Преобразователь переменного тока в постоянный Советский патент 1987 года по МПК H02M7/00 

Изобретение относится к преобразовательной технике и -может быть использовано в качестве источника питания в измерительной и научно-исследовательской аппаратуре, требующей напряжения постоянного тока высокого качества при постоянной нагрузке.

Цель изобретения - упроа(ение, улучБ1ение массогабаритных показателей и расширение фуьгкциональных возможностей преобразователя, а также уменьшение уровня пульсаций и повышение КПД.

На фиг.1 приведена принципиальная блок-схема преобразователя; на фиг.2 - эпюры напряжений,

На фиг . 2 а - пилообраз 1ое напряжение; 5,6- сигналы соответственно на прямом и инверсном выходах делителя частоты на четыре; г - напряжения вторичной обмотки тран.сформато- ра и фазовращателей и выходные выпрямленные напряжения, I

Источник питания содержит {фиг,1) однофазный трансформатор, пер вичная обмотка которого подключена к входным выводам сети, а вторичная обмотка 2 выполнена со средней точкой, являющейся общей точкой схемы,К цепи состоящей из последовательно соединенных конденсатора 3 и электронно- управляемого элемента 4 с активным сопротивлением, подключена параллельно цепь из таких же последовательно соединенных элемента 5 и конденсатора 6. Одна из точек соединения цепей связана с крайними выводами вторично обмотки 2 через электрон-ные ключи 7 и 8. Другая точка соединения связана с теми же выводами вторичной обмотки 2 через электронные ключи 9 и 10 соответственно. Вход синхронизации генератора 11 пилообразного напряжения связан с вторичной- обмоткой 2 трансформатора, а его выход - с тактовым входом делителя 12 частоты на четыре и входом согласующего элемента 13, выход которого соединен с втравляющим входами элементов 4 и 5, Нейнвертирующий выход делителя 12 частоты на четыре соединен с управляющими входами ключей 8 и 9, а его инвертирующий выход - с управляюшд ми входами ключей 7 и 10. Точка соединения элемента 4 и конденсатора 3 подключена к первому вьжодному выводу устройства через стабилизатор 14, а точка соединения элемента 5 и конден

, 7605 2

сатора 6 - к второму выходному выводу через стабилизатор 15.

В процессе работы генератор 11 пилообразного напряжения формирует

5 синхронизированные напряжением сети импульсы пилообразной формы длительностью /Г/2 со сдвигом в сторону отставания от полуволны напряжения сети на угол /4 (фиг.2с|), спадающий

О фронт этих мпульсов переключает делитель 12 частоты на четыре (фиг.25, в). Напряжение пилообразной формы (U| ), подаваемое на управляющие входы электронно-управляемых элемен 5 тов 4 и 5 с активным сопротивлением через согласующий элемент 13, изменяет величину их активного сопротивления R. При и„, OR 0. а при

пил

20 п.л и„,,, , R , где С - емкость конденсаторов 3 и 6. Так как элементы 4 и 5, конденсаторы 3 и 6 и подключенная к ним вторичная обмотка 2 трансформатора образуют два мостовых динамических фазовращателя, векторы напряжений в точках Б и Г схемы на фиг,1 смещаются в сторону отставания от векторов напряжений в точках А и В соответственно при

25

30

увеличении сопротивления элементов

А,, 5 от О до R на угол от О до ТГ/2. Для того, чтобы угол смещения d зависел от пилообразного напряжения линейно, между величиной активного 5 сопротивления R элементов 4 и 5 и U должно выдерживаться соотношеГ г И Л

ние

R J гп-.У- -С1

К - С 9 2

0ы

где К --.-.

Это обеспечивается согласующим элементом 13, который догласует зависимость активного сопротивления эле- 5 ментов 4 и 5 от управляющего напряжения с пилообразным напряжением генератора 11 таким образом, что соблюдается зависимость (1)„

Рассмотрим работу преобразователя начиная с момента 1 (фиг.21.). 0. Сигнал на прямом выходе делителя 12 частоты соответствует высокому логическому уровню (фиг.25), а на инверсном - низкому (фиг.2 в). Ключи 8 и 9 замкнуты, а ключи 7 и 10 разомкнуты Сопротивления элементов 4 и 5 равны нулю. Напряжение в точке Б (фиг.1) равно напряжению в точке А,

напряжение в ию в точке В, ак схемы Б и

Е. S i n(wt +

31317605

точке Г равно напряже- т.е. напряжения в точ- Г соответственно

и

и. -Е.

in(u)t

Мо ра ка вы по ис ни пр ва по на но

i

(Е„ амплитуда ЭДС вторичной

обмотки). Начиная с этого момента в

ТГ 3 - интервале от т до т пилообразное

напряжение линейно возрастает, сопротивление элементов 4 и 5 изменяется согласно уравнению (l), а выраK,-u)i);

)

