СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/5375 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении статических преобразователей переменного напряжения в постоянное, в частности источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом.

Известен транзисторный инвертор, содержащий входной сетевой выпрямитель, входной низкочастотный фильтр, подключенный к силовому входу высокочастотного преобразователя, силовой трансформатор которого содержит вторичные обмотки, к одной из которых подключены последовательно соединенные высокочастотный выпрямитель и сглаживающий фильтр, соединенный своим выходом с нагрузкой, цепь заряда накопительного конденсатора для питания автогенератора схемы управления, состоящую из зарядного резистора, диода и стабилитрона, кроме того, в цепь заряда последовательно с накопительным конденсатором включен высоковольтный пусковой транзистор, цепь управления транзистором, содержащую токоограничительный резистор и конденсатор, включенный между базой и эмиттером транзистора, цепь самопитания автогенератора схемы управления, состоящую из первого дополнительного выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке силового трансформатора и соединенного с накопительным конденсатором, и цепь управления пусковым транзистором в стационарном режиме работы устройства, состоящую из второго дополнительного выпрямителя, подключенного к другой дополнительной обмотке силового трансформатора, причем положительный вывод второго выпрямителя соединен с эмиттером, а отрицательный вывод - с базой пускового транзистора.

Недостатком известного устройства является сравнительно низкий КПД из-за потерь в токоограничительном резисторе базовой цепи пускового транзистора в стационарном режиме работы устройства, так как к нему постоянно приложено практически все высокое входное напряжение высокочастотного преобразователя.

Известен преобразователь, содержащий входной выпрямитель переменного сетевого напряжения, подключенный к выходу входного выпрямителя сглаживающий LC-фильтр, высокочастотный преобразователь, получающий питание с выхода LC-фильтра и подключенный через высокочастотные выпрямитель и сглаживающий фильтр к нагрузке, зарядный конденсатор для питания схемы управления, получающий питание с выхода выпрямителя, входом подключенного к дополнительным обмоткам дросселя LC-фильтра, дополнительный LC-фильтр для питания схемы управления преобразователем, своим входом подключенный к зарядному конденсатору, а выходом - к выводам для питания схемы управления.

К недостаткам известного устройства следует отнести его низкие массогабаритные показатели при частоте сетевого напряжения 50 Гц из-за достаточно больших габаритов входного силового дросселя; необходимость применения конденсатора входного фильтра, рассчитанного исходя из допустимых перегрузок по напряжению, возникающих при подключении устройства к сети.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является статический преобразователь, содержащий входной выпрямитель сетевого напряжения, входной конденсатор низкочастотного фильтра, соединенный с выходом сетевого выпрямителя через нелинейную зарядную цепь, включенную между положительным выводом выпрямителя и положительным выводом входного конденсатора и состоящую из параллельно соединенных тиристора, анод которого подключен к положительному выводу выпрямителя, и цепи, содержащей последовательно соединенные токоограничивающий резистор, диод, анод которого соединен с резистором, и параллельно соединенные накопительный конденсатор и стабилитрон, катод которого соединен с катодом диода, токоограничивающий резистор подключен к положительному выводу выпрямителя, высокочастотный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, силовой вход которого подключен к входному низкочастотному конденсатору, а выход соединен с нагрузкой, схему управления высокочастотным преобразователем, соединенную по цепи питания с накопительным конденсатором, цепь запуска тиристора, состоящую из высокочастотного выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке силового трансформатора преобразователя, и параллельно соединенных фильтрующего конденсатора, включенного между положительным и отрицательным выводами выпрямителя, и резистора, подключенного между катодом и управляющим электродом тиристора, положительный вывод высокочастотного выпрямителя соединен с управляющим электродом тиристора, цепь самопитания схемы управления, состоящую из дополнительного высокочастотного выпрямителя, соединенного со второй дополнительной обмоткой силового трансформатора преобразователя, и сглаживающего дросселя, включенного между положительным выводом выпрямителя и катодом стабилитрона.

Недостатком такого устройства является необходимость повторного запуска устройства при аварийном отключении высокочастотного преобразователя, например, при срабатывании защиты по току в силовых транзисторах преобразователя, когда они полностью отключаются. Это объясняется тем, что для обеспечения устойчивого отключенного состояния транзисторов преобразователя при срабатывании защиты необходима цепь дополнительного (аварийного) питания, подаваемого на накопительный конденсатор устройства, так как данный конденсатор в таком режиме не получает питания ни от входного выпрямителя, ни от цепи самопитания схемы управления.

