elektro.info

news Skuter elektryczny od Seata

Skuter elektryczny od Seata

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej...

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej mobilności.

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

news 100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych...

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych instalacji PV przez 100 dni. Wychodząc naprzeciw ogromnemu zainteresowaniu fotowoltaiką prosumencką Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej zapowiada drugi konkurs. Do wykorzystania jest jeszcze ponad 90% z miliardowego budżetu programu.

Układy zasilaczy do urządzeń powszechnego użytku

o zmniejszonym negatywnym oddziaływaniu na sieć energetyczną

Schemat blokowy aktywnego korektora współczynnika kształtu

Wszystkie elektroniczne urządzenia, które są zasilane z sieci energetycznej, wymagają obniżonego napięcia stałego, odizolowanego galwanicznie od sieci. Taką funkcję spełniają różnego typu zasilacze, np. zasilacze typu impulsowego, które zdominowały zasilanie urządzeń powszechnego użytku (zasilacze w komputerach, zasilacze do komputerów przenośnych, sprzęt RTV, ładowarki do telefonów komórkowych oraz elektroniczne układy zasilania energooszczędnych źródeł światła).

Każde rozwiązanie zasilacza wymaga zastosowania prostownika (jednopołówkowego lub częściej dwupołówkowego) wraz filtrem pojemnościowym (kondensatorem wygładzającym tętnienia napięcia wyprostowanego). Takie rozwiązanie jest układem wybitnie nieliniowym, który pobiera prąd odkształcony i jest głównym źródłem negatywnego oddziaływania odbiorników na sieć elektroenergetyczną.

Aby tego uniknąć, stosuje się korektory kształtu, które mają za zadanie tak ukształtować prąd pobierany przez urządzenie, aby zbliżyć się do sinusoidy oraz skorygować przesunięcie fazowe pomiędzy prądem i napięciem zasilającym urządzenie do 0 stopni (cosϕ=l). Układ korektora jest umieszczany pomiędzy prostownikiem a wyjściowym kondensatorem filtrującym (rys. 1.).

Konfiguracja aktywnego korektora kształtu

Jednym z możliwych rozwiązań układu do poprawy współczynnika kształtu prądu jest zastosowanie tzw. aktywnego korektora mocy (z ang. PFC – Power Factor Corrector). Obecnie stosuje się korektory PFC, które pracują w konfiguracji układu podwyższającego napięcie (z ang. boost converter lub step-up converter). Schemat blokowy takiego korektora jest przedstawiony na rysunku 2.

Konstrukcja układu jest prosta i zawiera kilka elementów mocy, dławik Lp, diodę D2, tranzystor mocy Ql oraz kondensator wyjściowy Cin. Sterowanie takim układem nie jest proste i wymaga pewnych obliczeń. Głównym zadaniem układu sterowania jest sterowanie tranzystorem, którego zadaniem jest doładowywanie kondensatora Cin, który jest rozładowywany przez odbiornik. Sterowanie to zapewnia przepływ prądu przez prostownik D1 o kształcie zbliżonym do sinusoidy oraz umożliwia utrzymanie go w fazie z napięciem wejściowym (V1) [1].

Ponieważ jest to układ podwyższający napięcie, na wyjściu korektora otrzymujemy napięcie stałe o wartości od 380 do 450 V (napięcie musi być wyższe od amplitudy napięcia wyjściowego). Obciążeniem korektora jest typowy zasilacz impulsowy DC/DC, który zapewnia obniżenie napięcia i izolację galwaniczną od sieci. W obwodach lamp energooszczędnych układ zasilania lampy jest odbiornikiem dla korektora PFC. W ustalonych warunkach napięcia wejściowego i obciążenia, układ potrafi zapewnić kształt prądu (a dokładnie wartość średnią prądu) zbliżony do sinusoidalnego i zgodny w fazie z napięciem wejściowym (rys. 3c).

Częstotliwość taktowania tranzystora mocy wynosi od kilkunastu do kilkuset kHz. Prądy płynące przez tranzystor i dławik mocy oraz diodę mają charakter impulsowy ze składową stałą. W zależności od kształtu prądu płynącego przez szeregową indukcyjność przekształtnika, pracę układów PFC można podzielić na dwie grupy, tzw. tryb ciągłego przewodzenia prądu indukcyjności (z ang. Continuom Conducting Mode – CCM) (rys. 4a) i nieciągłego prądu indukcyjności (z ang. Discontinuous Conducting Mode – DCM) (rys. 4b). Przy nieciągłym trybie pracy (DCM) można jeszcze mówić o trybie CRM (ang. Critital Conducting Mode), który powoduje, że prąd indukcyjności zbliża się do wartości zero – jest na granicy ciągłości. Korektory pracujące w trybie DCM posiadają gorsze parametry w stosunku do układów opartych na technice CCM i z tego powodu stosuje się je głównie w układach małej mocy, gdzie koszt całkowity układu powinien być niski.

