Преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02M7/217 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратуре электромеханики, связи, вычислительной техники и автоматики, требующей питания рядом напряжений постоян- . ного тока.

Известен преобразователь напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения, одной вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке через выпрямитель, и второй вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке через свой зыпрямитель и управляемый ключ 1 J.

Преобразователь позволяет, при несколько облегченном фильтре, получить напряжение постоянного тока с

- - j 70 заданной величиной пульсации этбго

напряжения. Однако для обеспечения формирования нескольких напряжений постоянного тока конструкция имеет большое количество управляемых ключей, включенных на стороне низкого напряжения. В результате имеются большие потери в ключах, объём и вес преобразователей завышен, а КПД недостаточно высок. Необходимость гальванической 1эазвязки цепей управления си- 30 ловыми ключами, включенными в разные выходные це/1и и включение их в цепи с постоянным током значительно усложняет схемотехнику и конструкцию таких преобразователей. -35

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь переменного тока в напряжение постоянного тока, содержащий трансформатор, один из 40 вйводОв первичной обмотки которого образует первый входной вывод, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, фильтр, соединенный с выходом выпрямителя и обра- 45 зующий выходные выводы, селектор временных интервалов, коммутатор управляющих сигналов, дополнительные управляемые ключи и дополнительные трансформаторы, каждый из которых одним JJJ выводом первичной обмотки подключен к первому входному выводу, каждый из других выводов первичной обмотки соединен с первым выводом управляемого ключа, вторые выводы всех управляемых ключей объединены, образуя второй входной вывод, объединенные третьи вы-, воды управляемых ключей соединены с первым входным выводом, а каждый

управляющий вывод упрайляемых ключей подключен к соответствующе -у йыходу коммутатора управляющих сигналов вход которого соединен с выходом селектора временных интервалов, подключенного к входным выводам, вторичные обмотки всех трансформаторов соединены согласно-последовательно и подключены свободными выводами к входу выпрямителя 2j.

Недостатком известного преобразователя является выполнение ключей с двумя силовыми контактами или с перекидным контактом, а также гальваническая связь этих цепей с зажимами источника переменного напряжения и между собой это приводит к усложнению схемотехники силовых цепей и цепей управления ключами, что, в свою оМередь приводит к усложнению конструкции преобразователя, несколько увеличиваются объем и вес, а также потери в ключах, поскольку замыкание обмоток трансформатора с каждым из зажимов источника переменного напряжения требует применения дополнительных элементов,при этом,ток,вызывающий потери в ключе, протекает по нему Б каждую из фаз управления ключом, т.е постоянно.

Цель изобретения - упрощение и улучшение энергетических показателей

Эта цель достигается тем, что в преобразователе напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, содержащем последовательно соединенные селектор временных интервалов и распределитель импульсов управления, причем вход селектора временных интервалов подключен к входным выводам, управляемые ключи, число которых соответствует числу временных интервалов, управляющие выводы указанных ключей соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов управления, и трансформаторы, вторичные обмотки которых связаны с соответствующими выпрямителями, выходы которых через фильтры образуйт соответствующие выходные выводы, первичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и подключены к входным выврдам, а введенные дополнительные обмотки трансформаторов подключены к силовым выводам управляемых ключей.

