Фазозависимый преобразователь переменного напряжения

 

Союз Соввтскик

Социапистическии

Респубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii 938178 (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 24. 03. 80 (2! ) 2897299/18-21 с присоединением заявки 4%в (23)йриоритет—

Опубликовано 23 06 82 Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 23 06 82 (Ы)М. Кл.

G О1 R 19/22

9вударстиаея кеватет

CCCP ав аваап юабрвтеяий и впрытяй (53) УДК621.317..7(088.8) б

I (72). Автор изобретения

В. А. Желтиков

l

I (7l ) Заявитель (54) ФАЗОЗАВИСИИЫЙ ПРЕ06РАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных устройствах, электроавтоматике и следящих системах.

Известен фазозависимый преобразователь переменного напряжения, содержа- 5 щий выпрямительный мост, входы которого подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а выходы соединены с первыми выводами двух резисторов и двух конденсаторов, при этом вторые выводы конденсаторов объединены и через йсточник опорного напряжения соединены со средним выводом BTopH4HQH o6MQTKH трансформа тора, вторые выводы резисторов соединены между собой и подключены к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с вторыми выводами конденсаторов, причем первичная об- ро мотка трансформатора соединена с источником сигнала (13.

Недостатком известного устройства является наличие трансформатора, габариты которого не позволяют микроминиатюризовать конструкцию преобразователя, а неидентичность его обмоток не позволяет уменьшить выходное напряжение ниже- остаточного. Кроме того, наличие трансформатора понижает надежность преобразователя.

Известен фазозависимый преобразователь, выполненный на двух выпрямительных мостах и двух трехобмоточных трансформаторах, причем входы первого выпрямительного моста подключены к первым выводам первых вторичных обмоток основного и дополнительного трансформаторов, вторые выводы которых соединены между собой, входы второго выпрямительного моста подключены к первым выводам вторых вторичных обмоток указанных трансформаторов, вторые выводы которых также соединены между собой, при этом первичные обмотки основного и дополнительного трансформаторов подключены соответ I ственно к источнику сигнала и источ-"

938178 нику опорного напряжения, а первые выходы выпрямительных мостов соеринены между собой и со средней точкой двух резисторов, вторые концы кото" рых подключены к вторым выходам выпрямительных мостов и к сопротивлению нагрузки (2 ).

Недостатком указанного преобразователя также является наличие транс/ форматоров, габариты которых опреде- 10 ляют в основном габариты преобразователя. Остаточное напряжение преобра-зователей, построенных с использованием трансформаторов, невозможно уменьшить вследствие неидентичности 15 обмоток трансформаторов.и дискретных элементов. с

Наличие трансформаторов ограничивает возможности микроминиатюризации преобразователя и понижает его наN дежность.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, 25 что в фазозависимом преобразователе переменного напряжения, содержащем выпрямительный мост и источник опорного напряжения, выпрямительный мост выполнен в виде восьми оптоэлектронных ячеек и источника коммутирующего напряжения, при этом входом преобразователя является диагональ моста, каждое плечо которого состоит из двух встречно включенных фотодиодов оптоэлектронных ячеек, а другая диагонаЛь 5 моста является выходом преобразователя, источник опорного напряжения подключен к двум параллельно соериненны цепочкам, состоящим из четырех последовательно соединенных светодиоров 4О оптоэлектронных ячеек двух противоположных плеч моста, источник коммутирующего напряжения подключен к двум параллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последовательно 45 включенных модуляторов света двух про тивоположных плеч моста и диода, причем катоды диодов подключены к модуляторам света, а их аноды - к источникам коммутирующего напряжения.

На фиг. 1 изображена электрическая схема фазозависимого преобразова. теля переменного напряжения; на фиг. 2 — кривые, иллюстрирующие работу преобразователя. 55

Преобразователь состоит из восьми оптоэлектронных ячеек 1-8, двух диодов 9 и 10, источника 11 сигнала, источника 12 опорного напряжения и источника 13 коммутирующего напряжения.

Сигнальная цепь преобразователя выполнена по мостовой схеме, в каждое плечо которой включено встречно по два фотодиода двух ячеек 1,2; 3,4;

5,6 и 7,8 соответственно. Источник сигнала U< подключен к одной диагонали моста (выводы 14 и 15) К друной диагонали моста (выводы 16 и 17) порключается сопротивление нагруз» ки 18.

Модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 двух противоположных плеч моста соединены послеровательно и подключены к источнику коммутирующего напряжения U> через диод 9. Модуляторы света ячеек оптоэлектронных

3,4 и 5,6 двух других плеч моста сое1 динены последовательно и через диод

10 также подключены к источнику коммутирующего напряжения.

