Регулируемый обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления обратноходовым преобразователем или промежуточным вольтодобавочным преобразователем. Техническим результатом является исключение нежелательных потерь в сети и генераторах мощности и уменьшение стоимости однокаскадных преобразователей. Устройство и способ для снижения искажений и увеличения коэффициентов мощности искажений в обратноходовых преобразователях (21) и промежуточных вольтодобавочных преобразователях (22) содержит компоновку (1) для регулирования сигналов управления, генерируемых контроллерами (2) для управления переключателями (3) преобразователей. Компоновки (1) увеличивают или уменьшают продолжительности времен проводящего состояния переключателей (3) в ответ на увеличенные или уменьшенные амплитуды сигналов напряжения от источников (4) напряжения для запитывания преобразователей. В предпочтительном варианте упомянутые продолжительности, по существу, пропорциональны суммам амплитуд сигналов напряжения и расчетных параметров. Эти расчетные параметры могут представлять собой амплитуды других сигналов напряжения, таких, как выходные напряжения. Компоновки (1) предусматриваются для контроллеров (2), которые могут давать только фиксированные длительности, а также для контроллеров (2), которые могут давать адаптируемые длительности посредством адаптируемых внешних элементов. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к контроллеру для управления переключателем преобразователя, в частности обратноходового преобразователя или промежуточного вольтодобавочного преобразователя, причем этот преобразователь пригоден для соединения с источником напряжения.

Изобретение также относится к контроллеру, обратноходовым преобразователям или промежуточным вольтодобавочным преобразователям, устройствам, способу, компьютерному программному продукту и носителю.

Примерами такого устройства являются лампы и другие потребительские товары, а также иные профессиональные изделия.

Предшествующий уровень техники

В документе US 2010/0308733 A1 описаны устройство и способ для автономного драйвера светоизлучающих диодов, работающих при неизменной мощности. Однокаскадная интегральная схема возбуждает источники на светоизлучающих диодах в режиме неизменной мощности, чтобы исключить потребность в измерении токов светоизлучающих диодов с одновременным изменением формы волны сигнала тока индуктора около перехода через нуль линии для достижения высокого коэффициента мощности.

Из фиг. 6 документа US 2010/0308733 A1 можно сделать вывод, что предложенные устройство и способ страдают относительно низким коэффициентом мощности искажений. Такой относительно низкий коэффициент мощности искажений соответствует относительно большим искажениям.

В документах WO99/63414, US2006/013026 и US2006/061337 описаны контроллеры, которые принимают сигнал напряжения от источника напряжения и генерируют сигнал управления так, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя преобразователя оказывается большей при большей мгновенной амплитуде сигнала напряжения, и так, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя преобразователя оказывается меньшей при меньшей мгновенной амплитуде сигнала напряжения. Хотя такое зависимое от входного напряжения управление приводит к меньшим искажениям, результат все же не оптимален.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный контроллер, который допускает применение преобразователя при относительно высоком коэффициенте мощности искажений. Такой относительно высокий коэффициент мощности искажений соответствует относительно малым искажениям.

Дополнительными задачами изобретения является обеспечение контроллера, обратноходовых преобразователей или промежуточных вольтодобавочных преобразователей, устройств, способа, компьютерного программного продукта и носителя.

В соответствии с первым аспектом изобретения, предложена компоновка для регулирования сигнала управления, генерируемого контроллером для управления переключателем преобразователя, содержащего обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь, соединяемый с источником напряжения для подачи сигнала напряжения, причем упомянутая компоновка содержит схему, соединяемую с контроллером для увеличения продолжительности времени проводящего состояния переключателя, в ответ на увеличенную амплитуду сигнала напряжения, и для уменьшения продолжительности времени проводящего состояния переключателя, в ответ на уменьшенную амплитуду сигнала напряжения.

За счет увеличения продолжительности времени проводящего состояния переключателя обратноходового преобразователя или промежуточного вольтодобавочного преобразователя в случае, когда (мгновенная) амплитуда сигнала напряжения из источника напряжения увеличилась, и за счет уменьшения продолжительности времени проводящего состояния упомянутого переключателя в случае, когда (мгновенная) амплитуда сигнала напряжения из источника напряжения уменьшилась, обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь будет иметь повышенный коэффициент мощности искажений. За счет снижения искажений обратноходового преобразователя или промежуточного вольтодобавочного преобразователя избегают нежелательных потерь в сети и генераторах мощности.

Предлагаемая компоновка также имеет преимущество в том, что она образует часть однокаскадного обратноходового преобразователя или однокаскадного промежуточного вольтодобавочного преобразователя. Такие однокаскадные преобразователи являются относительно недорогими. В решениях, предусматривающих два каскада и содержащих схемы регулирования коэффициента мощности, и схемы адаптации мощности, тоже можно снизить искажения, но эти решения, предусматривающие два каскада, являются относительно дорогими.

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемая компоновка характеризуется продолжительностью времени проводящего состояния переключателя, которая, по существу, пропорциональна сумме амплитуды сигнала напряжения и расчетного параметра. За счет увеличения и уменьшения продолжительности времени проводящего состояния переключателя обратноходового преобразователя или промежуточного вольтодобавочного преобразователя, по существу, пропорционально сумме (мгновенной) амплитуды сигнала напряжения и (относительно фиксированного) расчетного параметра можно дополнительно понизить искажения.

