БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/5375 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам силовой преобразовательной технике, осуществляющим импульсное преобразование энергии переменного напряжения промышленной сети в переменные или постоянные напряжения для питания различных систем автоматики или электроники.

Известны бестрансформаторные преобразователи напряжения, содержащие сетевой выпрямитель и импульсный силовой каскад, в которых для питания схемы управления силовыми транзисторными ключами импульсного силового каскада используются резистивные ограничители или делители напряжения. Подобные устройства при высоких напряжениях первичной сети энергетически неэффективны и рассеивают значительную мощность потерь.

Применяются также бестрансформаторные преобразователи напряжения, имеющие специальные схемы пуска, которые отключают энергию первичного источника питания для схемы управления после выхода преобразователя на установившийся режим. Такие преобразователи энергетически более эффективны, но обладают значительной сложностью, а значит, и высокой стоимостью.

Известны бестрансформаторные преобразователи, у которых для питания схемы управления используются конденсаторные цепи снижения переменного напряжения. Эти устройства более просты, однако требуют применения конденсаторов с высокими рабочими напряжениями, которые или обладают неудовлетворительными массогабаритными характеристиками, или значительной стоимостью.

Наиболее близким к предлагаемому является бестрансформаторный преобразователь напряжения, содержащий сетевой выпрямитель, фильтрующий конденсатор, пусковой резистор, ограничивающий ток заряда фильтрующего конденсатора, схему управления и силовой импульсный каскад.

В этом устройстве падение напряжения на пусковом резисторе используется для питания схемы управления. Это устройство не имеет специальных элементов для снижения высокого первичного напряжения. Недостатком такого преобразователя является то, что принятое схемопостроение ухудшает фильтрующие свойства фильтрующего конденсатора за счет введения последовательно с ним пускового резистора, что обусловливает применение дополнительного фильтрующего конденсатора, включенного параллельно последовательной цепи из первого конденсатора и пускового резистора. Это ухудшает массогабаритные характеристики устройства и его стоимостные показатели.

Целью предлагаемого устройства является улучшение массогабаритных и стоимостных характеристик бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Это достигается тем, что при включении последовательно с фильтрующим конденсатором пускового резистора напряжения для питания силового импульсного каскада берется непосредственно с этого фильтрующего конденсатора. При наличии пускового тока фильтрующего конденсатора или его импульсного подзаряда в номинальном режиме работы падение напряжения на пусковом резисторе используется для заряда первого конденсатора, который разряжается на питающий вход схемы управления на интервале времени отсутствия этих импульсов. Кроме того, для повышения стабильности напряжения питания схемы управления применяется первый стабилитрон, включенный параллельно питающим входам схемы управления, а для защиты первого конденсатора от больших напряжений в период первоначального пуска преобразователя используется включенный параллельно ему второй стабилитрон.

На чертеже приведена схема бестрансформаторного преобразователя напряжения. Он содержит сетевой мостовой выпрямитель 1, входы которого подключены к промышленной сети 2. Положительный выход выпрямителя соединен с положительным питающим входом импульсного силового каскада, изображенного для примера в виде однотактного преобразователя с силовым трансформатором 3, включенным последовательно с силовым транзисторным ключом 4, вход которого соединен с выходом схемы управления 5.

В общем виде в качестве силового импульсного каскада может применяться любой тип преобразователя, в том числе и стабилизирующий, управляемый сигналом обратной связи, показанным на чертеже как ОС. Отрицательный выход выпрямителя 1 соединен с первыми выводами пускового резистора 6 и первого конденсатора 7. Второй вывод первого конденсатора 7 подключен к катоду и аноду первого 8 и второго 9 диодов, второй вывод пускового резистора 6 - к аноду первого диода 8, первому выводу второго конденсатора 10, отрицательному питающему полюсу импульсного силового каскада, а именно к эмиттеру транзистора 4 и к одному из выводов фильтрующего конденсатора 11, вторым выводом соединенного с положительным выходом выпрямителя 1. Второй вывод второго конденсатора 10 соединен с катодом второго 9 диода и с питающим входом схемы управления 5. Параллельно первому 7 и второму 10 конденсаторам включены первый 12 и второй 13 стабилитроны соответственно.