Изобретение направлено на решение задачи обеспечения питанием схемы управления высокочастотным преобразователем в аварийных режимах работы устройства, при которых происходит прекращение формирования напряжений во вторичных обмотках силового трансформатора высокочастотного преобразователя.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство, содержащее входной выпрямитель, входной низкочастотный конденсатор, соединенный с выходом входного выпрямителя через нелинейную зарядную цепь, включенную между положительным выводом выпрямителя и положительным выводом конденсатора и состоящую из соединенных параллельно тиристора, анод которого подключен к положительному выводу выпрямителя, и цепи, содержащей соединенные последовательно токоограничивающий резистор, диод, анод которого соединен с резистором, и параллельно соединенные накопительный конденсатор и стабилитрон, катод которого соединен с катодом диода, токоограничивающий резистор подключен к положительному выводу выпрямителя, высокочастотный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, силовой вход которого подключен к входному низкочастотному конденсатору, а выход соединен с выходными выводами устройства для подключения нагрузки, схему управления высокочастотным преобразователем, получающую питание от накопительного конденсатора, цепь запуска тиристора, состоящую из высокочастотного выпрямителя, подключенного своим входом к дополнительной обмотке силового трансформатора преобразователя, и параллельно соединенных фильтрующего конденсатора, включенного между положительным и отрицательным выводами высокочастотного выпрямителя, и резистора, включенного между катодом и управляющим электродом тиристора, положительный вывод высокочастотного выпрямителя соединен с управляющим электродом тиристора, цепь самопитания схемы управления, состоящую из дополнительного высокочастотного выпрямителя, соединенного входом со второй дополнительной обмоткой силового трансформатора, и сглаживающего дросселя, включенного между положительным выводом выпрямителя и катодом стабилитрона, введены развязывающий диод, включенный между отрицательным выводом накопительного конденсатора и положительным выводом входного конденсатора, катод развязывающего диода соединен с положительным выводом входного конденсатора, и цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов и ключевого элемента с односторонней проводимостью, управляемого с одного из выходов схемы управления, включенная между общей точкой соединения накопительного конденсатора и развязывающего диода и отрицательным выводом входного выпрямителя, причем резистор введенной цепи соединен с общей точкой соединения накопительного конденсатора и развязывающего диода, а катод развязывающего диода соединен с катодом тиристора.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, выражается в том, что предлагаемое устройство не требует применения дополнительного источника питания для обеспечения питанием схемы управления в аварийных режимах работы преобразователя, когда отсутствует питающее напряжение в цепи самопитания схемы управления. При этом исключается режим повторного запуска устройства после аварийного отключения высокочастотного преобразователя.

На чертеже представлена электрическая схема статического преобразователя.

Предлагаемое устройство содержит входной выпрямитель 1 сетевого напряжения, входной фильтрующий низкочастотный конденсатор 2, соединенный с выходом выпрямителя 1 через нелинейную зарядную цепь, содержащую параллельно соединенные тиристор 3 и цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора 4, диода 5, параллельно соединенных накопительного конденсатора 6 и стабилитрона 7 и развязывающего диода 8, высокочастотный преобразователь 9 постоянного напряжения в постоянное, получающий питание от конденсатора 2 и подключенный на нагрузку 10, схему управления 11, получающую питание от накопительного конденсатора 6, цепь запуска тиристора 3, состоящую из высокочастотного выпрямителя 12, подключенного к дополнительной обмотке силового трансформатора преобразователя 9, конденсатора 13 и резистора 14, цепь самопитания схемы управления, содержащую дополнительный выпрямитель 15, подключенный по входу к другой дополнительной обмотке силового трансформатора, и дроссель 16, цепь обеспечения аварийным питанием схемы управления, состоящую из последовательно соединенных резистора 17 и электронного ключевого элемента с односторонней проводимостью 18, управляемого напряжением U_защ с выхода схемы управления в аварийном режиме работы устройства. Схема управления вырабатывает напряжения U_y, поступающие на управляющие входы ключевых элементов преобразователя 9, в соответствии с величиной напряжения U_ос канала обратной связи по напряжению.

Преобразователь работает следующим образом.

