Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение коэффициента мощности. Преобразователь содержит диодно-конденсатор1ную систему деления напряжения, точка соединения катодов диодов 2 которой через управляемьй ключ 8 соединена с положительной выходной шиной 18, а точка соединения анодов диодов 3 через управляемый ключевой элемент 7 соединена с общей шиной 14. Положительный вход 12 системы деления напряжения через управляемый ключевой элемент 5 соединен с входной шиной 13, а через диод 10, включенный в обратном направлении - с общей шиной 14, Управляемьй ключевой элемент 6 включен между входной шиной 13 и точкой соединения анодов диодов 3. Введение зшравляемых ключевых элементов 5, 6 и 8 позволяет за перь д преобразуемого напряжения для накопления энергии в конденсаторах испольаова ть две полуволны, при этом в токе, потребляемом от сети в каждый полупериод, исключается постоянная составляющая, а частота преобразования увеличивается-в два раза по сравнению с частотой питающей сети . Кроме того, уменьшается величина емкости исцользуемых конденсаторов и обеспечивается лучшее использование установленной мощности. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. i (Л С

А) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 02 М 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4215232/24-07; 4244169/24-07 (22) 24. 03.87 (46) 07.09.88. Бюл. № - 33 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Е.Н. Басин, Л.N. Браславский, В.Г. Кобылянский, А.М, Сажнев и В.П. Свиридов (53} 621.314.5(088.8) (56) Патент Японии ¹ 12179, кл. Н 02 М 7/00, 1986.

Патент США ¹ 37439 14, кл. Н 02 М 7/02, 1973. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — повышение коэффициента мощности. Преобразователь содержит диодно-конденсаторную систему деления напряжения, точка соединения катодов диодов 2 которой через управляемый ключ 8 соединена с положительной выходной шиной 18, а точка соединения анодов диодов 3 через управляемый ключевой элемент 7 соединена с общей шиной 14. Положительный вход

12 системы деления напряжения через " управляемый ключевой элемент 5 соединен с входной шиной 13 а через диод 10, включенный в обратном направлении — с общей шиной 14. Управляемый ключевой элемент 6 включен между вход ной шиной 13 и точкой соединения анодов диодов 3. Введение управляемых ключевых элементов 5, 6 и 8 позволяет за пери д преобразуемого напряжения для накопления энергии в конденсаторах использовать две полуволны, Ю при этом в токе, потребляемом от сети в каждый полупериод, исключается постоянная составляющая, а частота преобразования увеличивается в два раза С по сравнению с частотой питающей сети. Кроме того, уменьшается величина емкости используемых конденсаторов и обеспечивается лучшее использование установленной мощности. 2 з.п . ф-лы, 7 ил. Ю

1422331

Изо брет ение от носится к области !

Ьфеобразовательной техники и может

6 ать использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппарату5

pbI °

Цель изобретения - повышение коэффициента мощности.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; íà 10 фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его . работу; на фиг. 3 — структурная схема блока управления; на фиг. 4 - то же, узла выбора полуволны; на фиг..5 и 6 — схемы вариантов выполнения со. гласующего каскада; на фиг.,7 — предлагаемое устройство, но с обратным включением вентилей и транзист оров ключей.

Преобразователь (фиг. 1) содержит и цепочек, каждая из которых, кроме первой со стороны отрицательного вхо» да, сосгоит иэ конденсатора 1 и двух неуправляемых вентилей 2 и 3, а первая цепочка состоит из конденсатора 1 и вентиля 2, каждая предыдущая цепочка соединена с последующей через неуправляемый вентиль 4, четыре управляемых ключа 5-8, блок 9 управления, диод 10 и конденсатор 11. Положитель- 30 ный вход 12 цепочек через ключ 5 соединей с.фазной входной шиной 13, а через диод .10 .в обратном включенииС общей шиной 14. Отрицательный вход

15 и отрицательный выход 16 цепочек 35

Соединены между собой и через управляемые ключи 6 и 7 соединены соответственно с пинами 13 и 14. Положительйый выход t7 цепочек через управляемый ключ 8 соединен с положительной 40 выходной шиной 18. Конденсатор 11 включен между шинами 18 и 14. Блок 9 управления входом 19 соединен с ши. ной 13, входом 20 соединен с шиной 14, а выходами 21-24 соединен соответст- 45 венно с управляющими входами ключей

6-8. Источник переменного напряжения

U и нагрузке 25 подключаются к шинам 13 и 14 и 18 и 14 соответственно.