Термин «по существу» в данном случае определяется как соответствующий 50-150%, предпочтительно соответствующий 75-125%, более предпочтительно соответствующий 90-110%, а наиболее предпочтительно соответствующий 100%. Кроме того, упомянутая продолжительность может быть, по существу, пропорциональной упомянутой сумме пошагово и/или с гистерезисом.

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемое средство характеризуется расчетным параметром, представляющим собой амплитуду другого сигнала напряжения, причем для преобразователя, являющегося обратноходовым преобразователем, содержащим трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к переключателю, и с вторичной обмоткой, подключаемой к нагрузке, другой сигнал напряжения представляет собой выходное напряжение вторичной обмотки, умноженное на количество витков первичной обмотки и поделенное на количество витков вторичной обмотки, и при этом для преобразователя, являющегося промежуточным вольтодобавочным преобразователем, содержащим обмотку, подключенную к переключателю и подключаемую к нагрузке, другой сигнал напряжения представляет собой выходное напряжение обмотки, умноженное на количество витков входной части обмотки и поделенное на количество витков выходной части обмотки. Можно сделать вывод, что средний входной ток Iвх, подаваемый в преобразователь, пропорционален произведению мгновенной амплитуды сигнала Uвх(t) напряжения, подаваемого в преобразователь, и амплитуды выходного напряжения Uвых, подаваемого преобразователем на нагрузку, умноженной на n (в обратноходовом преобразователе n равно количеству витков первичной обмотки, поделенному на количество витков вторичной обмотки; в промежуточном вольтодобавочном преобразователе n равно количеству витков входной части обмотки, поделенному на количество витков выходной части обмотки), и продолжительности D(t) времени проводящего состояния переключателя обратноходового преобразователя или промежуточного вольтодобавочного преобразователя, поделенной на сумму мгновенной амплитуды сигала Uвх(t) напряжения и амплитуды выходного напряжения Uвых, умноженной на n. Чтобы снизить искажения, средний входной ток Iвх должен быть относительно пропорциональным мгновенной амплитуде сигала Uвх(t) напряжения. Чтобы реализовать это, продолжительность D(t) должна быть относительно пропорциональной сумме мгновенной амплитуды сигала Uвх(t) напряжения и амплитуды выходного напряжения Uвых, умноженной на n.

Термин «относительно» в данном случае определяется как соответствующий 50-150%, предпочтительно соответствующий 75-125%, предпочтительнее соответствующий 90-110%, а наиболее предпочтительно соответствующий 100%. Кроме того, упомянутая продолжительность может быть относительно пропорциональной сумме пошагово и/или с гистерезисом.

Тот факт, что упомянутая продолжительность D(t) должна быть относительно пропорциональной сумме мгновенной амплитуды сигала Uвх(t) напряжения и амплитуды выходного напряжения Uвых, умноженной на n, отображает оптимальную ситуацию, которая дает наибольшие преимущества. Однако изобретение не ограничивается этим вариантом осуществления: упомянутое увеличение и упомянутое уменьшение продолжительности D(t) в случаях, когда мгновенная амплитуда сигала Uвх(t) напряжения увеличена и уменьшена, соответственно уже существенно улучшает/увеличивает коэффициент мощности искажений.

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемая компоновка характеризуется контроллером такого типа, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя является фиксированной, схемой, содержащей входную клемму для приема сигнала напряжения, выходную клемму, подключаемую к управляющему входу контроллера, общую клемму, параллельное соединение первого резистора с первым последовательным соединением второго резистора и первого ограничивающего напряжение элемента и вторым последовательным соединением третьего резистора и второго ограничивающего напряжение элемента, и токопропускающий элемент, причем параллельное соединение подключено к входной клемме и выходной клемме, а токопропускающий элемент подключен к выходной клемме и общей клемме. Для контроллеров, которые создают фиксированные продолжительности времени проводящего состояния переключателя, можно использовать фиксирующую схему, содержащую первый и второй и третий резисторы, а также первый и второй ограничивающие напряжение элементы и токопропускающий элемент, и вызывающую ситуацию, в которой продолжительность D(t) следует/приближается к мгновенной амплитуде сигнала Uвх(t) напряжения пошаговым образом. Не исключаются и дополнительные каскады и/и или каскады с другими продолжительностями.

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемая компоновка характеризуется ограничивающими напряжение элементами, каждый из которых содержит диод или стабилитрон, и токопропускающим элементом, содержащим четвертый резистор.

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемая компоновка характеризуется контроллером такого типа, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя определяется внешним элементом, соединенным с землей, причем увеличенное значение параметра внешнего элемента приводит к увеличенной продолжительности времени проводящего состояния переключателя, а уменьшенное значение параметра внешнего элемента приводит к уменьшенной продолжительности времени проводящего состояния переключателя. Для контроллеров, которые создают продолжительности времени проводящего состояния переключателя, зависящие от внешнего элемента, размеры или значение параметра этого внешнего элемента можно изменять для регулирования продолжительности D(t).

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемая компоновка характеризуется внешним элементом, являющимся внешним резистором, причем схема содержит входную клемму для приема сигнала напряжения, выходную клемму, подключаемую к управляющему входу контроллера, общую клемму, дополнительную клемму, подключаемую к клемме питания контроллера, первое последовательное соединение первого резистора, подключенного к входной клемме, ограничивающего напряжение элемента и второго резистора, подключенного к общей клемме, первый транзистор, управляющий электрод которого подключен к узлу соединения между ограничивающим напряжение элементом и вторым резистором и первый основной электрод которого подключен к общей клемме и второй основной электрод которого подключен через третий резистор к дополнительной клемме и к управляющему электроду второго транзистора, первый основной электрод которого подключен к общей клемме и второй основной электрод которого подключен через второе последовательное соединение четвертого резистора и пятого резистора к общей клемме, причем узел соединения между четвертым резистором и пятым резистором подключен к выходной клемме.