С целью снижения потерь мощности в управляемых ключах вторичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно и подключены к входу соответствующего выпрямителя. Для снижения потерь мощности во вторичных обмотках каждая из них под ключена к входу отдельного выпрямителя, выходы которых соединены параллельно и подключены к соответству ющему фильтру. На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя. Устройство содержит селектор 1 временных интервалов, подключенный к входным выводам« Выход селектора 1 соединен с распределителем 2 импульсов управления, выходы которого подключены к управляющим выводам управляемых ключей 3 и (f силовые выводы которых подключены к дополни тел ы«1м обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8. Первичные обмотки 9 и 10 трансформаторов 7 и 8 соединены между собой последбвательно и подключены к входным выводам (источнику переменно го тока). Вторичные обмотки 11 и 12 трансформаторов 7 и 8 соединены посл довательно и подключены к входу %iпрямителя 13, выход которого подключен через фильтр Т к нагрузке 15. Схема преобразователя приведена относительно разбиения полупериода исходного напряжения пере1ченного тока на два временных интервала, т.е с « делением только одного дополнительного интервала. При выделении ин тервалов больше одного устройство должно содержать на каждый дополнительный Интервал трансформатор, перв ная обмотка которого включается посл довательно с обмотками 9 и 10, втори ная обмотка - последовательно с обмо ками 11 и 12, к дополнительной обмот ке подключаются силовые выводы своег управляемого ключа (аналогичного клю чам 3 и ), а управляющий вывод его подключается к выходу распределителя 2 импульсов управления. Для упрсйцени схемы йа ней приведена цепь только одного напряжения постоянного тока для одной нагрузки 15- Для других нагрузок напряжения постоялного тока формирую ся аналогично, т.е. от своих вторичных обмоток, выпрямителей и фильтров соединенных аналогично вторичным обмот кам 11 и 12, выпрямителю 13и фильтру 14 Устройство работает следующим образом. :На первом временном интербале, на чало которого соответствует моменту равенства нулю мгновенного значения переменного напряжения до момента появления сигнала на выходе селектора 1, на одном из выходов (первом) распределителя 2 формируется импульс, запирающий один из управляемых ключей (например, 3) а на других выходах распределителя 2, в данном блучае это второй выход, формируются импульсы, отпирающие все осталыше управляемые ключи (в описываемом случае это ключ 4). Замкнутый ключ.4 закорачивает вторичную обмотку 6 Трансформатора 8 и тем самым и его первичную обмотку 10. Таким образом, на этом временном интервале все входное напряжение, за исключением остаточного напряжения {на силовых выводах ключа 4), трансформированного в обмотку 10 трансформатора 8, оказывается прнло- . женным к первичной обмотке 9 трансформатора 7 С соответствующим коэффициентом трансформации -дто напряже-. ние трансформируется во вторичную обмотку 11 трансформатора 7. Поскольку напряжение на обмотке 12, включенной последовательно с обмотксн 11, блйэко к нулю, а падение напряжения на активном сопротивлении обмотки 12 от протекания тока нагрузки пренебрёЖ1 1тельно мало по сравнейию; с ф мируё-. мым в обЖ}тке 11, то практически все напряжение на обмотке 1t прикладывается через выпрямитель 13 к (| 1льтру 1, который осредняет это напряжение На втором временном интерваде на выходе селектора 1 вырабатывается такой сигнал, по которому на втором выходе распределителя 2 формируется отпирающий импульс для ранее запертого управляемого ключа Чв описываемом случае это ключ 3) и забирающие им- . пульсы для всех остальных ключей ( в описываемом случае to ключ ).. В этот момент времени к фильтру 1 приложено все входное напряжение с коэффициентом трансформации от обмотки 6 и обмотки 12 трансформатора 8, так как напряжение на обмотке П близко к нулю. Таким образом, в течение полупериода входного напряжения к входу фильтра прикладывается входное напряжение с соответствующим коэффициентом трансформации на каждом из выделенных временных интервалов. Выпрямители 13 могут быть подключены входами к вторичной обмотке каждого трансформатора 7,и 8, а выходами - параллельно к входу фил тра Н, что уменьшает потери в обмотках 11 и 12 и является эффектив ным в случае формирования напряжений относительно большой величины (более 15-20 В). В таком схемном варианте, при отпертом ключе 3 и запертом ключе k, выпрямитель, подключенный к вто ричной овмотке 11 трансформатора 7 f заперт большим напряжением на выхо выпрямителя, подключенного к втори ной обмотке 12 трансформатора 8. Ток по обмотке 11 трансформатора 7 протекать не будет, и, соответственно в ней не будет рассеиватьс дополнительная мощность, однако ток через открытый управляемый клю 3 несколько возрастет, тёк как протекание тока через обмотку 11 компенсирует часть магнитного потока трансформатора 7, создаваемого TdkoM обмотки 9 и, тем самым, уменьшает ток в обмотке 5 это го трансформатора и в ключе 3. Для напряжений постоянного тока малой величины (до 15-20 В) потери во вторичной обмотке трансформа тора меньше, чем в управляемом ключе этого трансформатора, поскол ку определяющими будут потери в ди одах выпрямителя 13 и целесообразнее схемный вариант, приведенный на чертеже. При напряжениях постоянного ток большего уровня может оказаться предпочтительным подключение выпрймителя к вторичной обмотке каждо го трансформатора, так как потери в обмотках трансформаторов могут превысить потери в ключах. Однако необходимо учитывать, что такой схемный вариант ведет к увеличению необходимого числа диодов, что, в с свою очередь, увеличивает объем.