Преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЛЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (13) (st)s Н 02 М 7/12

ГОСУДЛРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4919947/07 (22) 19,03.91 (46) 15.12.92. Бюл. ¹ 46 (72) А.А.Васильевский, В.Ф.Голиков, С.И.Коновалов, А.Н,Малашин и В,А.Постников (56) Авторско(свидетельство СССР

¹505100,,кл,,Н 02 М 5/12, 1976, Авторское свидетельство СССР

¹ 1182612, кл. Н 02 М 7/06, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 851692, кл. Н 02 М 7/04, 1981, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Использование: изобретение может быть использовано при построении источников вторичного электропитания различного назначения. Сущность изобретения: устройство состоит из подключенного входом к выводам для подключения источника переменного напряжения входного выпрямителя 1, канала преобразования, включающего последовательно соединенные инвертор повышенной частоты на ключевых элементах с двухсторонней проводимостью

2-5 с силовым трансформатором 6, выходной диодный выпрямитель 7 и сглаживающий фильтр на дросселе 8 и конденсаторе 9, к которому подключена нагрузка 10, а также вол ьтодобавочного канала, посредством сглаживающего фильтра 11 которого выход выпрямителя 1 соединен с управляемым генератором на ключевых элементах 12 — 15, соединенных по мостовой схеме, и включающего трансформатор напряжения 16, вторичная обмотка которого включена последовательно в цепь первичной обмотки трансформатора 6. При этом первичная обмотка трансформатора 16 выполнена с отпайкой. соединенной через дополнительно введенный ключевой элемент 18 с двусторонней проводимостью с общей точкой соединения соответствующих ключевых элементов управляемого генератора, Указанное выполнение устройства улучшает

его массогабаритные показатели и динамические характеристики. 3 ил.

1781800

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение при построении источников вторичного электропитания различного назначения.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, а также блок управления инвертором повышенной частоты, К недостаткам таких устройств следует отнести сравнительно низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик, так как они зависят от степени приближения огибающей выпрямленного напря>кения к прямоугольной форме, которая определяется как количеством отводов первичной обмотки силового трансформатора (а также ключевых элементов для их переключения), так и длительностью переднего и заднего фронтов, В идеальном случае в известном преобразователе можно получить выпрямленное напряжение с формой равнобедренной трапеции, боковыми сторонами которой являются отрезки синусоиды. В спектре напряжения такой формы гармоника удвоенной частоты входного напряжения имеет значительную амплитуду, что приводит к сравнительно большим массе и габаритам сглаживающего фильтра.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий в одном канале однополупериодный выпрямитель, а в другой — высокочастотные преобразователь и выпрямитель, причем оба канала подключены к выходному сглаживающему фильтру . ,Недостаток известного устройства— низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик, так как в спектре выпрямленного напряжения присутствуют низкочастотные составляющие значительной амплитуды, Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение, содержащий входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра. Кроме того, в преобразователе есть вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильт20

40 диненных попарно последовательно, 45 образуя цепочки, включенные параллельно, вторичная обмотка трансформатора напря50

5

15 ра которого, выход входного выпрямителя соединен с управляемым генератором на ключевых элементах с трансформатором напряжения. Блок управления служит для формирования и распределения сигналов управления ключевыми элементами либо по величине напряжения на нагрузке, либо по командам от внешнего устройства.

Недостатками такого устройства являются низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик из-за наличия в спектре выпрямленного напряжения значительных по амплитуде гармоник на частотах 4fax и 8fax, где fax частота входного переменного напряжения.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи улучшения массогабаритных показателей и динамических характеристик преобразователя переменного напря>кения низкой частоты в постоянное напряжение при сохранении показателей качества выходного напряжения такими же, как и в схеме прототипа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее входной выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения источника переменного на-. пряжения, включенное между входными и . выходными выводами для подключения нагрузки, канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, вольтодобавочный канал, подключенный к выходу входного выпрямителя и состоящий из последовательно соединенных дополнительного сглаживающего фильтра и управляемого генератора с трансформатором напряжения и блок управления ключевыми элементами, причем, управляемый генератор выполнен на ключевых элементах, соежения включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора инвертора, а первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к общим точкам соединенйя ключевых элементов соответствующих цепочек управляемого генератора, первичная обмотка указанного трансформатора напряжения выполнена с отпайкой и введен дополнительный ключевой элемент с двухсторонней проводимостью, включенный между указанной отпайкой и общей точкой соединения ключевых элементов соответствующей цепочки управляемого генератора.