В соответствии с вариантом осуществления, предлагаемая компоновка характеризуется внешним элементом, являющимся внешним конденсатором, причем схема содержит входную клемму для приема сигнала напряжения, выходную клемму, подключаемую к управляющему входу контроллера, общую клемму, первое последовательное соединение первого резистора, подключенного к входной клемме, ограничивающего напряжение элемента и второго резистора, подключенного к общей клемме, транзистор, управляющий электрод которого подключен к точке соединения между ограничивающим напряжение элементом и вторым резистором, первый основной электрод которого подключен к общей клемме и второй основной электрод которого подключен через второе последовательное соединение первого конденсатора и второго конденсатора к общей клемме, причем точка соединения между первым конденсатором и вторым конденсатором подключена к выходной клемме.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, предложен контроллер для генерирования сигнала управления, предназначенного для управления переключателем преобразователя, представляющего собой обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь, соединяемый с источником напряжения для подачи сигнала напряжения, причем контроллер содержит компоновку для регулирования сигнала управления, охарактеризованную выше.

В соответствии с третьим аспектом изобретения, предложен обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь, содержащий компоновку для регулирования сигнала управления, охарактеризованную выше.

В соответствии с четвертым аспектом изобретения, предложен обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь, содержащий контроллер, охарактеризованный выше.

В соответствии с пятым аспектом изобретения, предложено устройство, содержащее обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь с компоновкой для регулирования сигнала управления, охарактеризованной выше, и дополнительно содержащее нагрузку.

В соответствии с шестым аспектом изобретения, предложено устройство, содержащее обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь с контроллером, охарактеризованным выше, и дополнительно содержащее нагрузку.

В соответствии с седьмым аспектом изобретения, предложен способ регулирования сигнала управления, предназначенного для управления переключателем преобразователя, представляющего собой обратноходовой преобразователь или промежуточный вольтодобавочный преобразователь, соединяемый с источником напряжения для подачи сигнала напряжения, причем способ включает в себя этап, на котором увеличивают продолжительность времени проводящего состояния переключателя в ответ на увеличенную амплитуду сигнала напряжения и уменьшают продолжительность времени проводящего состояния переключателя в ответ на уменьшенную амплитуду сигнала напряжения.

В соответствии с восьмым аспектом изобретения, предложен компьютерный программный продукт для выполнения этапа способа, охарактеризованного выше.

В соответствии с девятым аспектом изобретения, предложен носитель для хранения, содержащий компьютерный программный продукт, охарактеризованный выше.

Следует понять, что продолжительность D(t) должна быть относительно пропорциональной сумме мгновенного сигнала Uвх(t) напряжения и выходного напряжения Uвых, умноженного на n.

Основную идею можно считать заключающейся в том, что в ответ на увеличенную или уменьшенную амплитуду сигнала напряжения продолжительность времени проводящего состояния переключателя преобразователя тоже надо увеличивать или уменьшать.

Задача разработки компоновки для регулирования сигнала управления, генерируемого контроллером для управления переключателем преобразователя, имеющего высокий коэффициент мощности искажений, решена.

Дополнительным преимуществом можно считать то, что упомянутое средство образует часть однокаскадного обратноходового преобразователя или однокаскадного промежуточного вольтодобавочного преобразователя, которые являются относительно недорогими.

Эти и другие аспекты изобретения станут ясными и понятными при обращении к вариантам осуществления, описываемым ниже.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

на фиг. 1 показан обратноходовой преобразователь;

на фиг. 2 показан промежуточный вольтодобавочный преобразователь;

на фиг. 3 показана первая компоновка;

на фиг. 4 показана зависимость продолжительности D(t) от амплитуды сигнала Uвх(t) напряжения для идеальной ситуации X и аппроксимированной ситуации Y;

на фиг. 5 показаны входной ток и искажения без компенсации (два верхних графика), а также входной ток и искажения с компенсацией (два нижних графика);

на фиг. 6 показана вторая компоновка; а

на фиг. 7 показана третья компоновка.

Описание предпочтительных вариантов изобретения

На фиг. 1 показан обратноходовой преобразователь 21. Обратноходовой преобразователь 21 содержит последовательное соединение первичной обмотки 5 трансформатора 5, 6 и переключателя 3 и резистора 8, соединенного с источником 4 напряжения для подачи сигнала напряжения. Обратноходовой преобразователь 21 дополнительно содержит контроллер 2, соединенный с источником 4 напряжения для управления переключателем 3 посредством сигнала управления. Обратноходовой преобразователь 21 дополнительно содержит компоновку 1 для регулирования сигнала управления. Кроме того, компоновка 1 может быть соединена с источником 4 напряжения и содержит схему, соединенную с контроллером 2, для увеличения продолжительности времени проводящего состояния переключателя 3 в ответ на увеличенную амплитуду сигнала напряжения и для уменьшения продолжительности времени проводящего состояния переключателя 3 в ответ на уменьшенную амплитуду сигнала напряжения.

