ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении разного рода устройств, требующих преобразования переменного напряжения в постоянное, в частности источников вторичного электропитания различного назначения.

Известен преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение, содержащий входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, вольтодобавочный канал, состоящий из последовательно соединенных дополнительного сглаживающего фильтра и управляемого генератора с трансформатором напряжения, вторичная обмотка которого включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора инвертора повышенной частоты, блок управления, причем канал преобразователя подключен к входным выводам непосредственно, а к выходу входного выпрямителя подключен вольтодобавочный канал [1] .

Известен источник питания постоянного напряжения, содержащий силовой трансформатор с первичной, основной и дополнительной вторичными обмотками, два выпрямителя со сглаживающими фильтрами, один из которых является основным, подключенным к нагрузке, а другой - вольтодобавочным, входы выпрямителей подключены к соответствующим вторичным обмоткам силового трансфоpматора, блок управления, два преобразователя частоты, выходы которых соединены последовательно и подключены к первичной обмотке силового трансформатора, а выходы соединены соответственно одного с сетевыми зажимами, другого через вольтодобавочный выпрямитель с дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора, коэффициент трансформации которой равен отношению постоянной составляющей выпрямленного напряжения сети к его амплитудному значению [2] .

Недостатками известных устройств являются сравнительно низкое качество массогабаритных показателей из-за наличия в составе таких преобразователей в основном канале преобразования инвертора повышенной частоты, выполненного на ключевых элементах с двухсторонней проводимостью, нагруженного на силовой трансформатор, а в вольтодобавочном канале - дополнительного низкочастотного сглаживающего фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два однополупериодных выпрямителя сетевого напряжения, сглаживающий LC-фильтр, соединенный своим входом с выходного первого однополупериодного выпрямителя, а выходом - с нагрузкой, канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором и высокочастотного выпрямителя, причем силовой вход инвертора повышенной частоты соединен с выходом второго однополупериодного выпрямителя, а выход высокочастотного выпрямителя подключен к входу сглаживающего фильтра [3] .

Недостатком такого устройства является сравнительно низкое качество массогабаритных показателей из-за наличия в спектре напряжения, поступающего на вход сглаживающего фильтра значительных по амплитуде низкочастотных гармоник, что ухудшает массогабаритные показатели сглаживающего фильтра.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей устройства.

Технический результат, который может быть получен при реализации устройств, выражается в улучшении его массогабаритных показателей на 15-20% по сравнению с известным устройством при сохранении показателей качества выходного напряжения.

Это достигается тем, что в преобразователе, содержащем сетевой выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения питающей сети, канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты и силового трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом высокочастотного выпрямителя, индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр и блок управления инвертором, причем средний вывод первичной обмотки трансформатора соединен с одним из выходов сетевого выпрямителя, один из выходов высокочастотного выпрямителя через индуктивный элемент фильтра соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, а конденсатор фильтра включен между первым и вторым входными выводами, последний из которых соединен с общей шиной, сетевой и высокочастотный выпрямители соединены по входу последовательно и каждый из них выполнен по мостовой схеме, а силовой вход инвертора соединен с выходом индуктивно-емкостного фильтра.

Отличительными признаками для предлагаемого преобразователя являются: выполнение сетевого и высокочастотного выпрямителя по мостовым схемам; последовательное соединение по выходу сетевого и высокочастотного выпрямителей и соединение силового входа инвертора с выходом индуктивно-емкостного фильтра.

На фиг. 1 приведена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы работы преобразователя.

