Устройство для выпрямления напряжения переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением . Цель изобретения - упрощение устройства и повьшение его КПД. Уст1 ройство содержит подключенный к входным выводам выпрямительный мост на диодах 1-4, выходом подключенный к выходным выводам через ключевые элементы . Между общей шиной и точками соединения диода 1 с тиристором 5 и диода 4 с тиристором 6 включены конденсаторно-диодные цепочки, соединенные по схеме деления напряжения. Каждый из ключевых элементов состоит из тиристора 5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН 1Х

РЕСПУБЛИН (д1) 4 Н 02 M 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3757367/24-07 (22) 22.06.84 (46) 07.12.86. Бюл. К 45 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Минусинского завода специального технологического оборудования (72) В.И.Осадчий (53) 621.314.54(088.8) (56) Додик С.Д. и др. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. — М.: Советское радио, 1969, рис.1-6. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением. Цель изобретения — упрощение устройства и повьппение его КПД. Уст„„SU„„1275704 А 1 ройство содержит подключенный к входным выводам выпрямительный мост на диодах 1-4, выходом подключенный к выходным выводам через ключевые элементы. Между общей щиной и точками соединения диода 1 с тиристором 5 и диода 4 с тиристором 6 включены конденсаторно-диодные цепочки, соединенные по схеме деления напряжения. Каждый из ключевых элементов состоит из тиристора 5 (6), катод которого подключен через цепь из стабилитронов

35,37 (36,38) к управляющему электроду тиристора 5 (6) ° Управляющие электроды тиристоров 5, 6 через последовательно соединенные резистор 39 ® с конденсатором 41 и резистор 40 с конденсатором 42 соответственно соединены с противоположньики входными выводами. Указанное выполнение устройства обеспечивает заряд конденса- Я торов через нагрузку. Зто ведет к упК) 1275704 рощению выполнения конденсаторно-ди— одных цепочек и автоматическому выравниванию напряжения на каждсм конИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения . — упрощение и повышение КПД устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для выпрямления напряжения переменного тока; на фиг.24 — электрические схемы конденсаторно-диодных цепей; на фиг.5 — электрическая схема устройства для выпрямления напряжения переменного тока.

Один. входной вывод для подключения источника напряжения переменного тока соединен с анодом диода 1 и катодом диода 2, а другой входной вывод — с катодом диода 3 и анодом диода 4 выпрямительного моста (фиг.)).

Катод диода 1 соединен с анодом запираемого тиристора 5, катод диода 4 с анодом запираемого тиристора 6, а катоды тиристоров 5 и 6 подсоединены к выходной плюсовой шине, не соединенной с корпусом. Аноды диодов 2 и

3 соединены с общей минусовой выходной шиной (первым выходным выводом).

Рассмотрим соединение только верхнего плеча моста (указывая в скобках элементы нижнего плеча моста), так как верхнее и нижнее плечи моста подключены одинаково.

В конденсаторно-диодной цепи 7 (8) (фиг.5) конденсатор 9 (10) подключен к катоду диода 1 (4), другой выход конденсатора 9 (10) соединен с катодом разрядного диода 11 (12) и анодом зарядного диода )3 (14), анод диода 11 (12) подсоединен к общей минусовой выходной шине питания.

В конденсаторно-диодной цепи 15 (16) конденсатор 17 (18) соединен с катодом диода 13 (14) предыдущей цепи, анодом разрядного диода )9 (20), подсоединенного катодом к диоду 1 (14) моста, другой вывод конденсатоденсаторе до необходимого значения.

Этим обеспечивается достижение поставленной цели. 1 з.п. ф-лы. 5 ил.

2 ра 17 (18) соединен с анодом зарядного диода 21 (22) и катодом разрядного диода 23 (24), подсоединенного анодом к общей минусовой выходной шине пита5 ния, В конденсаторно-диодной цепи 25 (26) конденсатор 27 (28) соединен с катодом диода 21 (22) предыдущей це10 пи, анодом разрядного диода 29 (30)

Э подсоединенного катодом к диоду 1 (4) моста, другой вывод конденсатора 27 (28) соединен с катодом разрядного диода 31 (32), подсоединенного анодом к общей минусовой шине питания, 15 и анодом зарядного диода 33 (34), подсоединенногo катодом к плюсовой шине питания.

Управляющий электрод запираемого тиристора 5 (6) подключен через два

20 встречно включенных стабилитрона 35 (36) и 37 (38) к его катоду и через последовательно включенные ограничивающий резистор 39 (40) и конденса25 тор 41 (42) к катоду диода 3 (2) моста °

Устройство работает следующим образом.

Согласно фиг.1 в положительный по30 лупериод напряжения переменного тока выпрямительные диоды 1 и 3 моста открыты, а диоды 2 и 4 закрыты. В этот момент ключевой элемент (тиристор) 5, включенный последовательно с открытым диодом 1 моста, должен быть наоЗ5 борот закрыт в течение всего полупериода, а ключевой элемент (тиристор)

6, включенный последовательно с закрытым диодом 4 моста, должен быть наоборот открыт в течение .всего полупе40 риода. Следовательно, в конденсаторно-диодной цепи 7 все конденсаторы (в том числе конденсатор на выходе устройства) соединены последовательно через зарядные диоды -и суммарное

45напряжение на них равно выпрямленному (с помощью диода 1) напряжению сети.

В этот момент в конденсаторно-диод1275 ной цепи 8 все конденсаторы соединены параллельно через разрядные диоды и через открытый ключевой элемент (тиристор) б подключены также параллельно нагрузке, поддерживая ток в 5 ее цепи, так как они были заряжены в предыдущий полупериод напряжения переменного тока.