Вторичная обмотка 6 трансформатора 5, 6 соединена с параллельным соединением нагрузки 10 и конденсатора 11 через диод 12. Нагрузка 10 содержит, например, один или более светоизлучающих диодов. Непосредственно с нагрузкой 10 соединен операционный усилитель 13 для возврата информации о нагрузке 10 в контроллер 2.

В альтернативном варианте, источник 4 напряжения может частично или полностью находиться снаружи обратноходового преобразователя 21 и может содержать один или более выпрямляющих диодов и один или более фильтров. В альтернативном варианте, нагрузка 10 и/или конденсатор 11 и/или диод 12 могут находиться снаружи обратноходового преобразователя 21. В альтернативном варианте, средство 1 может образовывать часть контроллера 2. Переключатель 3 может быть переключателем любого типа. Резистор 8 устанавливается по выбору и может иметь функцию ограничения тока и может находиться еще где-нибудь или может быть встроен в переключатель 3.

На фиг. 2 показан промежуточный вольтодобавочный преобразователь 22. Единственное отличие этого преобразователя от показанного на фиг. 1 заключается в том, что трансформатор 5, 6 заменен единственной обмоткой 7. Переключатель 3 и нагрузка 10 подключены к концевым клеммам обмотки 7, но в альтернативном варианте переключатель 3 и/или нагрузку 10 можно подключать к промежуточной клемме обмотки 7.

Как известно из уровня техники, для обратноходовых преобразователей 21 и промежуточных вольтодобавочных преобразователей 22 существуют три режима работы: непрерывный режим проводящего состояния, прерывистый режим проводящего состояния и пограничный режим, также именуемый переходным режимом или критическим режимом проводящего состояния. Название режима обозначает суммарные токи в первичной и вторичной обмотках 5, 6 или ток в обмотке 7. В непрерывном режиме проводящего состояния этот ток течет всегда и не становится нулевым в течение цикла переключения. В прерывистом режиме проводящего состояния ток становится нулевым в течение существенной части цикла переключения. В пограничном режиме новый цикл переключения начинается в момент, когда суммарные токи становятся нулевыми или упомянутый ток становится нулевым.

Контроллер 2 управляет переключателем 3 так, что выходное напряжение Uвых, подаваемое на нагрузку 10, является постоянным независимо от выходного тока Iвых и входного напряжения Uвх(t) (сигнала напряжения, подаваемого источником 4 напряжения). Кроме того, продолжительность D(t) времени проводящего состояния переключателя 3 является управляемой. Кроме того, можно управлять выходным током Iвых или выходной мощностью всякий раз, когда этого требует приложение. Для приложений, связанных со светоизлучающими диодами, управляемым является выходной ток Iвых. Суммарный период переключения получит обозначение T(t). Выходной ток Iвых через нагрузку 10 сглаживается конденсатором 11 и, по существу, является постоянным током. Входной ток Iвх(t) преобразователя (ток, который подается источником 4 напряжения) будет реализовывать события переключения с высокой частотой, так что в контексте цикла переключения этот ток будет зависеть от времени. Он также будет отслеживать изменения Uвх(t), когда контроллер 2 адаптирует D(t) с целью поддержания параметров преобразователя соответствующим предписанным значениям. Средний входной ток Iср-вх(t) будет иметь ту же частоту или тот же период, что и изменяющееся во времени входное напряжение Uвх(t). Для этого приложения, Uвх(t) обычно изменяется с частотой 100 Гц или 120 Гц (выпрямленное напряжение сети), а события переключения преобразователя могут иметь частоту, например, в диапазоне от 50 до 100 кГц. Предположим, что выходное напряжение Uвых и средний выходной ток Iср-вых представляют собой постоянное выходное напряжение и постоянный выходной ток соответственно, и что они не зависят от времени. Индуктивность первичной обмотки 5 или обмотки 7 обозначается символом L. Для этого случая можно сделать вывод, что (пренебрегая потерями при переключении и потерями на электропроводность):

D(t)=T(t)×Uвых/(Uвых+Uвх(t));

Iпик-обмотки(t)=D(t)×Uвх(t)/L;

Iср-вх(t)=(D(t)/T(t))×Iпик-обмотки(t)/2=D(t)2×Uвх(t)/(2×T(t)×L).

Это можно преобразовать к виду:

Iср-вх(t)=D(t)×Uвх(t)×Uвых/(2×L×(Uвых+Uвх(t))).

В случае если коэффициент трансформации равен n:1, Uвых станет равным nUвых.

Для общего случая это приводит к выражению:

Iср-вх(t)=D(t)× Uвх(t)× nUвых/(2×L×(nUвых+Uвх(t))).

Это выражение справедливо для однокаскадного обратноходового преобразователя в пограничном режиме с относительно постоянным выходным напряжением Uвых и относительно постоянным выходным током. В случае если однокаскадный обратноходовой преобразователь должен работать в качестве контроллера коэффициента мощности, требуется, чтобы ток Iср-вх изменялся, по существу, пропорционально Uвх(t). Это ведет к требованию, заключающемуся в том, что значение D(t)×nUвых/(2×L×(nUвых+Uвх(t))) должно быть относительно постоянным.

Когда nUвых и L являются относительно постоянными, нужно, чтобы D(t) была зависимой от Uвх(t), в соответствии с выражением:

D(t)=constant×(nUвых+Uвх(t)).

Если это условие можно воплотить в преобразователе, то будут достигнуты наименьшие возможные искажения.