Kłopotliwym elementem korektora jest dławik, którego gabaryty i masa zależą od częstotliwości taktowania układu i mocy wyjściowej. Aby zmniejszyć parametry dławika (masa, indukcyjność i wymiary) stosuje się coraz większe częstotliwości pracy układu, ale zwiększają się też straty przełączające na elementach półprzewodnikowych i na elementach indukcyjnych, co z kolei powoduje konieczność stosowania skutecznych układów chłodzenia. Dla poprawienia sprawności przy dużej częstotliwości pracy, producenci udostępniają coraz lepsze, charakteryzujące się wysoką częstotliwością przesyłania i wysoką sprawnością elementy półprzewodnikowe mocy i odpowiednie układy sterujące.

Rozwiązania układowe

Obecnie kilka największych firm i nie tylko z branży elektronicznej produkuje układy scalone, które pełnią funkcję korektorów współczynnika mocy. Każda z firm proponuje kilka lub kilkanaście układów typu PFC, dla różnych zastosowań, Część układów jest uniwersalna i ma swoje zamienniki pod względem wyprowadzeń i funkcji w poszczególnych firmach. Z kolei część układów jest przeznaczona do konkretnych zastosowań. Ostatnio można zauważyć tendencję do łączenia w jednym układzie scalonym korektora PFC i dodatkowego układu sterowania, np. układu regulatora (zasilacza) typu PWM lub przetwornicy statecznika elektronicznego. Z względu na to, że układ scalony typu PFC ma możliwość sterowania tylko tranzystorem mocy typu MOSFET lub IGBT, zatem maksymalna moc przekazywana przez układ PFC zależy od właściwego doboru elementów mocy; głównie prostownika, tranzystora mocy i diody „pompującej” oraz elementów typu LC, to jest dławików szeregowych, filtru sieciowego, wejściowej i wyjściowej pojemności filtrującej.

Przedstawione przykłady stanowią tylko fragment możliwości rozwiązań i zastosowań wybranych układów PFC. W większości przypadków firmy dostarczają odpowiednią literaturę (dokumentację techniczną) i programy komputerowe do obliczeń poszczególnych elementów składowych korektora, a także gotowe rozwiązania praktyczne całego korektora, np. dla różnych napięć wejściowych, mocy wyjściowej, itp. Większość układów umożliwia pracę z napięciem wejściowym od 90 do 270 V/50/60 Hz.

Napięcie wyjściowe zawiera się w granicach od 380 V do 450 V DC. Aby zmniejszyć wymiary całego urządzenia, zaczyna się wprowadzać sterowniki PFC (układy scalone) razem z wyjściowym tranzystorem mocy. Są to gotowe układy scalone lub hybrydowe, małej mocy do 100 W. Na rysunku 5. przedstawiono aplikację układu PFC o mocy wyjściowej 110 W, typu TDA4863. Jest to klasyczny układ korektora kształtu PFC, który jest produkowany przez kilka firm. Firma ST Microelectronics jest na świecie dobrze znanym producentem korektorów współczynnika mocy. Układ L6562 pracuje w trybie DCM, jest to klasyczny 8-nóżkowy korektor, kompatybilny z tego typu układami innych firm. Przykład aplikacyjny układu przedstawiono na rysunku 6.

Korektory PFC w układach zasilania lamp

Wiodące firmy elektroniczne, które produkują scalone sterowniki do korekcji współczynnika mocy (PFC), wprowadzają do oferty nowe rozwiązania tych układów. Ponieważ energooszczędne źródła światła, jak np. lampy fluoroscencyjne, są coraz częściej używane, powoduje to bardzo duże odkształcenie prądu w sieciach energetycznych. Aby tego uniknąć, należy połączyć korektor PFC i układ zasilania lampy w jednym urządzeniu. Można wykorzystać gotowe układy scalone, które są sterownikami PFC, i gotowe sterowniki do zasilania lampy fluoroscencyjnej lub lampy wysokoprężnej oraz zaprojektować kompletny układ zasilania, ale coraz więcej pojawia się układów PFC zintegrowanych w tym samym układzie scalonym z układem sterowania lampy. Przykładem może być rozwiązanie układu PLC810PG firmy Power Integrations. Jest to połączenie układu PFC pracujące w tzw. ciągłym trybie prądu (CCM) i układu sterownika do topologii  stopnia mocy w układzie tzw. półmostka.Jest więc to połączenie układu PFC i zasilacza impulsowego, który może posłużyć do zasilania lamp typu HID lub LED, a także wszelkiego typu urządzeń RTV. Uproszczony schemat ideowy takiego zasilacza przedstawia rysunek 7.

