Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1986 года по МПК H02M7/04 

127903

,При этом на выходе усилителя мощности 17 формируется импульсная последовательность управления ключом 12 переменного тока. В результате воздействия полученного сигнала управления на ключ 12, частота коммутации которого может быть выбрана порядка 10-20 кГц, форма кривой потребляемого

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при создании сетевых вьтрями- телей для источников вторичного электропитания.

Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью.

На фиг.1 приведена схема-преобразователя, в однофазном варианте; на фиг.2 - то же, со стабилизацией вы ходного напряжения; на фиг.З - схема трехфазного варианта преобразователя на фип.4 - временные диаграммы, поясняющие р аботу преобразователя.

Преобразователь (фиг,1) содержит цепочку 1 последовательно соединенных диодов, параллельно которой включены два последовательно соединен ных конденсатора 2, точка соединения которых образует первый входной вывод 3, второй входной вывод 4 через шунт 5 -и дроссель 6 подключен к точке соединения диодов цепочки 1. Выводы цепочки 1 образуют выходные выводы 7 и 8. Делитель 9 входного . напряжения включен между входными выводами 3 и 4. Средняя точка Ю делителя 9 подключена к схеме 11 управления ключом 12.

Схема 11 включает в себя пороговый элемент 13, входом подключенный к точке 10 и входу схемы сравнения 14, другой вход которой соединен с дросселем 6, а выход через импульс- ньй модулятор 15 - к входу схемы равнозначности 16, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента 13, а выход через уси-питель мощности 17 - к управляющему входу 18 ключа 12 переменного тока.

тока повторяет форму приложенного синусоидального напряжения. При необходимости стабилизации выходного напряжения, преобразователь дополняется датчиком 19 выходного напряжения, выход которого подключается к входу управляемого делителя 9 входного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Преобразователь (фиг.2) содержит для стабилизации выходного напряжения датчик 19 выходного напряжения, включенный между выходными выводами 7 и В, Выход датчика 19 подключен к управляющему входу 20 делителя 9 входного напряжения, который в данном случае выполнен управляемым.

Однофазный вариант схемы преобразователя может быть реализован на базе всех известных схем выпрямителей с конденсаторным фильтром на выходе и умножителей напряжения.

Трехфазный вариант устройства (фиг.З) отличается тем, что входные выводы 4, 21 и 22 подключаются к трем фазам питающей сети, а вывод 3 - к нулевому выводу. Введены дополнительно две цепочки 1, которые, совместно .с основной цепочкой 1, образуют трехфазный вьтрямительный мост. Датчик 19 выходного напряжения в этом варианте преобразователя содержит еще два гальванически не связанных выхода, подключенных к управляющим входам 20 введенных делителей 9 входного напряжения . Введены так же дополнительно два щунта 5, два дросселя 6, два управляемых ключа 12 переменного тока и две схемы управления.

Все эти дополнительные элементы включены так же, как в схеме по фиг.

2.

Преобразователь работает следующим

образом.

На входы схемы сравнения 14 (фиг. 1), которая представляет собой обыч- нь1й дифференциальный усилитель, уси- пивающий разность входных сигналов, непрерывно поступают сигналы, пропорциональные напряжению питающей сети (ли) с делителя 9 входного напряже 127903 4

ПИЯ и потребляемому выпрямителем от ляемого тока. В устройстве протекает питающей сети току ((Я), с шунта 5. процесс наколлепия электромагнитной На выходе схемы сравнения 14 форми- энергии в дросселе 6. При пр евышении руется сигнал, пропорциональный раз- токовым сигналом /31 сигнала с AejuiTe- ности входных сигналов (), кото-

рый ностунает на вход импульсного модулято-ра 15, где вырабатывается импульсная последовательность, приля входного напряжения о , и на выходе схемы сравнения 14 формируется сигнал ( о) отрицательной полярности. На в 1ходе схемы равнозначности 16 появляется отрицательный импульс, который вызывает запирание ключа Г2, Он закрывается, потребляемый от сети ток уменьшается, а энергия, накопленная на нреды.цу1цем интервале в дросселе 6, поступает в нагрузку, увеличи- вая н апряжение на конденсаторах 2. Далее процессы в схеме протекают ана- логично,

чем временные соотношения импульса и паузы пропорциональны величине разностного сигнала (oiU-j il). В качестве импульсного модулятора может быть использован релейный элемент либо широтно-импульсный модулятор, основанный на сравнении управляющего сигнала с модулирующим, например пилообразным напряжением.

