Преобразователь переменного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M5/16 

Изобретение отйосится к электротехнике и может быть использовано в маломощных вторичных источниках, питания, преобразующих сетевое переменное напряжение, например в источниках питания электронно лучевых трубок, электрооптических затворов и т. д. . Известны преобразователи напряжения на основе пьезоэлектрических трансформаторов (ПЭТ), питающиеся от промышленной сети переменного тока частотой f сети равной 1000, 400 и 50 Гц, которые содер кат выпрямитель, преобразующий переменное сетевое напряжение в постоянное, сглаживающий фильтр, задающий генератор, вырабатывающий переменное напряжение с частотой, равной резонансной частоте ПЭТ, и ключевой усилитель мощности, управляемый задающим генератором. В состав преобразователя также входит пьезоэлектрический трансформатор, к секции возбуждения которого подключен выход усилителя мощноети, а электроды генераторной секции служат для подключения сопротивления нагрузки {1J. Недостатками таких преобразователей являются большие масса и габариты, обусловленные наличием сглаживающего фильтра - самого крупногабаритного элемента преобразователя, сложность схемы, обусловленная необходимостью промежуточного преобразования переменного напряжения в стабилизированное постоянное для обеспечения работы задающего генератора. Известны также преобразователи переменного напряжения на основе ПЭТ, работающие на частотах промышленного сетевого напряжения 1000, 400 и 50 Гц. Секция возбуждения ПЭТ подсоединена к сети переменного тока, а электроды генераторной секции ПЭТ служат для подключения сопротивления нагрузки. Резонансная частота ПЭТ, используемых в таких преобразователях, равна частоте питающего сетевого напряжения (1000, 400 , 50 Гц) 2. ПЭТ с такой резонансной частотой имеют большие габариты, сложную конструкцию, например в виде камертона. При этом чем ниже частота питающего напряжения, тем большие размеры имеет ПЭТ. Преобразователи переменного напряжеНия на основе данных ПЭТ имеют значительные габариты и массу, сложны в изготовлении и характеризуются низкой механической прочностью и, следовательно, низкой надежностью. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности преобразователь, содержащий пьезоэлектрический трансформатор, электроды генераторной секции которого образуют выходные выходы для подключения нагрузки, а одна из обкладок секции возбуждения подключена к коммутирующему выводу управляемого ключа. Управляющий вход ключа подключен к выходу за дающего генератора. Вход ключа присоединен к выходу сглаживающего фильтра, вход которого соединен с выходом выпрямителя. Входные выводы выпрямителя являются входными выводами преобразователя в целом, служащими для подключения ко внешней сети переменного тока. Питание задающего генератора осуществляется от стабилизатора Напряжения, подключенного к сглаживающего фильтра 3. Недостатком указанного преобразователя является необходимость промежуточного выпрямления и сглаживания питающегонапряжения для обеспечения работы задающего генератора и управляемого ключа. Сглаживающий фильтр обладает большими габаритами и массой, определяющими массу и габариты всего преобразователя. Задающий генератор, выпрямитель и стабилизатор содержат большое число элементов, что определяет надежность и стоимость преобразователя. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов преобразователя путем обеспечения его работы непосредственно от сети переменного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения, содержащий пьезоэлектрический трансформатор, электроды генераторной секции которого образуют выходные выводы для подключения сопротивления нагрузки и управляемый ключ, один из коммутирующих выводов которого присоединен к одной из обкладок секций возбуждения пьезоэлектрического трансформатора введен резистивный делитель напряжения, включенный между входными выводами преобразователя, служащими для подключения к сети переменного тока, к выходу делителя подключен управляющий вход указанного ключа, соединяющего секцию возбуждения пьезоэлектрического трансформатора с входными выводами преобразователя, причем пьезоэлектрический- трансформатор имеет резонансную час- . тоту- в целое число раз большую частоты внешнего питающего напряжения, а ключ выполнен с двусторонней проводимостью и имеет пороговую характеристику включения. Ключ может быть выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тринисторов, управляющие электроды которых объединены, или в виде двух параллельно включенных МОП-транзисторов с индуцированным каналом противоположного типа проводимости и изолированной подложкой. Ключ может быть выполнен также в виде двух встречно-параллельно включенных цепочек, образованных динистором и последовательно включенным диодом. Ключи преобразуют сетевое питающее напряжение в переменное напряжение сложной формы, имеющее крутые фронты. Резкие перепады напряжения возбуждают в ПЭТ

слабо затухающие от фронта к фронту синусоидальные колебания, приводящие к появлению переменного напря { ения на выходе ПЭТ.

На фиг. изображена схема предлагаемого преобразователя переменного напряжения; на фиг. 2 и 3 - эпюры напряжений в предлагаемом преобразователе; на фиг. 4-преобразователь, примеры выполнения.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит пьезоэлектрический трансформатор 1, управляемый ключ 2 и резистивный делитель 3 напряжения. Пьезоэлектрический трансформатор содержит генераторную секцию с электродами 4 и 5, секцию возбуждения с электродами 6 и 7, а управляемый ключ имеет коммутирующие выводы 8 и 9 и управляющий вход 10.

Управляющий вывод ключа 10 соединен с выходом резистивного делителя II напряжения.