Следовательно, в интервале от до 3/4 I (точки 1 - 5 на фиг.21) на- пряжения Ug и УГ в точках Б и Г схемы (фиг.1) постоянные, равные по величине и противоположные по знаку. В точке 5 пилообразное напряжение становится равньтм нулю. Сопротивления элементов 4 и 5 также становятся равньп и нулю. Точки А и Б,В и Г схемы вновь соединяются. Но в этот момент У2. ,, ,, У2

UE - 2

и, UB -

выходные напряжения не изменяются. Начиная с момента 5 (3/4) до момента 9 (5/4Ti) процесс полностью повторяется. В точке 9 одновременно со скачкообразным изменением U,, от максимального значения до нулевого происходит переключение сигналов на выходах.делителя 12 частоты на четыре (фиг.25, в). При этом замыкаются ключи 7 и 10, а ключи 8 и 9 размыкаются. Точка Б схемы соединяется с точкой В, а точка Г - с А. Однако и, и U- У2

, 1ал Ug - + -2Е ,

и в этом случае ся, так как U

не изменяюти

I А 2

- -

JO

f5

20

25

35

30

. я

45

50

55

Момент переключения, когда все ключи разомкнуты, никак не проявляется, так как конденсаторы 3 и 6 поддерживают выходные напряжения неизменными, выполняя функцию фильтров. В результате исключается необходимость использования дополнительных фильтров. Далее процесс полностью повторяется. Следовательно, на выходе преобразователя получается двуполярное постоянное напряжение, не требующее дополнительной фильтрации.

Упрощение силовой части устройства достигается путем исключения из нее обоих выпрямителей и фильтра и выполнения трансформатора с одной вторичной обмоткой. За счет этого же уменьшаются массогабаритные показатели. Функциональные возможности устройства расширяются, так как оно имеет двуполярное выходное напряжение и пригодно для питания операционных усилителей. Степень уменьшения уровня пульсаций выходного напряжения может быть сколь угодно высокой, что достигается не за счет увеличения фильтра, а путем совершенствования характеристики согласующего элемента. Так как в предлагаемом устройстве величина актив- ; ного сопротивления в течение каждого такта практически линейно (тангенциальная функция от О до 45 почти линейна) изменяется от нуля до максимума, его среднее значение составляет половину от значения сопротивления в устройстве-прототипе, а следовательно, и потери в два раза ниже, т.е. КПД предлагаемого устройства

выше. I

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам, а вторичная выполнена со средней точкой, первую цепь из последовательно соединенных электронно-управляемого элемента с активным сопротивлением и элемента с реактивным сопротивлением, первый стабилизатор напряжения, о т- личающийся тем, что, с целью упрощения, улучшения массога- баритных показателей, расширения функциональных возможностей,уменьшения уровня пульсаций и повышения КПД,в него введены вторая цепь из соединенных

последовательно элементов с реактив- HbiNi и активным сопротивлениями, четыре электронных ключа, генератор пилообразного напряжения,, делитель частоты на четыре, согласующий элемент и второй стабилизатор, причем первая и вторая цепи последовательно соединенных элементов с активным и реактивным сопротивлениями соединены параллельно так, что вывод реактивного сопротивления одной цепи подключен к выводу активного сопротивления другой цепи, а каждый из выводов этого параллельного соединения через два электронных ключа соединен с выводами вторичной обмотки, управляющие входы двух электронных ключей, соединенных с разными крайниСоставитель Е.Мельникова Редактор А.Огар Техред M.Xoдaн гч Корректор Л.Патай

Заказ 2431/52 Тираж 660Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-355 Раушская наб,, д.4/5

Производственно-поли1 рафкч еское предприятие, г.Ужгород,, ул. Проектная, 4

ми выводами вторичной обмотки, подключены к прямому, а двух других - к инверсному выходам делителя частоты на четыре, тактовый вход которого

соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, входом синхро- низа.ции связанного с вторичной обмоткой, а выходом через согласующий элемент - с управляющими входами

электронно-управляе 1ых элементов с активным сопротивлением, точка соединения элементов каж,п,ой из указанных цепей соединена с соответствующим вьгходным выводом через стабилизатор,

средняя точка вторичной обмотки тран- се|)Орматора является общей точкой схемы, а выходы стабилизаторов - соответствующими выходными выводами.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания в измерительной аппаратуре, требующей напряжения постоянного тока высокого качества. Цель изобретения - упрощение, улучшение массогабаритных показателей,.расширение функциональных возможностей, уменьшение уровня пульсаций и повышение КПД. Расширение функциональных возможностей обусловлено наличием трех выходных выводов для получения двуполярного выходного напряжения. Степень уменьшения уровня пульсаций выходного напряжения может быть сколь угодно высокой и достигается за счет совершенствования характеристики согласующего элемента 13, который воздействует на управляющие входы электронно-управляемьк элементов 4,5 с активным сопротивлением. Сигнал на вход элемента 13 подается с выхода генератора пилообразного напряжения 11, входом синхронизации связанного с вторичной обмоткой 2. 2 ил. g (Л 00 Gf: О ел tputi