Светодиоды оптоэлектронных ячеек

1,2 и 7,8 двух противоположных плеч моста соединены согласно последовательно и подключены к источнику опорного напряжения 11г, частота которого совпадает с частотой источника сигнала. Светодиоды оптоэлектронных ячеек 3,4 и 5,6 двух других плеч моста также соединены согласно последовательно и подключены к источнику опорного напряжения U

Рассмотрим работу фазозависимого преобразователя переменного напряжения в предположении, что все источники имеют синусоидальную форму напряжения.

8 момент времени, когда на выводе

19 источника опорного напряжения Ur по отношению к его выводу 20 действует положительное напряжение, ток способен проходить только через светодиоды оптоэлектронных ячеек 8,7 и 1,2.

Синусоидальное напряжение источника опорного напряжения 0„ показано на фиг. 2а. При прохождении тока через светодиоды 8,7 и 1,2 происходит излучение света в положительные полупериоды напряжения U,,(фиг. 2б).

В положительные полупериоды опорного напряжения через светодиоды 6,5 и

4,3 ток проходить не может и, следовательно, эти светодиоды свет не из- лучают. Период коммутирующего напряжения Ц больше периода коммутируе938178 щаются аднополупериодными импульсами опорного напряжения Уг в течение полупериода коммутирующего напряжения 0К

В течение другого полупериода коммутирующего напряжения фотодиоды соответствующих плеч моста не освещаются и для тока Ост«АОтся разомкнутыми.

При этом напряжение на сопротивлении нагрузки 18 при напряжении, синфазном с опорным напряжением 1сг, имеет вид, показанный на фиг. 2з. В этом случае ток источника сигнала проходит от вывода 14 через встречно включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 1, имеющей минимальное обратное сопротивление вследствие его освещения светом

< светодиода через открытый .модулятор света оптоэлектронной ячейки 1, прямо включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 2; который тоже освещен, сопротивление нагрузки, встречно включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 7, который находится в режиме, подобном режиму фотодиода оптоэлектронной ячейки 1, включенный фотодиод 8 к выводу 15 ис" ,точника 11 сигнала.

В положительный полупериод напряжение источника сигнала Uz вследствие положительного полупериода напряжения Б„ обратно включенные свето" диоды оптоэлектронных ячеек 6,5 и

4,3 не светятся. Кроме того, обесточенные по цепи коммутирующего напряжения як запертым диодом 10 модуляторы света указанных оптоэлектронных ячеек находятся в невозбужденном состоянии и не способны пропускать свет

Поэтому встречно включенные по отношению к напряжению сигнала Ug фотодиоды оптоэлектронных ячеек 5 и 3 ток сигнала пропускать не могут и создают разрыв тех плеч моста, в кот торые они включены.

В отрицательные полупериоды напряжения источника сигнала на его выводе 14 и источника опорного напряжения .на его выводе 19 через обратно включенные светодиоды оптоэлектронных ячеек 6,7 и t,2 ток проходить не может и светодиоды не освещают фотодиоды указанных оптоэлектронных ячеек, несмотря на то, что модуляторы света открыты током источника коммутирующего напряжения.

Вследствие того, что фотодиоды оптоэлектронных ячеек 8 и 2 не освещены соответствующими. светодиодами и не способны пропускать ток, напрямого напряжения U примерно на поряГ док.

В момент времени, когда на выводе

21 источника коммутирующего напряжения по отношению к выводу 22 действу- 5 ет положительное напряжение (фиг. 2в) ток происходит через согласно включенный диод 9 и модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и Ь,7.

При синусоидальном напряжении ис- 10 точника коммутирующего напряжения значительной амплитуды модуляция свечения светодиодов осуществляется в первом приближении прямоугольными импульсами. 15

Следовательно, в предлагаемом преобразователе наблюдается картина модуляции свечения светодиодов однополярными импульсами (фиг. 2г).

При изменении знака опорного на- 20 пряжения Уг ток от вывода 20 проходит через светодиоды оптоэлектронных ячеек 3,4 и 5,6 к выводу 19. Свечеwe светодиодов оптоэлектронных ячеек 3,4 и 5,6 условно показано íà 25 фиг. 2д, однако модуляторы света этих ячеек не пропускают свечения своих светодиодов, так как в рассматриваемый полупериод коммутирующего напря ссенйя ток через указанные модуляторы не проходит из-за запертого диода 10.