Бестрансформаторный преобразователь напряжения работает следующим образом.

В установившемся режиме работы импульсы тока подзаряда фильтрующего конденсатора 11 проходят по пусковому резистору 6, обусловливая на нем соответствующее импульсное падение напряжения. При этом от этих импульсов напряжения через первый диод 8 заряжается первый конденсатор 7. После окончания импульса через малое сопротивление пускового резистора 6 и второй диод 9 этот конденсатор заряжается на питающий вход схемы управления 5, первый стабилитрон 12 и второй конденсатор 10, который поддерживает напряжение питания схемы управления 5 на требуемом уровне во время отсутствия напряжения разряда конденсатора 7. Каждый раз после очередного импульса тока через пусковой резистор 6 процессы повторяются аналогично.

Таким образом, питание для схемы управления формируется за счет импульсного тока подзаряда фильтрующего конденсатора 11.

В первоначальный момент включения преобразователя, когда ток заряда фильтрующего конденсатора 11 велик, а падение напряжения на пусковом резисторе 6 приближается к напряжению первичного питания, включается второй стабилитрон 13, снижая напряжение на первом конденсаторе 7. Это дает возможность применить конденсатор 7 с довольно низким рабочим напряжением, существенно меньшим чем напряжение на фильтрующем конденсаторе 11. Одновременно с этим большая энергия пускового импульса тока через резистор 6 дает возможность обеспечить питание схемы управления сразу после подключения бестрансформаторного преобразователя к первичной сети 2.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить питание схемы управления 5 как в момент пуска преобразователя, так и в установившемся режиме. При этом для питания схемы управления 5 не требуется использования каких-либо высоковольтных или рассеивающих значительную мощность потерь элементов или сложных схем переключения.

Практическая проверка показала работоспособность схемы. Данные элементов следующие: конденсаторы 7 и 10 - 220 мкФ, диоды 8 и 9 - 2Д522Б, конденсатор 11 - 22 мкФ, стабилитрон 13 - КС536, сопротивление, имитирующее питающий вход схемы управления 5 - 1 кОм, диоды выпрямительного моста - 2Д201Р, напряжение первичной сети 2 - 220 В. При изменении тока нагрузки по основному силовому выходу выпрямителя 1 от 1 до 2 кОм напряжение на резисторе, имитирующем питающий вход схемы управления, изменялось от 3,8 до 6 В.

Использование: в бестрансформаторных источниках вторичного электропитания, у которых первичным является переменное напряжение промышленной частоты. Сущность изобретения: питание схемы управления 5 импульсного силового каскада осуществляется от падения напряжения на пусковом резисторе 6, которое образуется за счет импульсных токов подзаряда фильтрующего конденсатора 11. Величина напряжения питания схемы управления равна амплитуде импульсов напряжения на резисторе. Стабилитрон 13 предназначен для защиты конденсатора 7 от импульсного перенапряжения, возникающего в момент пуска преобразователя при подключении первичного напряжения. 2 з. п. -лы, 1 ил.

1. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий сетевой мостовой выпрямитель, входы которого подключены к сети переменного напряжения, положительный выход соединен с положительным питающим входным выводом импульсного силового каскада и с первым выводом фильтрующего конденсатора, а отрицательный выход через пусковой резистор - с отрицательным питающим входным выводом силового импульсного каскада и вторым выводом фильтрующего конденсатора, а также схему управления, выходом подключенную к входу силового импульсного каскада, отличающийся тем, что точка соединения отрицательного выхода сетевого выпрямителя с пусковым резистором через первый введенный конденсатор подключена к катоду первого и аноду второго введенных диодов, причем анод первого диода соединен с вторым выводом фильтрующего конденсатора и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к катоду второго диода и к питающему входу схемы управления. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй выводы второго конденсаторов подсоединены соответственно к катоду и аноду первого стабилитрона. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что катод первого диода и отрицательный выход сетевого выпрямителя подсоединен к катоду и аноду второго стабилитрона.