1781800

Технический результат, который может 6 представляет собой алгебраическое быть получен при осуществлении изобре- суммирование напряжений О и !ЗМ2, с тения, выражается в улучшении массога- соответствующим коэффициентом трансбаритных показателей на 10-15, формации трансформатора 6. Коэффициендинамических характеристик — на 20 — 40 ф, 5 ты трансформации понижающего трансв зависимости от мощности устройства, при форматора 16 составляют; в режиме замкнусохранении показателей качества выходно- того ключа 18 — 1,25, а в режиме разомкнуго напряжения преобразователя такими же, того ключа f8 — 5,32, При этом коэффициент как и в схеме прототипа. пульсаций напряжения 0в будет минимальНа фиг.1 представлена электрическая 10 ным. Для преобразователя характерны три схема преобразователя переменного на- режима работы: большой вольтодобавки, пряжения низкой частоты в постоянное на- малой вольтодобавки и эакоротки. В режипряжение; на фиг.2 представлены ме большой вольтодобавки посредством временные диаграммы работы преобразо- трансформатора 6 и трансформатора 16 вателя; на фиг.3 представлены временные 15 происходит алгебраическое суммирование диаграммы работы преобразователя при напряжений UM) и UMz.2 при замкнутом клюповышенной частоте модуляции. че 18, а в режиме малой вольтодобавки — при

Согласно фиг,1 устройство содержит разомкнутом ключе 18. Режим закоротки, входной выпрямитель 1, канал преобразо- когда напряжение вторичной обмотки вания, состоящий из соединенных последо- 20 трансформатора 16 равно нулю, обеспечивательно инвертора повышенной частоты вается при одновременном включении элена ключевых элементах с двухсторонней ментов 12, 14 или 13, 15. Таким образом. проводимостью 2-5 с силовым трансформа- постановка дополнительного ключевого тором 6, выходного выпрямителя на диодах элемента позволяет уменьшить коэффици7 и сглаживающего фильтра на дросселе 8 и 25 ент пульсаций напряжения Ьв по сравнеконденсаторе 9, вольтодобавочный канал, нию со схемой прототипа и тем самым посредством сглаживающего фильтра 11 ко- улучшить массогабаритные показатели выторого, выход входного выпрямителя 1 сое - ходного сглаживающего фильтра и устройдинен с управляемым генератором на ства в целом. Кроме того, уменьшение ключевых элементах 12-15 с трансформато- 30 требуемого коэффициента сглаживания ром напряжения 16, блок управления клю- выходного фильтра приводит к улучшению чевыми элементами 17. Дополнительный динамических характеристик преобразоваключевой элемент с двухсторонней rtposo- теля. На фиг.3 представлены временные дидимостью 18 включен между отпайкой пер- аграммы работы преобразователя при вичной обмотки трансформатора 16 и 35 повышенной частоте модуляции fM. Форма общей точкой соединения ключевых эле- напряжения 0в при этом не изменяется. Иоментов 12 и 13, вышая частоту модуляции, можно уменьПреобразователь работает следующим шить габариты и массу трансформаторов 6 образом, и 16.

При подключении источника перемен- 40 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ного напряжения U x с частотой fox к вход- Преобразователь переменного напряным выводам и поочередном включении жения низкой частоты в постоянное напряэлементов 2,5 и 3.4 на выходе инвертора жение, содержащий входной выпрямитель, формируется высокочастотное напряжение входом соединенный с входными выводами

U 1с частотой 1м(фиг,2). Одновременно на- 45 для подключения источника переменного пряжение О х выпрямляется выпрямителем напряжения, включенный между входными

1, сглаживается фильтром 11 и преобраэу- и выходными выводами для подключения ется генератором на элементах 12-15, 18 в нагрузки; канал преобразования, состояпрямоугольное напряжение U> z 1с частотой щий из последовательно соединенных инч м.управлениеключевымэлементом18осу- 50 вертора повышенной частоты с силовым ществляется от блока управления 17 им- трансформатором, выходного выпрямителя пульсным напряжением Uy,p таким обра-, исглаживающегофильтра, вольтодобавочзом, что на интервалах 0 — 1. 4-5, 5 — 6, 9-10 ный канал, подключенный к выходу входи т.д ключевой элемент 18 замкнут, а на ного выпрямителя и состоящий из остальных временных интервалах разо- 55 последовательно соединенных дополнимкнут. В результате такого управления на тельного сглаживающего фильтра и управвыходной обмотке трансформатора 16 фар- ляемого генератора с трансформатором мируется напряжение UMz 2, которое явля- напряжения, и блок управления ключевыми ется вольтодобавкой к напряжению U<>. элементами, причем управляемый генераНапряжение Оч на выходе трансформатора тор выполнен на ключевых элементах, сое1781800

1 диненных попарно последовательно, образуя цепочки, включенные параллельно. вторичная обмотка трансформатора напряжения включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора инвертора, а первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к общим точкам соединения ключевых элементов соответствующих цепочек управляемогогенератора,отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и динамических характеристик, первичная обмотка указанного трансформатора напряжения выполнена с

5 отпайкой и введен дополнительный ключевой элемент с двусторонней проводимостью, включенный между указанной отпайкой и общей точкой соединения ключевых элементов соответствующей цепочки

10 управляемого генератора.

1781800

Составитель C,Êîíîâàëoâ

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Патрушева

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4280 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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