При подключении входного выпрямителя 1 к сетевому напряжению происходит заряд конденсатора 2 по цепи положительный вывод выпрямителя 1 - резистор 4 - диод 5 - конденсатор 6 - диод 8 - конденсатор 2 - отрицательный вывод выпрямителя 1. В процессе зарядки конденсатора 2 происходит накопление энергии в конденсаторе 6. Когда напряжение на этом конденсаторе достигает определенного значения, запускается задающий генератор схемы управления 11, который формирует необходимые для системы управления вспомогательные напряжения. В схеме управления вырабатываются управляющие сигналы U_у, которые подаются на транзисторы преобразователя 9, и преобразователь начинает работу. После запуска высокочастотного преобразователя на вторичных обмотках силового трансформатора формируются необходимые напряжения, происходит запуск тиристора 3 напряжением, вырабатываемым в цепи запуска тиристора. При этом запираются диоды 5 и 8 и конденсатор 6 оказывается подключенным только к цепи самопитания. Вторая дополнительная обмотка силового трансформатора, подключенная через выпрямитель 15 к фильтру, содержащему дроссель 16 и конденсатор 6, обеспечивает необходимым питанием схему управления 11. Преобразователь переходит в стационарный режим работы. Ключевой элемент 18 при этом находится в разомкнутом состоянии. При возникновении аварийного режима, например при срабатывании защиты по току силовых транзисторов преобразователя 9, когда происходит их полное отключение, в схеме управления формируется сигнал управления U_защ. , который поступает на управляющий вход ключевого элемента 18. При включении ключевого элемента 18 замыкается цепь подзаряда накопительного конденсатора 6 от входного выпрямителя 1. При этом конденсатор 2 из-за наличия развязывающего диода 8 не будет разряжаться через резистор 17 и ключ 18. Поскольку питающее напряжение схемы управления выбирается намного меньше амплитудного значения выпрямленного сетевого напряжения, подзарядка накопительного конденсатора 6 будет осуществляться практически постоянно, за исключением небольших временных интервалов, когда выпрямленное напряжение будет меньше напряжения на конденсаторе. Напряжение управления U_защ. ключевым элементом 18 может быть как непрерывным, так и импульсным, в зависимости от построения схемы управления 11. Поскольку мощность, потребляемая схемой управления в аварийном режиме, сравнительно невелика, так как расходуется только для поддержания в устойчивом состоянии отдельных узлов защиты, ток заряда конденсатора 6 будет также небольшим. При выполнении устройства управления синхронизированным от сети может быть осуществлен регулируемый подзаряд конденсатора в соответствии с амплитудой выпрямленного напряжения. Ограничение напряжения на конденсаторе 6 обеспечивается параллельно включенным стабилитроном 7. Ключевой элемент 18 может выполняться, например, обычным транзистором с допустимым обратным напряжением коллектор - эмиттер, превышающим амплитудное значение сетевого напряжения. При необходимости обеспечение гальванической развязки может быть применен транзистор транзисторной оптопары. Резистор 17 выбирается исходя из необходимого значения тока заряда конденсатора 6. При повторном запуске преобразователя 9 после срабатывания схемы защиты происходит размыкание ключевого элемента 18 по сигналу схемы управления. Конденсаторы 2 и 6 при этом будут заряжены до необходимых значений, обеспечивая тем самым устойчивый запуск преобразователя. (56) Авторское свидетельство СССР N 473267, кл. Н 02 М 3/22, Н 02 Р 13/16, 1975.

2. Заявка 52-203 Япония, кл. H02M 3/24, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР N 696583, кл. Н 02 М 7/00, 1978.

Использование: при построении статических преобразователей переменного напряжения в постоянное. Сущность изобретения: устройство содержит высокочастотный преобразователь постоянного напряжения, через резистор /4/, накопительный конденсатор /6/ и два диода /5, 8/ подсоединенный к выходу входного выпрямителя /1/. Схема управления /11/ при достижении заданного направления на накопительном конденсаторе /6/ начинает вырабатывать импульсы управления преобразователем /9/. После выхода схемы на рабочий режим токоограничивающая цепь из резистора /7/, диодов /5, 8/ и накопительного конденсатора /6/ шунтируется тиристором /3/ и схема управления переходит на питание с выхода преобразователя /9/. При аварийных режимах срабатывает схема управления /11/ и подсоединяется. Отпирается ключевой элемент /18/, замыкающий цепь дозаряда накопительного конденсатора /6/. Таким образом не прерывается подача питания на схему управления /11/. 1 ил.

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий входной сетевой выпрямитель, подключенный своим входом к входным выводам, входной низкочастотный конденсатор, соединенный с выходом входного выпрямителя через зарядную цепь, включенную между положительным выводом выпрямителя и положительным выводом входного конденсатора и состоящую из параллельно соединенных тиристора, анод которого подключен к положительному выводу выпрямителя, и цепи, содержащей соединенные последовательно токоограничивающий резистор, диод, анод которого соединен с резистором, и параллельно соединенные накопительный конденсатор и стабилитрон, катод которого соединен с катодом диода, токоограничивающий резистор подключен к положительному выводу выпрямителя, высокочастотный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, силовой вход которого подключен к входному конденсатору, а выход соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, схему управления высокочастотным преобразователем, получающую питание от накопительного конденсатора, цепь запуска тиристора, состоящую из высокочастотного выпрямителя, подключенного своим входом к дополнительной обмотке силового трансформатора высокочастотного преобразователя, и параллельно соединенных фильтрующего конденсатора, включенного между положительным и отрицательным выводами выпрямителя, и резистора, включенного между катодом и управляющим электродом тиристора, положительный вывод высокочастотного выпрямителя соединен с управляющим электродом тиристора, цепь самопитания схемы управления, состоящую из дополнительного высокочастотного выпрямителя, соединенного своим входом с второй дополнительной обмоткой силового трансформатора, и сглаживающего дросселя, включенного между положительным выводом выпрямителя и катодом стабилитрона, отличающийся тем, что между отрицательным выводом накопительного конденсатора и положительным выводом входного конденсатора введен развязывающий диод, катод которого соединен с положительным выводом входного конденсатора, между общей точкой соединения накопительного конденсатора и введенного развязывающего диода и отрицательным выводом входного выпрямителя введена цепь обеспечения аварийного питания схемы управления, состоящая из соединенных последовательно резистора и электронного ключевого элемента с односторонней проводимостью, соединенного с введенным выходом схемы управления, причем резистор введенной цепи соединен с общей точкой соединения накопительного конденсатора и введенного развязывающего диода, который своим катодом соединен с катодом тиристора.