На практике допустимы отклонения, которые все равно приводят к значительному улучшению в контексте искажений. Из вышеизложенного будет ясно, что контроллер 2 может иметь две задачи: адаптацию D(t) для снижения искажений и адаптацию среднего значения D(t) для поддержания выходных параметров (Uвых или Iвых или их комбинации) близкими к предписанным значениям.

Итак, продолжительность D(t) времени проводящего состояния переключателя 3 будет, по существу, пропорциональна сумме амплитуды сигнала Uвх(t) напряжения и расчетному параметру. Кроме того, расчетный параметр предпочтительно представляет собой амплитуду другого сигнала напряжения, причем для преобразователя, являющегося обратноходовым преобразователем 21, содержащим трансформатор 5, 6 с первичной обмоткой 5, подключенной к переключателю 3, и с вторичной обмоткой 6, подключаемой к нагрузке 10, другой сигнал напряжения представляет собой выходное напряжение вторичной обмотки 6, умноженное на количество витков первичной обмотки 5 и деленное на количество витков вторичной обмотки 6, и при этом для преобразователя, являющегося промежуточным вольтодобавочным преобразователем 22, содержащим обмотку 7, подключенную к переключателю 3 и подключаемую к нагрузке 10, другой сигнал напряжения представляет собой выходное напряжение обмотки 7, умноженное на количество витков входной части обмотки 7 и деленное на количество витков выходной части обмотки 7 (если обмотка 7 имеет концевые клеммы и не имеет промежуточных клемм, то входная часть обмотки 7 и выходная часть обмотки 7 будут одинаковыми друг с другом и точно такими же, как обмотка 7).

На фиг. 3 показано первое средство 1 для контроллера 2 такого типа, что продолжительность D(t) времени проводящего состояния переключателя 3 является фиксированной. Примерами такого контроллера 2 являются L6562 или MC34262. Эти интегральные схемы являются контроллерами коэффициента мощности, которые имеют управляющий вход в виде входа умножителя, который должен быть соединен со средством 1, как показано на фиг. 3. Это средство 1 содержит входную клемму 31 для приема сигнала напряжения, выходную клемму 32, подключаемую к управляющему входу контроллера 2, и общую клемму 33. Это средство 1 дополнительно содержит параллельное соединение первого резистора 34 с первым последовательным соединением второго резистора 35 и первого ограничивающего напряжение элемента 36 и вторым последовательным соединением третьего резистора 37 и второго ограничивающего напряжение элемента 38 и токопропускающий элемент 39. Упомянутое параллельное соединение подключено к входной клемме 31 и выходной клемме 32, а токопропускающий элемент 39 подключен к выходной клемме 32 и общей клемме 33. Каждый из ограничивающих напряжение элементов 36, 38 содержит один диод или стабилитрон или более, а токопропускающий элемент 39 содержит четвертый резистор. Функция этого средства 1 поясняется на графике согласно фиг. 4.

На фиг. 4 показана зависимость продолжительности D(t) от амплитуды сигнала Uвх(t) напряжения для идеальной ситуации X и аппроксимированной ситуации Y. Согласно выводу, сделанному выше, в идеальной ситуации продолжительность D(t) должна зависеть от амплитуды сигнала Uвх(t) напряжения, как показано на графике для идеальной ситуации X. В средстве 1, показанном на фиг. 3, продолжительность D(t) зависит от амплитуды сигнала Uвх(t) напряжения, как показано на графике для аппроксимированной ситуации Y. Ясно, что это аппроксимация, в которой осуществляется пошаговое аппроксимирование идеальной ситуации. Не исключаются и дополнительные каскады и/или каскады с другими продолжительностями, которые могут быть реализованы посредством внесения дополнений и/или изменений в средство 1, показанное на фиг. 3.

На фиг. 5 показаны входной ток и искажения без компенсации на двух верхних графиках, а также входной ток и искажения с компенсацией на двух нижних графиках для преобразователя, содержащего средство 1, показанное на фиг. 3. Горизонтальный масштаб для графиков входного тока составляет 20 мс на деление, а вертикальный масштаб одинаков для графиков обоих параметров. Горизонтальный масштаб для графиков искажений составляет 200 Гц на деление, а вертикальный масштаб является логарифмическим, причем каждое деление отображается с коэффициентом десять. Ясно, что на верхних графиках искажения больше, чем на нижних графиках. Отметим, например, большую амплитуду третьей гармоники при 150 Гц (второй пик слева) на верхнем схематическом графике искажений и меньшую амплитуду третьей гармоники при 150 Гц (второй пик слева) на нижнем схематическом графике искажений.

В альтернативном варианте, возможен контроллер 2 такого типа, что продолжительность D(t) времени проводящего состояния переключателя 3 определяется внешним элементом, соединенным с землей, причем увеличенное значение параметра внешнего элемента приводит к увеличенной продолжительности времени проводящего состояния переключателя 3, а уменьшенное значение параметра внешнего элемента приводит к уменьшенной продолжительности времени проводящего состояния переключателя 3. Этот внешний элемент может быть, например, резистором (фиг. 6) или конденсатором (фиг. 7).