Предлагаемый преобразователь содержит мостовой выпрямитель сетевого напряжения на диодах 1-4, инвертор повышенной частоты на ключевых элементах 5 и 6 с силовым трансформатором 7, вторичная обмотка которого соединена с входом высокочастотного мостового выпрямителя на диодах 8-11, сглаживающего фильтра на дросселе 12 и конденсаторе 13, блока 14 управления, причем мостовые выпрямители соединены по своим выходам последовательно и подключены к входу сглаживающего фильтра, а выход сглаживающего фильтра соединен с нагрузкой 15 и силовым входом инвертора повышенной частоты.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При подключении устройства к сети переменного напряжения (фиг. 2) и подаче сигналов управления на управляющие входы инвертора повышенной частоты в течение временных интервалов 1-2, 3-4, и т. д. , выпрямленное сетевое напряжение U_м1 с выхода мостового выпрямителя через открытые диоды 8-11 высокочастотного выпрямителя поступает на вход сглаживающего фильтра и далее в нагрузку 15. При выявлении напряжения U_н на выходе сглаживающего фильтра начинается формирование высокочастотного напряжения U во вторичной обмотке силового трансформатора 7 в соответствии с выбранным законом управления инвертором повышенной частоты, задаваемым блоком 14 управления. При этом на выходе высокочастотного выпрямителя на диодах 8-11 формируется высокочастотное напряжение U_м2. Так как мостовые выпрямители соединены последовательно, то входное напряжение сглаживающего фильтра U_м представляет собой сумму напряжений U_м1 и U_м2. Это приводит к дальнейшему увеличению напряжения на нагрузке, что, в свою очередь, приводит к увеличению амплитуд импульсов напряжения U₇ и к дальнейшему увеличению напряжения на нагрузке. Такой процесс продолжается до момента достижения напряжением U_н своего номинального значения. Если выходное напряжение принимает свое номинальное значение, то длительность управляемых импульсов блока 14 управления изменяется таким образом, что выходное напряжение уменьшается. При уменьшении выходного напряжения относительно своего номинального значения управление изменяется таким образом, сто выходное напряжение возрастает. Таким образом, предлагаемый преобразователь из-за наличия положительной обратной связи через высокочастотный вольтодобавочный канал сочетает в себе стабилизацию выходного напряжения по методу широтно-импульсной модуляции и амплитудно-импульсной модуляции. Коэффициент трансформации силового трансформатора 7 выбирается исходя из обеспечения устойчивости работы преобразователя и сведения к минимуму амплитуд низкочастотных составляющих спектра входного напряжения сглаживающего фильтра. Коэффициент пульсаций по первой гармонике напряжения на входе сглаживающего фильтра для известного преобразователя составляет 50% , при этом частота первой гармоники равна частоте напряжения сети. Коэффициент пульсаций по первой гармонике напряжения на входе сглаживающего фильтра у предлагаемого преобразователя составляет 27% , причем частота этой гармоники равна удвоенной частоте сетевого напряжения. Поэтому потребление значения реактивностей сглаживающего фильтра для предлагаемого преобразователя существенно меньше, чем у известного при одинаковом коэффициенте пульсаций выходного напряжения. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 851692, кл. Н 02 М 7/04, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 970605, кл. Н 02 М 7/155, 1982.

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

Использование: изобретение может быть использовано при построении разного рода устройств, требующих преобразования переменного напряжения в постоянное, в частности источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. Сущность изобретения: преобразователь содержит мостовой выпрямитель сетевого напряжения на диодах 1 - 4, инвертор повышенной частоты на ключевых элементах 5 и 6 с силовым трансформатором 7, вторичная обмотка которого соединена с входом высокочастотного мостового выпрямителя на диодах 8 - 11, а также сглаживающий фильтр на дросселе 12 и конденсаторе 13 и блок 14 управления. Выпрямители соединены по выходу последовательно и подключены к входу фильтра, выход которого соединен с нагрузкой 15. 2 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий сетевой выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения питающей сети, канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты и силового трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом высокочастотного выпрямителя, индуктивно-емкостный сглаживающий фильтр и блок управления инвертором, причем средний вывод первичной обмотки трансформатора соединен с одним из выходов сетевого выпрямителя, один из выходов высокочастотного выпрямителя через индуктивный элемент фильтра соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, а конденсатор фильтра включен между первым и вторым выходными выводами, последний из которых соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, сетевой и высокочастотный выпрямители соединены по выходу последовательно и каждый из них выполнен по мостовой схеме, а силовой вход инвертора соединен с выходом индуктивно-емкостного фильтра.