Ключи 5-8 управляются в соответст-50 вии с диаграммами напряжений, где

U — преобразуемое переменное напряжение на шинах 13 и 14; Uä - напряжение срабатывания порогового устройcTsa; x — ток, потребляемый от первичного источника (ток заряда конденсаторов 1 цепочек); U< Б,, П вЂ” управляющие напряжения ключей 5, 6 и 7, 8 соответственно; U — напряжение на выходных шинах 18 и 14 (на нагрузке); t» t > — время заряда и разряда конденсаторов 1; t з — время задержки; Т вЂ” период преобразуемого напряжения (фиг. 2).

Блок. 9 управления (фиг. 3) содержйт систему 26 вентилей, состоящую из четырех диодов, включенных по мостовой схеме, источника 27 опорного напряжения, порогового устройства 28, два формирователя 29 и 30 задержки, формирователь 31 времени заряда, RS-триггер 32, согласующий каскад 33, узел 34 выбора полуволны и источ:уик

35 питания.

Входные шины 19, 20 блока управления 9 соединены с входными шинами 36, 37 системы 26 вентилей соответственно, а шина 19 соединена .с входом 38 узла 34 выбора полуволны, Выходные шины 39 и 40 системы 26 вентилей соединены с входными шинами 41 и 42 источника опорного напряжения 27, шина- . ми 43 и 44 порогового устройства 28, шинами 45 и 46 источника 35 питания соответственно. Выход 47 источника 27 опорного напряжения. соединен с управляющим входом порогового устройства

28, выход которого соединен с R-входом

RS-триггера 32 и через формирователь

29. задержки, формирователь 31 времени заряда и формирователь 30 задержки — с S-входом RS-триггера 32, выход которого шиной 48 соединен с входом согласующего каскада 33. Общая шина

46 соединена с вторым входом узла 34, выбора полуволны, а его третий вход шиной 49 соединен с выходом формирователя 31 вермени заряда. Выход источника питания (шины 50 и 46) соединен с цепями питания упомянутых устройств блока управления.

Узел 34 выбора полуволны (фиг,4) содержит усилитель-ограничитель 51, инвертор 52, два коъюнктора 53 и 54 и два согласующих каскада 55 и 56.

Выход усилителя-ограничителя 51 через инвертор 52 и конъюнктор 53 соединен с согласующим каскадом 55, а через конъюнктор 54 — с входом согласующего каскада 56. Вторые входы конъюнкторов соединены шиной 49 с выходом формирователя 31 времени заряда, Управляемые ключи 5-8 (фиг. 1), система 26 вентилей, источник 27 опорного напряжения и источник 35 питания (фиг. 3) могут быть выполнены по

3 14223 известным схемам. Пороговое устройство 28 (фиг. 3) также может быть выполнено по известным схемам, например на интегральном компараторе. Формирователи 29 и 30 задержки и формирователь 31 времени заряда (фиг.3) могут быть выполнены по известным . схемам формирователей временных интервалов. Усилитель-ограничитель 51 (фиг. 4) может быть выполнен по извест*ым схемам. Согласующие каскады

55 и 56 (фиг . 5) и 33 (фиг . 6) могут быть выполнены по известным схемам эмиттерных повторителей с оптронным выходом. ф

Устройство работает следующим образом.

В момент t, (фиг. 2) равенства мгновенного значения преобразуемого 20 переменного напряжения сети U напряжению срабатывания U< порогового устройства 28 (фиг . 3) блока 9 управления (фиг. 1) прекращается подача управляющего напряжения U> на разрядные25 ключи 7 и 8, которые в пределах вре. мени задержки 1за = t< — t, закрываются, и ток разряда конденсатора 1 цепочек, образующих схему накопления энергии и деления напряжения (СНД), 30 прекращается ° Начиная с этого момента времени и до момента времени t напряжение U< на нагрузке 25 поддерживает заряженный конденсатор 11.

В момент е2 с блока 9 у Равления на 35 ключ 5 поступает управляющее напря- . жение U которое открывает зарядный ключ 5 и удерживает его в этом состоянии в течение времени заряда t> °

Образуется цепь для потребляемого от 40 сети в положительный прлупериод тока заряда i> конденсаторов 1 СНД: шина

13 — ключ 5 — шина 12 — последовательно включенные через диоды 4 конденсаторы 1 — rmHa 16 — диод ключа 7 45 шина 14. В момент t (окончание заряда) прекращается импульс U с блока 9 упра.вления подается напРяжение U> которое открывает разрядные ключи 7 и 8 и удерживает их в этом состоянии в течение времени разряда t . Образуется цепь разряда конденсаторов 1 СНД: положительный вывод конденсаторов 1 диод 2 — шина 17 — ключ 8 — шина 18

55 конденсатор 11 и нагрузка 25 (параллельно) — шина 14 — транзистор ключа 7 — шина 16 — диод 3 — отрицатель31

4 ный вывод конденсатора 1. В течение

tJ, напряжение П„ на нагрузке создают конденсаторы СНД и подзарядившийся от них конденсатор 11 фильтра, В момент

t когда мгновенное значение напряжения сети U< в отрицательный полупериод равно напряжению срабатывания порогового устройства, прекращается подача управляющего напряжения U> на разрядные ключи и они закрываются.