На фиг. 6 показана вторая компоновка 1. Внешний элемент здесь является внешним резистором, подключаемым к управляющему входу контроллера 2. Этот внешний резистор подлежит замене компоновкой 1, показанной на фиг. 6. Эта компоновка 1 содержит входную клемму 41 для приема сигнала напряжения, выходную клемму 42, подключаемую к управляющему входу контроллера 2, общую клемму 43 и дополнительную клемму 44, подключаемую к клемме питания контроллера 2. Эта компоновка 1 дополнительно содержит первое последовательное соединение первого резистора 45, подключенного к входной клемме 41, ограничивающего напряжение элемента 46 и второго резистора 47, подключенного к общей клемме 43, первый транзистор 48, управляющий электрод которого подключен к точке соединения между ограничивающим напряжение элементом 46 и вторым резистором 47, первый основной электрод которого подключен к общей клемме 43 и второй основной электрод которого подключен через третий резистор 49 к дополнительной клемме 44 и к управляющему электроду второго транзистора 50, первый основной электрод которого подключен к общей клемме 43 и второй основной электрод которого подключен через второе последовательное соединение четвертого резистора 51 и пятого резистора 52 к общей клемме 43. Узел соединения между четвертым резистором 51 и пятым резистором 52 подключен к выходной клемме 42. Эта компоновка 1 увеличивает (уменьшает) значение сопротивления, присутствующего между выходной клеммой 42 и общей клеммой 43, для увеличения (уменьшения) сигнала напряжения (сигнал более низкого напряжения: учитывается параллельное соединение резисторов 51 и 52, если обратить внимание на выходную клемму 42; сигнал более высокого напряжения: учитывается только резистор 52, и т.д.).

На фиг. 7 показана третья компоновка 1. Внешний элемент здесь является внешним конденсатором, подключаемым к управляющему входу контроллера 2. Этот внешний конденсатор подлежит замене компоновкой 1, показанной на фиг. 7. Эта компоновка 1 содержит входную клемму 61 для приема сигнала напряжения, выходную клемму 62, подключаемую к управляющему входу контроллера 2, и общую клемму 63. Эта компоновка 1 дополнительно содержит первое последовательное соединение первого резистора 64, подключенного к входной клемме 61, ограничивающего напряжение элемента 65 и второго резистора 66, подключенного к общей клемме 63, транзистор 67, управляющий электрод которого подключен к точке соединения между ограничивающим напряжение элементом 65 и вторым резистором 66, первый основной электрод которого подключен к общей клемме 63 и второй основной электрод которого подключен через второе последовательное соединение первого конденсатора 68 и второго конденсатора 69 к общей клемме 63. Узел соединения между первым конденсатором 68 и вторым конденсатором 69 подключен к выходной клемме 62. Эта компоновка 1 увеличивает (уменьшает) значение емкости, присутствующей между выходной клеммой 62 и общей клеммой 63, для увеличения (уменьшения) сигнала напряжения (сигнал более низкого напряжения: учитывается только конденсатор 69, если обратить внимание на выходную клемму 62; видно параллельное соединение конденсаторов 68 и 69, и т.д.).

Для вариантов, показанных на фиг. 6 и 7, каждый из ограничивающих напряжение элементов 46, 65 может содержать один диод или стабилитрон или более. В пределах компоновки 1 не исключаются и дополнительные каскады и/или каскады с другими продолжительностями.

Два элемента могут быть соединены или подключены друг к другу непосредственно, без подсоединенного между ними другого элемента, и они могут быть соединены или подключены друг к другу с помощью подсоединенного между ними другого элемента. Вместо транзистора можно использовать переключатель любого другого типа. Не исключаются и ограничивающие напряжение элементы других типов. Дополнительные элементы могут присутствовать где-нибудь в другом месте.

Преобразователь, содержащий компоновку, в соответствии с изобретением, регулирует продолжительность времени проводящего состояния переключателя в течение всего периода сети, но не непосредственно в пересечениях нуля исходного сигнала сети. Преобразователь, содержащий компоновку, в соответствии с изобретением, выгоден по следующим причинам: он является однокаскадным преобразователем, который можно использовать для приложений, связанных с освещением, особенно - со светоизлучающими диодами; он имеет высокий коэффициент реактивной мощности сдвига и высокий коэффициент мощности искажений; он имеет приемлемую рабочую характеристику, и он будет уменьшать потери в сети и генераторах мощности.

Суммируя вышеизложенное, отметим, что для уменьшения искажений и увеличения коэффициентов мощности искажений в обратноходовом преобразователе 21 и промежуточном вольтодобавочном преобразователе 22 вводят компоновку 1 для регулирования сигналов управления, генерируемых контроллерами 2 для управления переключателями 3. В ответ на увеличенные или уменьшенные амплитуды сигналов напряжения из источников 4 напряжения для запитывания преобразователей компоновка 1 увеличивает или уменьшает продолжительности времен проводящего состояния переключателей 3. Таким образом, избегают нежелательных потерь в сети и генераторах мощности. Упомянутые преобразователи являются относительно дешевыми однокаскадными преобразователями. В предпочтительном варианте, упомянутые продолжительности, по существу, пропорциональны суммам амплитуд сигналов напряжения и расчетных параметров. Эти расчетные параметры могут представлять собой амплитуды других сигналов напряжения, таких, как выходные напряжения. Компоновки 1 предусматриваются для контроллеров 2, которые могут давать только фиксированные длительности, а также для контроллеров 2, которые могут давать адаптируемые длительности посредством адаптируемых внешних элементов.

Хотя изобретение проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в вышеизложенном описании, такие иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или возможными, а не ограничительными; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Изучив чертежи, описание и прилагаемую формулу изобретения, специалисты в области практического осуществления заявляемого изобретения смогут понять и внести другие изменения в описанные варианты осуществления. В формуле изобретения слово «содержащий(-ая, -ее, -ие)» не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множество. Тот факт, что во взаимно различных пунктах формулы изобретения перечислены определенные меры, не означает, что нельзя с выгодой использовать комбинацию этих мер. Любые позиции в формуле изобретения не следует считать ограничивающими объем ее притязаний.