Podstawowe cechy i parametry układu:

  • częstotliwości sterowania układem PFC i LLC są zsynchronizowane, dzięki temu są mniejsze zakłócenia EMC, kondensator wyjściowy dla układu PFC jest mniejszy, płytka drukowana jest łatwiejsza w zaprojektowaniu,
  • układ sterowania częścią PFC zapewnia dużą efektywność i minimalną liczbę elementów zewnętrznych,
  • rezonansowy układ zasilacza impulsowego (LLC) pracuje w trybie przełączania w zerze napięcia (ZVS – Zero Voltage Switching), dzięki temu wymagania dotyczące elementów mocy są mniejsze (mniejsze straty mocy na przełączanie) i zakłócenia są mniejsze,
  • częstotliwość średnia pracy układu zasilacza wynosi 100 kHz, 
  • dołączenie zewnętrznych elementów mocy (tranzystorów typu MOSFET i diod) umożliwia zbudowanie zasilacza mocy od 150 W do nawet 600 W.

 

Podobne rozwiązania oferuje kolejna duża firma, Infineon, która ma kilka układów scalonych będących sterownikami PFC i zasilaczami do lamp. Układ ICB1FL02G jest połączeniem tych dwóch sterowników w jeden układ scalony. Schemat ideowy kompletnego układu zasilania przedstawia rysunek 8.

Podsumowanie

Rozwój i zapotrzebowanie na układy typu PCF doprowadziły także do rozwoju elementów dyskretnych, stosowanych w korektorach. Na sprawność całego korektora ma nie tylko wpływ jakość sterowania przez układ scalony, który realizuje określone funkcje kontrolnosterujące, ale także elementy mocy, takie jak dioda, tranzystor mocy i dławik szeregowy. Jak można zaobserwować w zakresie rozwoju układów PFC, firmy projektują kolejne udoskonalone wersje sterowników, dzięki którym można osiągnąć jeszcze lepsze rezultaty w zakresie zmniejszenia współczynnika zniekształceń THD.

Aby zapewnić minimalne negatywne oddziaływanie zasilacza na sieć energetyczną, należy stosować układy aktywne korektorów mocy. Takie rozwiązanie oczywiście podnosi koszt całego urządzenia, ponieważ dochodzi dodatkowy układ energoelektroniczny mocy. Zwiększają się też gabaryty i masa całego zasilacza oraz zmniejsza się sprawność układu, ponieważ na elementach mocy zawsze występują jakieś straty mocy. Pomimo kilku wad, są to układy coraz częściej stosowane, np. w zasilaczach komputerowych i lampach energooszczędnych. Wzrasta też oferta producentów układów scalonych, które pełnią funkcję sterowników PFC. Dalszy wzrost stosowania układów PFC nastąpi, jeżeli zostaną ustalone ostrzejsze wymogi prawne (normy), określające poziom zniekształceń prądu pobieranego np. przez odbiorniki małej mocy.

Literatura

1. an-42047 nota aplikacyjna firmy fairchild

2. Strona internetowa firmy infineon, www.infineon.com

3. Strona internetowa firmy st microelectronics, www.st.com

4. Strona internetowa firmy power integrations, www.powerint.com

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego

Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego

W artykule zostały przedstawione podstawowe zasady doboru mocy zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS, pracujących w układach zasilania budynków. Opisana została metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej...

W artykule zostały przedstawione podstawowe zasady doboru mocy zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS, pracujących w układach zasilania budynków. Opisana została metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie oraz sterowanie napięciem dotykowym do wartości dopuszczalnej długotrwale w instalacjach zasilanych z zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS. Przedstawiona metodyka jest zgodna z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje eklektyczne niskiego napięcia....

Możliwości zwiększenia niezawodności przy zastosowaniu zasilacza UPS

Możliwości zwiększenia niezawodności przy zastosowaniu zasilacza UPS

Autor pisze o powszechnym znaczeniu niezawodności zasilania w energię elektryczną, realnych skutkach awarii w zasilaniu, o przebiegu współpracy zespołu prądotwórczego z UPS-em oraz o sposobach magazynowania...

Autor pisze o powszechnym znaczeniu niezawodności zasilania w energię elektryczną, realnych skutkach awarii w zasilaniu, o przebiegu współpracy zespołu prądotwórczego z UPS-em oraz o sposobach magazynowania energii

Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym

Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym

W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).

W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).

Komentarze

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.