По истечении времени задержки Тз, с блока управления на ключ 6 подается управляющее напряжение U которое открывает ключ b и удерживает его в этом состоянии в течение времени заряда t> . При этом образуется цепь заряда конденсаторов СНД: шина 14 диод 10 — шина 12 — последовательно включенные через диоды 4 конденсаторы 1 — шина 15 — ключ 6 — шина 13.

По этой цепи протекает ток заряда потребляемый от сети в отрицательный полупериод, в течение t . Затем ключ 6 закрывается. По прошествии под воздействием U> вновь открьг ваются разрядные ключи 7 и 8 и процесс повторяется. Таким образом, за

1 период преобразуемого напряжения энеРгия от сети потребляется на.подзаряд конденсаторов СНД каждый полупериод.

Блок 9 управления (фиг. 3) работает следующим образом.

Переменное напряжение П, поступающее на вход 19 и 20 системы 26 вентилей, преобразуется ею в периодическую последовательность синусоидальных импульсов, которые поступают на вход источника 27 опорного напряжения и порогового устройства 28.

В момент с (фиг. 2) на вход 47 порогового устройства 28 поступает опорное напряжение Uz, а на вход 43 мгновенное значение U, равное Пл, и на выходе порогового устройства появляется импульс, который передним фронтом переключает RS-триггер 32 в нулевое состояние и тем самым согласующий каскад 33 запирается и закрывает разрядные ключи 7 и 8. Этот вы-. ходной импульс порогового устройства, задержанный формирователем 29 задержки на время,t д, необходимое для полного закрывания разрядных ключей, передним фронтом запускает формирователь 31 времени заряда,. который вы рабатывает импульс с момента t дли! тельностью t>. Этот импульс по цепи

49 управляет узлом 34 выбора полувол1422331 ны и через него работой зарядных ключей 5 и 6, а своим задним фронтом запускает формирователь 30 задержки.

Выходной импульс формирователя 30 задержки своим задним фронтом в момент t переключает триггер 32 в единичное состояние, Своим выходным имл пульсом триггер 32 через согласующий каскад 33 открывает разрядные ключи и удерживает их в таком состоянии в течение времени разряда tp,. В момент tq цикл работы блока управления повторяется. Длительность одного цикла работы блока управления равна половине периода преобразуемого на-. пряжения

+ з + tgaq+ " = Т 2

Зау

Узел 34 выбора полуволны (фиг.4) управляет работой зарядных ключей в соответствии с полуволной (положительной или отрицательной) преобразуемого напряжения: с .момента и в течение- t (положительный полу8 период) проводит ток заряда открьггый ключ 5, а с момента (г.4 + t> ) в течение t> (отрицательный полупериод) ,. проводит ток заряда открьггый ключ 6.

Происходит это следующим образом.

На вход 38 относительно шины 46 усилителя-ограничителя 51 узла 34 выбо-. ра полуволны с выхода 36 системы 26 вентилей поступает периодическая последовательность однополупериодных положительных синусоидальных импульсов, которая преобразуется усилителем-ограничителем в выходную периоди" ческую последовательность положительных прямоугольных импульсов, сдвинутых относительно входных на половину периода. Эти импульсы поступают на вход конъюнктора 54 и через инвертор 52 иа вход конъюнктора.53, На другой вход каждого конъюнктора по шине 49 поступает сигнал с выхода формирователя 31 времени заряда, Когда на оба входа конъюнктора поступают сигналы высокого уровня, то на его выходе появляется сигнал логической

"1", который через согласующий каскад открывает соответствующий зарядный ключ. Так в положительный полупериод преобразуемого напряжения (фиг. 2) в момент t- на выходе формирователя

31 времени заряда появляется импульс, который по шине 49 поступает на один из входов конъюнкторов 53 и 54 и является для них логической "1"; В этот

° ной составляющей, что приводит к

35 уменьшению его действующего значения и повьппению коэффициента мощности.

Кроме обеспечения более высокого коэффициента мощности, предлагаемое устройство позволяет также более полно обеспечивать установленную мощность первичного источника и, как следствие, обеспечить уменьшение массы, объема и стоимости первичного источника и системы электропитания в целом.