Указанный сигнал с выхода импульсного модулятора 15 поступает на вход схемы равнозначности 16, реали- зующей логическую функцию равнозначность, на другой вход которой поступает сигнал, несз,тчий информацию о полупериоде входного напряжения,- который поступает с выхода порогового элемента 13, При совпадении знаков входных сигналов, на выходе схемы равнозначности 16 формируются импулы

Если требуется стабилизация выходного напряжения, с выхода датчика 19

сы положительной полярности, нри несовпадении - отрицательной. Выходные 30 выходного напряжения (фи г.2Т поступа- сигналы схемы равнозначности 16 уси- g, сигнал на управляющий вход 20 де- ливаются усилителем мощности 17 и поступают на управляющий вход 18 ключа переменного тока 12 выполненного, .

лителя 9 входного напряжения. При этом изменяется соотношение сопротивлений плеч делителя н коэффициент

например, на базе силового транзисто-35 деления

лителя 9 этом изм тивлений

ра, включенного в диагональ диодного моста.

Предположим, что в некоторый момент времени, совпадающий с положи- 4Q тельным полупериодом входного напряже - ния, мгновенное значение потребляемого тока с шунта 5 стало меньше величи- 1-1Ы напряжения с делителя 9 входного

напрялсения. При этом (ocU-|iI 0) на 45 Р изменении величины выходного невыходе схемы сравнения 14 имеет по- ..ложительный разностный сигнал, нали- чие которого вызывает увеличение

длительности импульса модулятора, и

пряжения происходит изменение яркости свечения лампочки накаливания (свето- диода), что вызывает изменение величины сопротивления фоторезистора, полученный импульсный сигнал поступа- 50 который может быть подключен парал.-, ет на вход схемы равнозначности 16, :лельно сопротивлению плеча делителя где сравнивается с положительным сиг- 9 входного напряжения, налом с выхода порогового элемента 13. - Процессы, происходящие в схеме На выходе схемы равнозначности 16 фор- трехфазного преобразователя перемен- мируется положительный импульс, ко- 55 иого нанряжения (фиг.З), аналогичны торый после усиления вызывает отпи- описанным.

рание ключа 12. Дроссель 6 оказьшает- Работа устройства может быть прося подключенным к фазам питаюн й се- иллюстрирована временными диаграмма- ти, что вызывает увеличение потреб- „ показанными на фиг.4. Форма сигляемого тока. В устройстве протекает процесс наколлепия электромагнитной энергии в дросселе 6. При пр евышении токовым сигналом /31 сигнала с AejuiTe-

ля входного напряжения о , и на выходе схемы сравнения 14 формируется сигнал ( о) отрицательной полярности. На в 1ходе схемы равнозначности 16 появляется отрицательный импульс, который вызывает запирание ключа Г2, Он закрывается, потребляемый от сети ток уменьшается, а энергия, накопленная на нреды.цу1цем интервале в дросселе 6, поступает в нагрузку, увеличи- вая н апряжение на конденсаторах 2. Далее процессы в схеме протекают ана- логично,

Таким обра зом, в схеме осуществляется непрерывное слежение за величиной потребляемого от сети тока и сравнение его с ог1Орны: 1 с }1усо 1Далъным напряжением. Так как частота коммутации ключа

может выбрана по

рядка 10-20 кГц, то практически выпрямитель потребляет от сети ток, форма которого повторяет форг-)у приложенного синусоидального напряжения.