Рассмотренная картина -наблюдается в течение положительного полупериода коммутирующего напряжения на выводе 21.

В отрицательный полупериод коммутирующего напряжения от вывода 22 источника коммутирующего напряжения UK ток проходит через диод 10 и модуляторы света оптоэлектронных ячеек 3,4 и 6,5 к выводу 21. Картина освещен- 40 ности фотодиодов указанных оптоэлектронных ячеек приведена на фиг. 2е. В этот полупериод коммутирующего напряжения ток через модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 не про-45 пускает запертый диод 9 и поэтому фотодиоды указанных оптоэлектронных ячеек не освещаются. Напряжение U на выводах 14 и 15 источника сигнала показано на фиг. 2ж.

Рассмотрим одно из плеч моста сигнальной цени, например, между выводом

14 источника сигнала и выводом 16 сопротивления нагрузки. В плече моста два фотодиода включены встречно, следовательно, один из них не препятству.

S5 ет прохождению тока при любой фазе напряжения сигнала. Из фиг. 2в и 2г видно, что оба фотодиода плеча освв938178

Формула изобретения жение сигнала на сопротивлении нагрузки отсутствует (фиг. 2з). Светодиоды двух других плеч моста светятся, однако это свечение не пропускается на фотодиоды обесточенными модуляторами света в течение всего положительного полупериода на выводе 21 источника .коммутирующего напряжения.

В течение следующего положительного полупериода на выводе 14 источ ника сигнала рассмотренная выше для этого полупериода картина повторяется. Так продолжается в течение всего полупериода коммутирующего напряжения. Длительность полупериода коммутирующего напряжения должна быть примерно на порядок больше длитель-. ности полупериода напряжения сигнала, в частном случае коммутирующее напряжение может быть выбрано постоянным.

Во время отрицательного полупериода на выводе 21 источника коммутиру ющего напряжения модуляторы света оптоэлектронных ячеек 7,8 и 2,1 обесточены запертым диодом 9. Открыты лишь модуляторы света оптоэлектронных ячеек 3,4 и 6 5, а в соответствующие моменты открываются фотодиоды этих оптоэлектронных ячеек. Следовательно, ток через сопротивление нагрузки проходит только в отрицательные полупериоды напряжения U< на выводе 14 источника сигнала. Эпюры этого напряжения показаны на фиг. 2з в виде отрицательного однополупериодного выпрямления в течение полупериода коммутирующего напряжения.

При изменении фазы источника сигнала на 180 © относительно опорного напряжения (фиг. 2и) результат фазозавйсимого преобразования принимает вид, показанный на фиг. 2к. На фиг. 2 ж-к видно, что при изменении фазь1 напряжения источника сигнала на о

180 фаза выходного напряжения преобразователя также изменяется на 180 о

Если напряжение источника сигнала сдвинуто на 90 относительно опорного напряжения, то на выходе фаэозависимого преобразователя отсутствует сигнал с частотой коммутирующего напряжения, При постоянном значении коммутирующего напряжения в качестве полезного Сигнала на выходе фазозависимого преобразователя можно использовать постоянную составляющую напряжения на сопротивлении нагрузки.

Изобретение позволяет отказаться от применения трансформаторов, габаритами которых определяется объем

10 фазозависимого преобразователя, что в свою очередь позволяет микроминиатюризировать конструкцию преобразователя и повысить его надежность.

Фазозависимый преобразователь переменного напряжения, содержащий

2© выпрямительный мост и источник опорного напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности и микроминиатюризации выпрямительный мост выполнен в виде

2$ o t H oflTo3flBKTpoHHbfx ячеек и источника коммутирующего напряжения, при этом входом преобразователя является диагональ моста, каждое плечо которого состоит из двух встречно зо включенных фотодиодов оптоэлектронных ячеек, а другая диагональ моста является выходом преобразователя, источник опорного напряжения подключен к двум параллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последовательно соединенных светодиодов оптоэлектронных ячеек двух противоположных плеч моста, источник коммутирующего напряжения подключен к двум параллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последовательно включенных модуляторов света двух противоположных плеч моста и диода, причем катоды диодов подключены к модуляторам света, а их аноды - к источнику коммутирующего напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лукес Ю. X. Схемы на полупроводниковых диодах. И., "Энергия, 1972, с. 96.

2. Лукес Ю . Х. Схемы на полупроводниковых диодах. М., "Энергия"

1972, с. 97.

938178

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4453/68

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород„ ул. Проектная, 4

Составитель В. Костин

Редактор А. Козориз Техред А. Ач Корректор А. Дзятко