Входные выводы 12 и 13 делителя подключены к входным выводам 14 и 15 преобразователя. Коммутирунэщий электрод 9 подключен к общему выводу 13 делителя, а коммутирующий электрод 8 подключен; к электроду секции 7 возбуждения.

Электрод секции 6 вс збуждения подключен к входу 12 делителя. Сопротивление нагрузки 16 включено между электродами 4 и 5 генераторной секции.

Преобразователь работает следующим образом.

Сетевое питающее напряжение Un частотой fceiH. например 1000, 400 или 50 Га, подается на вход преобразователя. Эпюра напряжения Unw приведена на фиг. 2а и За (где Unw - амплитуда сетевого питающего напряжения, Т 1/Гсети- период колебаний сетевого питающего напряжения). Эпюра напряжения на выходе делителя напряжения Uff приведена на фиг. 26 и 36. Пунктирной линией отмечено пороговое напряжение отпирания ключа Uo. С выхода делитеЛя напряжение поступает на управляющий вход ключа. В .течение каждого полупериода, в момент to, когда напряжение на входе ключа превышает по абсолЕОтной величине Uo, ключ открывается. Если ключ имеет пороговую характеристику с порогом включения ±Uo и порогом выключения, близким к нулю, то напряжение UB между электродами секции 6 и 7 возбуждения имеет вид, представленный на эпюре фиг. 20. В случае если ключ имеет пороговую характеристику с порогами включения и выключения равными ± Uo, Напряжение между электродами секции 6 и 7 возбуждения имеет вид, представленный на эпюре фиг. 30. Резкие перепады Напряжения между электродами секции возбуждения ПЭТ пряводят к появлению в ПЭТ слабо затухающих механических колебаний с частотой fpei, равной резонансной частоте ПЭТ. На медленные изменения напряжения (с частотой fceiv) ПЭТ практически не реагирует. Возбуждение ПЭТ на более высоких гармониках можно подавить, выбирая соответствующим образом

конфигурацию. Крутизна перепадов напряжения определяется входной емкостью ПЭТ и внутренними сопротивлениями ключа и внещнего сетевого источника питания. Совпадение фазы квлебаний ПЭТ и перепадов напряжения на секции возбуждения обеспечивается .тем, что резонансная частота ПЭТ выбрана кратной частоте fcerH - Механические колебания в ПЭТ приводят к появлению напряжения между входными электродами 4 и 5, имеющего вид, представленный на фиг. 2г и 3г. В качестве примера приведены схемы преобразователей, показанные на фиг. 4 а-в.

Р схеме, приведенной на фиг. 4, в качестве управляемого ключа использованы встречно-параллельно включенные тринисторы 17 и 18, управляющие электроды которых объединены и присоединены к выходу делителя напряжения, выполненного на резисторах 19 и 20. Управляемый ключ, еылолненный таким образом, имеет пороговую характеристику с порогом включения, близким к нулю. В схеме, приведенной на фиг. 46, b качестве управляемого ключа использованы встречно-параллельно включенные МОП-транзисторы 21 и 22 с индуцированными каналами п- и р-типа соответственно. Управляемый ключ данного вида имеет пороговую характеристику с напряжением порога включения и выключения ключа UQ, равным напряжению-отсечки МОП-транзисторов 21 и 22. В схеме, приведенной на фиг. 4, в качестве управляемого ключа используются две встречно-параллельно включенные цепочки, образованные динисторами 23 и 24, и диодами 25 и 26. Управляемый ключ данного вида имеет пороговую характеристику. Напряжение открывания ключа Uo равном напряжению включения динисторов, а напряжение закрывания - близко к нулю.

Таким образом уменьщены масса и габариты преобразователя путем исключения выпрямителя, фильтра и задающего генератора.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий пьезоэлектрический трансформатор, электроды генераторной секции которого образуют выходные выводы для подключения сопротивления нагрузки, и управляемый ключ, один, из коммутирующих выводов которого присоединен с одной из обкладок секции возбуждения пьезоэлектрического трансформатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, преобразователя путем обеспечения его работы непосредственно от сети переменного напряжения, в него введен резистивный делитель напряжения, включенный между входными выводами преобразователя, служащими для подключения к сети переменного тока, к выходу делителя подключен управляющий вход указанного ключа, соединяющего секцию возбуждения пьезоэлектрического транс форматора с входными выводами преобразователя, причем указанный пьезоэлектрический трансформатор имеет резонансную частоту, в целое число раз больщую частоты внешнего питающего напряжения, а ключ выполнен с двусторонней проводимостью и имеет пороговую характеристику включения. 2.Преобразователь по п. , отличающийi ся тем, что ключ выполнен в виде двух встречно-параллельНо включенных тринис(Л торов, управляющие электроды которых объединены. 3.Преобразователь по п. , отличающийся тем, что ключ выполнен в виде двух параллельно включенных МОП-транзисторов с индуцированным каналом противоположного типа проводимости и изолированной подложкой. О5 4ik 4.Преобразователь по п. I, отличающийся тем, что электронный ключ выполнен в виде двух встречно-параллельно включеноо со оо ных цепочек, образованных динистором и последовательно включенным диодом.

пит

п

t.

l-J

er.

wy

(риг, 3

п