Если требуется стабилизация выходного напряжения, с выхода датчика 19

выходного напряжения (фи г.2Т поступа- g, сигнал на управляющий вход 20 де-

выходного напряжения (фи г.2Т поступа- g, сигнал на управляющий вход 20 де-

деления

лителя 9 входного напряжения. При этом изменяется соотношение сопротивлений плеч делителя н коэффициент

соответственно, велич иш

сигнала, пропорционального напряжению фазы сети, что приводит к изменению разностного сигнала на выходе схемы сравнения 14 и, в свою очередь, изменению алгоритма работы ключа 12,

Указанный датчик 19 выходного на- прялсения может быть легко реализован на базе резистивной оптопары, где

налов в различных iточках схемы (фиг,О соответствует напряжению на вьпсоде делителя 9 напряжения (сигнала). При.прохождении данного сигнала через пороговый элемент 13 на его выходе формируется прямоугольное напряжение, моменты переключения которого соответствуют смене полярности напряжения питающей сети. На вход схемы сравнения поступает сигнал, пропорциональный входному току (е), в результате чего формируется разностный сигнал .(в), который в импульсном модуляторе сравнивается с модулирующим напряжением, например пилообразной формы, в результате чего формируется импульсная последовательность (г). На выходе устройства формируется сигнал управления ключом переменного тока (д), В результате воздействия полученного сигнала управления (д) форма потребляемого тока соответствует сигналу (е). Приведенные эпюры соответствуют частоте импульсной последовательности 1,2 кГц и относительно невысокому значению коэффициента усиления разностного сигнала. По мере повышения частоты и коэффициента усиления форма потребляемого тока приближается к синусоидальной, при этом снижается уровень высокочастот- ньгх пульсаций потребляемого тока.

Формула изобретения

1, Преобразователь переменного напряжения в постоянное,содержащий первую цепочку последовательно соединенных диодов и два последовательно соединенных конденсатора, точка соединения которых образует первый входной вывод, а каждый свободный вывод первой цепочки соединен с одним из свободных выводов указанных конденсаторов, образуя выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью улучшения электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью, в него введены основные делитель входного напряжения, шунт, дроссель, управляемый ключ переменного тока со схемой управления, включа

5

0

5

0

5

0

5

0

ющеи пороговый элеме-нт, схему равнозначности,, уст-шитель мощности, схему сравнения и импульсный модулятор, при этом второй входной вывод через дроссель и шунт подключен к точке соединения диодов, средняя точка делителя входного напряжения, включенного между входными выводами, подключена к входу порогового элемента и входу схемы сравнения, другой вход которой соединен с шунтом, а выход через импульсный модулятор подключен к входу схемы равнозначности, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента, а выход через усилитель мощности подключен к управляющему входу ключа переменного тока, включенного между точками соединения диодов и конденсаторов,

2,Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, с целью стабилизации выходного напряжения, делитель входного напряжения выполнен управляемым, а в преобразователь дополнительно введен датчик выходного напряжения, включенный между вьпсоднь ми выводами, выход которого подключен к управляющему входу делителя входного напряжения,

3.Преобразователь по п,2, о т - личающийся тем, что, с целью улучшения электромагнитной совместимости преобразователя с трех- фазной питающей сетью, в него дополнительно введены третий и четвертый входной выводы, вторая и третья цепочки последовательно соединенных диодов, образующие совместно с первой цепочкой трехфазный мостовой выпрямитель, датчик выходного напряжения снабжен двумя дополнительными гальванически не связанными выходами, подключенными к управляющим входам соответствующих введенных делителей входного напряжения, первый входной вывод является нулевым, а также дополнительно введены два шунта, два дросселя, два управляемых ключа переменного тока и две схемы управления, при этом указанные дополнительные элементы включены аналогично основным.

Фиг.2

Изобретение относится к элект- )отехнике, в ч-астности-к преобразовательной технике, и может быть ис± 6 пользовано при создании сетевых в ы- прямителей для источников вторичного электропитания. Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью. Устройство позволяет об еспе- чить полную электромагнитную совме- , стимость с питающей сетью, т.к. по отношению к сети оно выступает как активная нагрузка, потребляющая от сети синусоидальный ток, фаза которого совпадает с фазой питающего напряжения. В устройстве осуществляется непрерывное слежение за величиной потребляемого тока и сравнение его с опорйым синусоидальным напряжением. На входы схемы сравнения 14 поступают сигналы,пропорциональные потребляемому току с шунта 5 и опорному си- нусоидальному напряжению с делителя 9 входного напряжения, в результате чего формируется разностный сигнал, который в импульсном модуляторе 15 сравнивается с модулирующим напряжением, например, пилообразной формы. i СЛ ГчЭ со 00

. J

.ХхЧ

I V,t

ФигЛ