Устройство активного выпрямительного моста Российский патент 2021 года по МПК H02M7/219 

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к импульсным источникам электропитания и к мостовым выпрямителям переменного тока.

Известно изобретение US Patent #10186983 Схема выпрямительного моста на идеальных диодах и метод управления (ideal diode bridge rectifying circuit and control method), в которой выпрямительный мост состоит из четырех идеальных диодных элементов, четырех драйверов, для их управления, и контроллера, подключенного к модулям драйвера, служащий для измерения тока, протекающего через нагрузку, измерения фазы входного напряжения. На основе измеренных фазы напряжения и силы тока определяются соответствующие параметры проводимости для четырех идеальных диодов, и выдается по меньшей мере один управляющий сигнал, для управления драйверами и соответствующими идеальными диодными элементами. В качестве идеальных диодов применяются MOSFET- и GaN- транзисторы. В другом варианте изобретения схема дополнительно содержит четыре резистора R1, R2, R3, R4, каждый из четырех резисторов подключен к стоку соответствующего одного из MOSFET-транзисторов. В другом варианте изобретения в качестве контроллера, подключенного к драйверам, используется процессор, к нему подключен фазовый детектор, получающий сигнал с делителей напряжения R1 и R2, R3 и R4, и резистор Rsense, включенный в цепь нагрузки, в качестве измерительного шунта. В другом варианте изобретения схема дополнительно содержит источник питания для контроллера. В другом варианте изобретения дополнительный источник питания содержит понижающий преобразователь и диод Шоттки. В другом варианте изобретения по меньшей мере два драйвера являются изолированными, для создания виртуального заземления двух идеальных диодов. В другом варианте изобретения каждый изолированный модуль драйвера содержит оптопару, подключенную к соответствующему идеальному диодному элементу, и резистор между контроллером и оптопарой. В другом варианте изобретения измерения включают определение фазы напряжения в фазном и нулевом проводнике. В другом варианте изобретения измерения включают определение того, превышает ли ток, протекающий через нагрузку, заранее заданное минимальное значение. В другом варианте изобретения измерения включают выборочные значения в течение заранее определенной продолжительности и/или заранее определенного количества измерений.

Недостатком известного изобретения является то, что для управления силовыми транзисторами моста используется котроллер (микроконтроллер, ПЛИС или специализированный логический контроллер), что ведет к увеличению стоимости модуля, увеличению габаритов и снижению КПД и надежности.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение потерь в мостовом выпрямителе, уменьшение его габаритов.

Технический результат достигается тем, что определение полярности входного напряжения и управление драйверами силовых транзисторов происходит посредством двух аналоговых компараторов, при этом аналоговые компараторы и драйвера нижних плечей моста для питания используют внешний источник питания, а драйвера верхних плечей моста запитываются от сети через конденсаторный делитель.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.

На компараторы U1 и U2, а также драйверы U6 и U7 напряжение V_AUX подается от внешнего источника питания. Дайвера U5 и U8 получают энергию от сети через конденсаторные делители C1/C2 и С3/C4 с выхода мостового выпрямителя через диоды VD1 и VD2 соответственно. Оптопары U3 и U4 используются для развязки верхних плечей моста от общей земли GND. Делители напряжения R1/R2 и R3/R4 используются для детектирования полярности полуволны на входах мостового выпрямителя L и N. При положительной полярности на входе L на выходе компаратора U1 появляется высокий уровень сигнала, на компараторе U2 низкий уровень сигнала, при положительной полярности на входе N на выходе компаратора U1 появляется низкий уровень, на компараторе U2 высокий уровень. При высоком уровне сигнала на выходе компаратора U1 драйвер U6 открывает транзистор VT2, при этом ток протекает через диод оптопару U3 открывая транзистор оптопары U3, вследствие чего на резисторе R7 появляется напряжение, превышающее порог срабатывания сигнального входа драйвера U5, вследствие чего драйвер U5 открывает транзистор VT1. При высоком уровне сигнала на выходе компаратора U2 драйвер U7 открывает транзистор VT3, при этом ток протекает через диод оптопару U4 открывая транзистор оптопары U4, вследствие чего на резисторе R8 появляется напряжение, превышающее порог срабатывания сигнального входа драйвера U8, вследствие чего драйвер U8 открывает транзистор VT4.

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к импульсным источникам электропитания и к мостовым выпрямителям переменного тока. Техническим результатом является снижение потерь на выпрямительном элементе. Результат достигается тем, что в мостовой схеме используются активные элементы вместо диодов, которые включаются попарно, образуют полумостовой выпрямитель в зависимости от полярности входного напряжения. Каждый из транзисторов открывается посредством драйвера, управляющий сигнал на который приходит с компараторов, отслеживающих полярность входного напряжения. При этом на драйверы, управляющие транзисторами верхних плеч моста, сигнал приходит через оптопару. Нижние плечи моста для питания моста используют внешний источник, а верхние плечи берут питание с выхода мостового выпрямителя через конденсаторные делители. 2 ил.

Устройство активного выпрямителя переменного тока, содержащее транзисторы VT1, VT2, VT3, VT4, управляемые драйверами U5, U6, U7, U8, на которые управляющие сигналы поступают от аналоговых компараторов U1, U2, при этом полярность входного напряжения детектируется на неинвертирующем входе компаратора с помощью резистивных делителей R1/R2 и R3/R4, подключенных к фазному L и нулевому N проводнику линии переменного тока, дайверы U5 и U8 получают энергию от сети через конденсаторные делители C1/C2 и С3/C4 с выхода мостового выпрямителя через диоды VD1 и VD2 соответственно, при этом драйверы U6 и U7 получают питание от внешнего источника V_AUX, оптопары U3 и U4 используются для развязки верхних плеч моста от общей земли GND.