Крдме того, обеспечивается частота преобразования в два раза вьппе частоты сети, что позволяет исполь50 зовать конденсаторы СНД меньшей емкости и уменьшить массу, объем и стоимость реактивной части преобразователя.

Формула

l момент времени на другом входе коньюнктора 53 действует логическая "1", а на другом входе конъюнктора 54 действует логический "0". Поэтому на выходе конъюнктора 53 присутствует логическая "1", которая открывает через согласующий каскад 55 ключ 5 и удерживает его в этом состоянии в течение tg а на выходе конъюнктора 54логический "0", В отрицательный полупериод преобразуемого напряжения, когда выходной импульс усилителя-ограничителя представляет собой логическую "1" для одного из входов конъюнктора .54, а на другой его вход поступает сигнал логической "1" с выхода формирователя 31 времени заряда, на выходе этого конъюнктора появляется сигнал логической "1", zoòîðûé через согласующий каскад 56 открывает ключ 6 и удерживает его в этом состоянии в течение t В это время на входах конъюнктора 53 действуют логический

"0" и. логическая "1", и ключ 5 не открьгг.

Таким образом, преобразователь пер еменног о напряжения в постоянное потребляет энергию от сети и в положительный полупериод, и в отрицательный полупериод преобразуемого напряжения, т.е. оно является двухполупериодным преобразователем. Ток, потреб ляемый от сети, не содержит постоянизобретения

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий п параллельно включенных между собой

142233 1 цепочек, каждая из которых, кроме первой со стороны первого из входов, состоит из последовательно соединенных конденсатора и двух неуправля5 емых вентилей, а первая — из конденсатора и одного неуправляемого вентиля, и соединена с последующей цепочкой через неуправляемый вентиль, причем второй вход цепочек через ди- 1п од в обратном включении и первый

> вход цепочек, объединенный с их первым выходом, через управляемый ключ соединены с общей шиной, образованной . объединением первой входной с первой 15 выходной шинами, при этом между второй выходной шиной и общей шиной включен конденсатор, а управляющий вход управляемого ключа через блок управления соединен с второй фазной gQ входной шиной, о тл ич а ющи йс я тем, что, с целью повышения коэффициента мощности, в него дополнительно введены три управляемых ключа, причем первый из них включен меж-25 ду вторым выходом цепочек и второй выходной шиной, второй — между вторым входом цепочек и фазной входной шиной, а третий включен между фазной входной шиной и первым входом цепо- 30 чек, при этом второй вход блока управления соединен с общей шиной, а его выходы - с управляющими входами управляемых ключей.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит систему вентилей, состоящую из четырех диодов, включенных по мостовой схеме, источник опорного напряжения, пороговое 4О устройство, два формирователя задержки, формирователь времени заряда, RS-триггер, согласующий каскад, узел выбора полуволны и источник питания, причем один вход системы вентилей соединен с фазной входной шиной, а другой — с общей шиной, выходные шины системы вентилей соединены с входными шинами источника питания, порогового устройства и источника опор лго напряжения, выход которого соединен с управляющим входом порогового устройства, вьссод которого соединен с R-входом и через первый формирователь задержки, формирователь времени заряда и второй формирователь задержки — с S-входом RS-триггера, выход которого через согласующий каскад соединен с управляющими входами управляемых ключей, включенных в выходные шины цепочек, при этом один вход узла выбора полуволны соединен с фазной входной шиной, другой — с отрицательной выходной шиной источника питания, третий — с выходом формирователя времени задержки, причем один выход узла выбора полуволны соединен с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь второго входа цепочек, а другой выход — с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь первого, входа этих же цепочек, а выход источника питания соединен с цепями питания устройств.

3. Преобразователь по п. 2, о тл и ч а ю шийся тем, что узел выбора полуволны содержит усилительограничитель, инвертор, два конъюнктора и два согласующих каскада, причем выход усилителя-ограничителя через инвертор и первый конъюнктор соединен с первым согласующим каскадом, выход которого сдединен с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь второго входа цепочек, а через второй конъюнктор — с вторым согласующим каскадом, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь о первого входа цепочек, кроме того один вход усилителя-ограничителя соединен с фазной входной шиной, другой — с отрицательной выходной шиной, источника питания, а вторые входы конюънкторов соединены с выходом формирователя времени заряда.

142233 1

1422331

1422331

Составитель Л. Устинкина

Техред M. Ходанич Корректор М. Васильева

Редактор Л. Зайцева

Заказ 4437/53 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/.5

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