Таблица 2. Сравнительная характеристика микросхем ШИМ-регуляторов

Особенностью микросхем данного типа является наличие релейного режима энергосбережения (SMPS - switching mode power supply), который обеспечивается наличием триггерного включения и выключения питания, т.е. источник питания включается (выключается) при превышении (уменьшении) напряжения питания некоторого установленного напряжения порога.

В этом режиме источник питания выключается при уменьшении питающего напряжения в аварийных режимах работы монитора.

Типовая зависимость потребляемого тока микросхемы от ее напряжения питания приведена на Рис.6.

В режим малого потребления энергии микросхема переводится путем перегрузки по одному из выводов питания (опорному или непосредственно питания).

Рис. 6. Зависимость потребляемого тока микросхем от напряжения питания (VC3842, MOTOROLA)

В качестве ключевых элементов преобразователей нашли широкое применение мощные полевые транзисторы MOSFET.

Современные транзисторы данного класса обладают неплохими электрическими и частотными характеристиками (ввиду отсутствия не основных носителей частота переключения их гораздо выше биполярных).

Максимальное значение напряжения сток-исток транзистора определяется суммой двойного выпрямленного напряжения сети и напряжения перехода.

Значение напряжения перехода зависит от индуктивности рассеяния трансформатора преобразователя и емкости гасящего конденсатора в цепи стока.

Как правило, минимально-необходимое напряжение сток-исток транзистора, работающего в преобразователе, питаемого от сети 220/240 В, составляет 800 В.

Следует отметить, что наряду с указанными, в источниках питания применяется ряд микросхем серии STR различного функционального назначения, как правило, содержащих мощный ключевой биполярный транзистор.

В некоторых случаях, для источников с транзисторами этого класса индуктивность рассеяния трансформатора значительна и напряжение на коллекторе транзистора может превышать 1000 В, поэтому использование транзисторов с более высоким значением максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер считается более предпочтительным.

Применение универсальных переключателей входного напряжения этой же серии (типа STR81145, STR83145 и др.) позволяет расширить допустимый диапазон входного переменного напряжения при эксплуатации монитора.

Наличием высокой частоты работы преобразователя объясняется использование специальных элементов, допускающих работу при повышенных частотах и температурах. Вследствие этого, в качестве выпрямительных используются диоды Шоттки с малым падением напряжения в прямом направлении (0,2...0,3 В для кремниевых диодов) и конденсаторы с малыми потерями, допускающими работу при высоких температурах.

Отличительной особенностью источников питания является широкое применение элементов защиты, специально предназначенных для подавления перенапряжения, возникающего в переходном процессе.

Кроме описанных элементов защиты в п.1.2, этот эффект достигается включением в управляющих электродах: коммутационных цепей (ключевых транзисторов, тиристоров и т.п.), диодов TRANSIL, TVS (transient voltage suppressor - подавитель напряжений переходных процессов).

В отличие от варисторов, также используемых для этих целей, диоды TRANSIL являются более быстродействующими, их время срабатывания составляет несколько пикосекунд.

Функционирование диодов этого типа всегда приводит к ограничению сигнала уровнем напряжения фиксации (рис.7), вызванного волной перенапряжения.

Рис. 7. Вольт-амперная характеристика диода TRANSIL

а) обозначение на принципиальной схеме;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9