и вес конструкции. Управляемые ключи 3 и t в схемном варианте, изображенном на чертеже, представляют собой транзистор ные ключи, через выпрямители подключенные к дополнительным обмоткам 5 и 6 трансформаторов . Селектор временных интервалов, для выделения дополнительных интер валов более одного, может быть как амплитудным, т.е. содержать несколько параллельно включенных цепей из последовательно соединенных стабилитро нов и балластных сопротивлений, так и временным, содержащим счетчики, времени, обнуляемые в моменты равенства входного напряжения нулю, или фазовым дискриминатором. Распределители импульсов управления могут быть собраны на регистрах, счетчиках, пересчетных кольцах и т.п. а управляемые ключи - на управляемых тиристорах, симисторах, тиристорных схемах и т.По Селектор 1 временных интервалов, для случая выделения одного дополнительного интервала, может быть выполнен (см. чертеж) в виде диодного моста, в выходную диагональ которого включен через балластный резистор стабилитрон. Напервом временном интервале, когда напряжение на входе моста ниже рабочего напряжения, стабилитрон закрыт и напряжение на выходе селектора Т отсутствует. При превышении мгновенным значением входного напряжения рабочего напряжения стабилитрона, выбираемого равным напряжению на границе интервала, он пробивается и на выходе селектора появляется сигнал, отличный от нуля. На выходе распределителя 2 импульсов управления от вспомогательного источника напряжения алпна первом временном интервале формируется импульс (уровень) напряжения, отпирающий управляемый ключ 3, и уровень напряжения, близкий к нулю, запирающий ключ Ц. Включение управляемых ключей к введенным дополнительным обмоткам трансформатора существенно упрощает схемотехнику как силовой части клю- ,ча, так и цепей управления. Для реализации устройства необходим одиночный контакт, в отличие от прототипа, где управляемый ключ должен был иметь перекидной контакт, что при реализации такого ключа на полупроводниковых элементах требует вдвое большего их количества. Благодаря тому, что первичные обмотки трансформаторов подключены последовательно и непосредственно к зажимам источника напряжения переменного тока, упрощаются и схемы управления ключами, так как они не требуют гальванической развязки. Кроме 10 того, такое включение управляемого ключа позволяет оптимально использовать его по току, напряжению и мощности, т.е. коэффициент трансформации от первичной обмотки к дополнительной для трансформатора может быть выбран произвольно, в отличие от схемы прототипа, где напряжение и ток ключа определяются параметрами первичного источника напряжения переменУйеньшаются потери в клю«ого тока. чах, поскольку .при paэoмкиyт состоянии ключа потери в его силовой цепи отсутствуют. Преобразователь отличается повышенной технологичностью и надежностью реализация технического решения позволяет упростить схемотехнику и конструкцию преобразователя, снизить вес, и стоимость устройства, повысить КПД.

0

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕ- НИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий последовательно соединенные селектор временных интервалов и распределитель :импульсов управления, причем вход селектора временных интервалов подключен к входным выводам, управляемые ключи., число которых соответствует числу временных интервалов, управляющие выходы указанных ключей сое динены с соответствующими выходами распределителя импульсов управления, и трансформаторы, вторичные обмотки Б.мр.л - которых связаны с соответствующими . выпрямителями, выхода которых через .фильтры образуют соответствующие выходные выводы, о т ли чаю щи йс я тем, что, с целью упрощения и улучшения энергетических показателей, первичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и подключены к входным выводам, а введенные дополнительные обмотки трансформаторов подключены к силовым выврдам управляемых ключей. 2.Преобразователь по п. 1, отличающий ся тем, что, с це-. лью снижения потерь мощности в управляемых ключах, вторичные обмотки всех § трансформаторов соединены последовательно и подключены к входу соответ ствующего выпрямителя, 3.Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что, с цель снижения потерь мощности во вторичных обмотках, каждая из них подключена к входу отдельного выпрямителя, выходы которых .соединены параллельно и подключены к соответствующему фильтру. ю 4 О ОО