При заряде конденсаторов любой конденсаторно-диодной цепи напряжение на одном из них равно

U U2 с и

3 где U — напряжение на одном конден- 15 саторе;

U — выпрямленное напряжение сети, U„ — напряжение на нагрузке;

n — число конденсаторов цепи. 10

Прн разряде этих же конденсаторов напряжение на одном из них равно

Цс Пн

Следовательно, можно составить следующее равенство:

U — U

2. И и 1н >

30 откуда находим

П .й и т.е. например, напряжение на нагрузке при наличии одного конденсатора в конденсаторно-диодной цепи в два раза меньше выпрямленного напряжения сети (фиг.2), при наличии двух конденсаторов — в три раза меньше выпрямленного напряжения сети (фиг.3) 40 и при наличии трех конденсаторов — в четыре раза меньше выпрямленного напряжения сети (фиг.4) и т.д.

Устройство (фиг.5) работает следующим образом. 45

В положительный полупериод переменного напряжения на входе устройства, когда диоды 1 и 3 моста открыты, тиристор 5 закрыт в течение всего полупериода, так как к его управ- 50 ляющему электроду через дифференцирующий конденсатор 41 и резистор 39, ограничивающий ток управляющего электрода, приложено отрицательное напряжение, которое ограничивается ста- 55 билитроном 35 до уровня, необходимого для запирания тиристора 5. Практически на управляющем электроде ти704 4 ристора 5 наблюдаются поочередно им пульсы прямоугольной формы отрицательной и положительной полярности с длительностью, равной половине периода переменного напряжения, так как напряжение стабилизации стабилитронов мало по сравнению с амплитудой переменного напряжения. Один из стабилитронов в каждый полупериод переменного напряжения включен в прямом направлении.

В этот момент заряжается группа последовательно соединенных конденсаторов 9, 17 и 27 по цепи: диод 1, конденсатор 9, диод 13, конденсатор

17, диод 21, конденсатор 27, диод 23, сопротивление нагрузки и диод 3. Разрядные диоды 11, 19, 23, 31 и 29 закрыты, так как выпрямленное напряжение прикладывается к ним в обратном направлении.

В этот же положительный полупериод переменного напряжения, когда диоды 2 и 4 моста закрыты, тиристор 6 открыт в течение всего полупериода, так как к его управпяющему электроду через дифференцирующий конденсатор 42 и резистор 40, ограничивающий ток управляющего электрода, приложено положительное напряжение, которое ограничивается стабилитроном

38 до уровня, необходимого для отпирания тиристора б.

Поэтому через нагрузку проходит не только ток заряда конденсаторов

9, 17 и 27, но и ток разряда группы параллельно соединенных (через разрядные диоды 12, 20, 24, 30 и 32) конденсаторов 10, 18 и 28, заряжен-: ных в предыдущем полупериоде переменного напряжения, когда они были соединены последовательно. Зарядные диоды 14, 22 и 34 закрыты, так как напряжение на конденсаторах приложено к ним в обратном направлении.

В следующий, отрицательный полупериод переменного напряжения на входе устройства наоборот диоды 1 и 3 моста закрыты, а диоды 2 и 4 открыты, тиристор 5 открыт, а тиристор 6 закрыт, В этот мбмент группа параллельно соединенных конденсаторов 9.

21 и 27 разряжается на нагрузку, а группа последовательно соединенных конденсаторов 10, 18 и 28 заряжаются через нее.

Таким образом, устройство для выпрямления напряжения переменного тока

5 12 И одновременно выпрямляет и делит переменное напряжение на любое заданное число раз, при этом содержит только два ключевых элемента. На выходе устройства имеем пониженный уровень пульсаций напряжения, так как энергия от источника питания потребляется в оба полупериода напряжения переменного тока. В устройстве не требуется конденсатор фильтра, шунтирую- 10 щий нагрузку постоянно, так как его функции попеременно выполняют конден-саторы конденсаторно-диодных цепей плеч моста.

Формула изобретения

1. Устройство для выпрямления напряжения переменного тока, содержащее двухполупериодный мостовой выпрями- 20 тель, два ключевых элемента и две группы конденсаторно-диодных цепей с разрядными и зарядными диодами, соединенными по схеме деления напряжения, причем входная диагональ указан- 25 ного выпрямителя соединена с входными выводами для подключения источника питающего напряжения, общая точка соединения анодов диодов образует первый выходной вывод для подключения 30

04 6 нагрузки, соединенный с корпусом, и катод каждого из двух других диодов через последовательно соединенный с ним ключевой элемент соединен с вторым выходным выводом, не соединенным с корпусом, каждая конденсаторно-диодная цепь включена между общей точкой соединения соответствующих диода и ключевого элемента и первым выходным выводом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повьппения КПД устройства, последний зарядный диод в каждой конденсаторно-диодной цепи соединен с вторым выходным выводом.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что каждый ключевой элемент выполнен в виде запираемого тнристора, анод которого подключен к катоду диода мостового выпрямителя, а катод — к второму выходному выводу и через два встречно включенных стабилитрона к управляющему электроду этого же тиристора, подключенному через последовательно соединенные конденсатор и ограничивающий резистор к входной цепи переменного тока, противоположной той, в которую включены указанные диод и тиристор.

1275704

Составитель Л.Устинкина

Редактор Г.Гербер Техред А.Кравчук Корректор М.Максимитинец

Заказ 6578/54 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4