1. Контроллер (2) для управления переключателем преобразователя, имеющего относительно высокий коэффициент искажений мощности, причем упомянутый преобразователь выполнен с возможностью соединения с источником напряжения,

причем контроллер (2) выполнен с возможностью приема сигнала напряжения от источника напряжения и генерирования сигнала управления так, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя преобразователя оказывается большей при большей мгновенной амплитуде сигнала напряжения, и продолжительность времени проводящего состояния переключателя оказывается меньшей при меньшей мгновенной амплитуде сигнала напряжения, при этом

сигнал управления таков, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя, по существу, пропорциональна сумме амплитуды сигнала напряжения и расчетного параметра.

2. Контроллер (2) по п. 1, в котором расчетный параметр содержит амплитуду другого сигнала напряжения, причем для преобразователя, являющегося обратноходовым преобразователем (21), содержащим трансформатор (5, 6) с первичной обмоткой (5), подключенной к переключателю (3), и с вторичной обмоткой (6), подключаемой к нагрузке (10), другой сигнал напряжения содержит выходное напряжение вторичной обмотки (6), умноженное на количество витков первичной обмотки (5) и поделенное на количество витков вторичной обмотки (6), и при этом для преобразователя, являющегося промежуточным вольтодобавочным преобразователем (22), содержащим обмотку (7), подключенную к переключателю (3) и подключаемую к нагрузке (10), другой сигнал напряжения содержит выходное напряжение обмотки (7), умноженное на количество витков входной части обмотки (7) и поделенное на количество витков выходной части обмотки (7).

3. Контроллер (2) по п. 2, причем контроллер (2), содержащий схему (1), содержащую входную клемму (31) для приема сигнала напряжения, выходную клемму (32), общую клемму (33), параллельное соединение первого резистора (34) с первым последовательным соединением второго резистора (35) и первого ограничивающего напряжение элемента (36) и вторым последовательным соединением третьего резистора (37) и второго ограничивающего напряжение элемента (38), и токопропускающий элемент (39), причем параллельное соединение подключено к входной клемме (31) и выходной клемме (32), а токопропускающий элемент (39) подключен к выходной клемме (32) и общей клемме (33).

4. Контроллер (2) по п. 3, в котором каждый из ограничивающих напряжение элементов (36, 38) содержит диод или стабилитрон, а токопропускающий элемент (39) содержит четвертый резистор.

5. Контроллер (2) по п. 2, причем контроллер (2) является контроллером такого типа, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя (3) определена внешним элементом, соединенным с землей, причем увеличенное значение параметра внешнего элемента приводит к увеличенной продолжительности времени проводящего состояния переключателя (3), а уменьшенное значение параметра внешнего элемента приводит к уменьшенной продолжительности времени проводящего состояния переключателя (3).

6. Контроллер (2) по п. 5, в котором внешний элемент является внешним резистором, а упомянутая схема содержит входную клемму (41) для приема сигнала напряжения, выходную клемму (42), подключаемую к управляющему входу контроллера (2), общую клемму (43), дополнительную клемму (44), подключаемую к клемме питания контроллера (2), первое последовательное соединение первого резистора (45), подключенного к входной клемме (41), ограничивающего напряжение элемента (46) и второго резистора (47), подключенного к общей клемме (43), первый транзистор (48), управляющий электрод которого подключен к узлу соединения между ограничивающим напряжение элементом (46) и вторым резистором (47), первый основной электрод которого подключен к общей клемме (43) и второй основной электрод которого подключен через третий резистор (49) к дополнительной клемме (44) и к управляющему электроду второго транзистора (50), первый основной электрод которого подключен к общей клемме (43) и второй основной электрод которого подключен через второе последовательное соединение четвертого резистора (51) и пятого резистора (52) к общей клемме (43), причем узел соединения между четвертым резистором (51) и пятым резистором (52) подключен к выходной клемме (42).

7. Контроллер по п. 5, в котором внешний элемент является внешним конденсатором, а упомянутая схема содержит входную клемму (61) для приема сигнала напряжения, выходную клемму (62), подключаемую к управляющему входу контроллера (2), общую клемму (63), первое последовательное соединение первого резистора (64), подключенного к входной клемме (61), ограничивающего напряжение элемента (65) и второго резистора (66), подключенного к общей клемме (63), транзистор (67), управляющий электрод которого подключен к узлу соединения между ограничивающим напряжение элементом (65) и вторым резистором (66), первый основной электрод которого подключен к общей клемме (63) и второй основной электрод которого подключен через второе последовательное соединение первого конденсатора (68) и второго конденсатора (69) к общей клемме (63), причем узел соединения между первым конденсатором (68) и вторым конденсатором (69) подключен к выходной клемме (62).

8. Контроллер по п. 1, в котором преобразователь является обратноходовым преобразователем или промежуточным вольтодобавочным преобразователем.

9. Преобразователь мощности, имеющий относительно высокий коэффициент искажений мощности, содержащий переключатель и контроллер для управления переключателем преобразователя по п. 1.

10. Преобразователь мощности по п. 9, в котором преобразователь является обратноходовым преобразователем (21) или промежуточным вольтодобавочным преобразователем (22).

11. Осветительное устройство, содержащее преобразователь мощности по п. 9 или 10.

12. Способ регулирования сигнала управления для управления переключателем (3) преобразователя, имеющего относительно высокий коэффициент искажений мощности, подключаемого к источнику (4) напряжения для подачи сигнала напряжения, причем способ включает в себя этап, на котором увеличивают продолжительность времени проводящего состояния переключателя (3) в ответ на увеличенную амплитуду сигнала напряжения и уменьшают продолжительность времени проводящего состояния переключателя (3) в ответ на уменьшенную амплитуду сигнала напряжения, при этом сигнал управления таков, что продолжительность времени проводящего состояния переключателя, по существу, пропорциональна сумме амплитуды сигнала напряжения и расчетного параметра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области систем освещения и, более конкретно, к способу и системе для определения наличия объекта в области, окружающей осветительное устройство с расщепленным световым пучком.

Объектом изобретения является электрический регулятор (1), содержащий: две единых соединительных клеммы (2А, 2В), силовой блок (10), блок (40) управления указанным силовым блоком (10) и блок (100) синхронизации блока (40) управления.

Изобретение относится в целом к обмену информацией между встроенными процессорами в осветительной системе. Техническим результатом является обеспечение обратной связи и управления в электронных системах электропитания и более конкретно в осветительных системах.

Изобретение относится к драйверу для возбуждения схем светоизлучающих диодов. Техническим результатом является исключение необходимости синхронизирующих сигналов, разделение проводки для питания от проводки для управления в драйвере, а также устранение необходимости применения трехвыводных светоизлучающих диодов с управляющими электродами.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является улучшение приема радиочастотного сигнала.

Раскрыты способы и устройство для улучшенной обратно совместимой передачи данных DMX. В некоторых вариантах осуществления способы и устройство, относящиеся к расширению протокола DMX, обеспечивают обнаружение ошибок усовершенствованными управляемыми устройствами DMX при поддержке полной совместимости с неусовершенствованными управляемыми устройствами DMX.

Изобретение относится к сети светильников для автоматической системы освещения. Техническим результатом является повышение энергоэффективности системы освещения.

Изобретение относится к системе (100) управления для обстановки окружающего освещения в помещении в больничных условиях. Система управления сконфигурирована, чтобы определять время и синхронизировать световые эффекты (170, 190) окружающего освещения в ответ на сигналы (111-113) датчиков от датчиков (121) местоположения пациента или других датчиков (122, 123) для обнаружения того, активирован или нет клинический инструмент, перемещен или взят для использования или для обнаружения сердечного ритма.

Изобретение относится к источникам света. Система (100; 1000) лампы для пробуждения содержит источник (130) света, имеющий номинальную интенсивность световыхода (Lmax), и устройство (110) управления для управления источником света, причем устройство управления принимает сигнал часов от часового устройства (120).

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение яркости освещения с полным спектром видимого излучения.

Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и может быть использовано в импульсных источниках питания, а именно в обратноходовых преобразователях напряжения, в качестве схемы ограничения перенапряжения на силовом диоде, возникающего в процессе коммутации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в модульном многоуровневом преобразователе, например, для транспортных средств. Многоуровневый преобразователь (1) содержит: активный каскад (2) для преобразования переменного входного напряжения (uin) на входе переменного тока в промежуточное постоянное напряжение (Uz); DC/DC преобразователь (3) для преобразования промежуточного постоянного напряжения (Uz) в выходное постоянное напряжение (Uout) на выходе постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Изобретение относится к области преобразования и распределения электроэнергии и может быть использовано для питания газоразрядных счетчиков. Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в уменьшении входного тока преобразователя напряжения при отсутствии внешней нагрузки.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено для электропитания потребителей, получающих входное напряжение питания в широком диапазоне, в частности для технических средств охраны в системах охранной тревожной сигнализации, и позволяет получить технический результат - повысить надежность работы за счет упрощенной схемы управления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, используемых в устройствах питания силовой электроники.

Схемы (1) возбуждения для возбуждения схем нагрузки содержат схемы (21) трансформаторов с обмотками первичной стороны, которые соединены со схемами источников, и с первой и второй обмотками вторичной стороны, которые соединены с нагрузками (2, 3) схем нагрузки.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к многоканальным преобразователям систем вторичного электропитания с трансформаторами постоянного напряжения (ТПН).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления силовыми тиристорами выпрямителей, автономных инверторов и тиристорных контакторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления обратноходовым преобразователем или промежуточным вольтодобавочным преобразователем. Техническим результатом является исключение нежелательных потерь в сети и генераторах мощности и уменьшение стоимости однокаскадных преобразователей. Устройство и способ для снижения искажений и увеличения коэффициентов мощности искажений в обратноходовых преобразователях и промежуточных вольтодобавочных преобразователях содержит компоновку для регулирования сигналов управления, генерируемых контроллерами для управления переключателями преобразователей. Компоновки увеличивают или уменьшают продолжительности времен проводящего состояния переключателей в ответ на увеличенные или уменьшенные амплитуды сигналов напряжения от источников напряжения для запитывания преобразователей. В предпочтительном варианте упомянутые продолжительности, по существу, пропорциональны суммам амплитуд сигналов напряжения и расчетных параметров. Эти расчетные параметры могут представлять собой амплитуды других сигналов напряжения, таких, как выходные напряжения. Компоновки предусматриваются для контроллеров, которые могут давать только фиксированные длительности, а также для контроллеров, которые могут давать адаптируемые длительности посредством адаптируемых внешних элементов. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх