Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/10 

(21)4162426/24-07

(22)16.12.86

(46) 07.09.88. Бюл. № 33 (75) И.Г.Мурадов

(53)621.314.5 (088.8)

(56)Додик С.Д. и др, Источники питания на полупроводниковых приборах. - М.: Советское радио, 1969, с.374-375, рис. IX.3, IX.4.

Заявка ФРГ № 2337960, кл. Н 02 М 7/10, 1975.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

(57)Изобретение относится к области электротехники и предназначено для электропитания высоковольтных нагрузок. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения при одновременном упроще НИИ и повьшении надежности. Устройство включает диодно-конденс/аторную

схему умножения 2 на диодах 4,11,12, 13 и конденсаторах 3,14,15. Конденсатор 3 через тиристор 7 соединен с общим выводом. Диод 6 включен в обратном направлении параллельно тиристору 7. Между тиристором 7 и фазным входом включена последовательная це почка из резистора 9 и конденсатора 10. Введение этой цепочки и выбор ее постоянной времени, равной или больше длительности четверти периода

. входного напряжения, а также выбор величины тока этой цепочки равной или больше тока удержания тиристора 7 обеспечивают возможность расширения диапазона регулирования выходного напряжения за счет удерживания тири- ст.ора 7 в открытом состоянии. При этом исключается использование для такого режима работы тиристора 7 дополнительного мощного источника пи- тания и формирователя широкого им. пульса. 2 ил.

СЛ

9tLt1

, Изобретение относится к области электротехники и предназначено для ;электропитания высоковольтных нагру зок, например для оптических квантовых генераторов.

Цель -изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения при одновременном упрощении и повышении надежности устройства.

На фиг,1 представлена электрическая схема устройства; на фиг,2 - то же, вариант исполнения.

Преобразователь содержит источник 1 входного напряжения (например, сеть), одним вьгоодом соединенный с общим проводом (нулевой провод), а другим, фазным выводом (фаза сети) с умножителем 2 напряжения, включающим первьй конденсатор 3 и диод 4, К выходу ум- ножителя 2 подключена нагрузка 5, а к конденсатору 3 подключены диод 6 и тиристор 7, соединенные встречно-параллельно (разновидность полууправляемого ключа), Управляющий вывод ти- ристора 7 соединение блоком 8 управ ления, на вход которого подано выходное напряжение, служащее сигналом для регулировки. Между фазным выходом (проводом) источника 1 и тиристором 7 включена цепочка из резистора 9 и конденсатора 10, соединенных последовательно. Умножитель 2 включает также диоды 11 - 13 и конденсаторы 14 и 15, соединенные с диодом 4 и конденсатором 3 по схеме умножения напряжения (фиг.1). Устройство по фиг,2 отличается от устройстйча по фиг.1 тем, что диод 6 и тиристор 7 включены в обратной полярности и в нем применен до- полнительньш маломощный симметричный (либо с управлением по аноду) тиристор 16, Это обеспечивает упрощение управления тиристором 7 и дальнейшее повышение КПД цепи управления. Умножитель 2 может быть выполнен с любым числом каскадов умножения напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

При запертом тиристоре 7 умножител формирует на выходе двойную амплитуду входного напряжения. При открытом тиристоре 7 (когда поступают отпирающие импульсы с блока 8) умножитель формирует на выходе максимальное напряжение (при положительных полупериодах конденсатор 3 заряжается от сети через открытьй тиристор 7, а при отрицательных полупериодах разряжается через диод 6, передавая энергию через

0

Q

5 c 5 0 5

Q g

умножитель в нагрузку), равное амплитуде входного, умноженного на число каскадов. Моментами включения и отключения тиристора 7 выходное напряжение можно регулировать в указанных пределах. При отсутствии цепочки из резистора 9 и конденсатора 10 и при наличии остаточного напряжения на конденсаторе 3 тиристор 7 может вклкг- читься в энергопередачу только после

jroro, как текущнн значение амплитуды входного напряжения превысит напряжение на указанном конденсаторе (иначе ток через тиристор не пойдет), что в предельном случае составляет максимальную амплитуду входного напряжения, которая располагается в середине полупериода. Это означает, что тиристор 7 должен быть отперт входным сигналом не менее четверти периода по времени, иначе згмножнтель не будет полностью регулируемым. Наличие дополнительной цепочки устраня- ет это требование к длительности им- пульса управления, При отрицательном полупериоде входного напряжения (фиг.1) конденсатор 10 через резистор 9 и диод 6 заряжается от сети, а при положительном полупериоде это напряжение, суммированное с входным, прикладывается к тиристору 7, и тиристор 7, даже отпертый коротким входным импульсом (длительность которого может равняться лишь длительности отпирания тиристора, т.е. несколько микросекунд), далее остается отп ер- тым, если ток через цепочку равен или больше тока удержания тиристора. Время, в течение которого будет отперт тиристор, определяется постоянной времени этой цепочки и, если оно равно или больше четверти периода входного напряжения (для сети 5 мсО, умножитель становится полностью регулируемым..

Таким образом, благодаря дополни- тельно й цепочке длительность импульсов, сформированных блоком 8j в данном случае может быть равна нескольким микросекундам вместо миллисекунд, что значительно снижает необходимую мощность цепи управления, т,е. ведет

к повьш1ению ее КПД,

Тиристор 7 (фиг, 1) регулирует заряд конденсатора 3, разряд которого обусловлен диодом 6 и неуправляем. В режиме

стабилизации выходного напряжения при достижении заданного уровня блок 8 управления прекращает подачу отпираю

щих импульсов на тиристор 7, это происходит во время рабочего по- лзшериода при положительной фазе источника входного напряжения, и конденсатор 3 дозаряжается до конца этого полупериода (так как тиристор не может самостоятельно запереться), а в следунлдий отрицательный полупериод неизбежно передает энергию на выход, т.е. в худшем выходное напряжение может превысить заданное значение, обусловленное энергией этого коденсатора (эта энергия является шагом регулирования выходной энергии), Кроме того, во время холостого хода, т.е. когда тиристор 7 заперт,, на нем падает суммарное напряжение конденсатора 10 и источника 1, а на диоде 4 ещё и суммированное с остаточным напряжением ко.5енсатора 3. В ряде случаев это может оказаться недопустимым. С целью уменьшения лишней энергии, передаваемой на выход, а также уменьшения напряжения на ключе 6,7 и диоде 4, а также с целью дальнейшего повьш1ения КПД цепи управления может быть использована схема, приведенная на фиг.2. Она отличается от предьщзга1ей изменением полярности ключа 6,7 и наличием дополнительного ма

ломощного симметричного тиристора 16. Здесь диод 6 обуславливает заряд конденсатора 3, а тиристор 7 его разряд, т.е. передачу накопленной энергии в на- грузку. При положительном полупериоде на, фазном проводе, когда на выходе достигнуто заданное значение напряжения, тиристор 7 запирается и в следующий отрицательный полупериод уже не передает энергию конденсатора 3 в нагрузку, чем повьш1ается стабильность нaпp J жeния нагрузки. Конденсатор 10 заряжается в обратной полярности ро сравнению с предьщутцим случае

,и при отрицательном полупериоде раз- ряжается через конденсатор 3 и диод .4 (так как емкость конденсатора 3 на несколько порядков больше емкости коденсатора 10). Таким образом, на за1причем

0

0

5

j

330 пертый тиристор

0

5

0

5

7 поступает напряжение однократной амплитуды, что вдвое облегчает его электрический режим. Наличие маломощного тиристора позволяет значительно уменьшить мощность управляющего импульса, что ведет к дальнейшему повьшению КПД цепи управления. Попутно повьшхается и КПД самого преобразователя, так как лишняя энергия конденсатора 3 сохраняется и передается в нагрузку при очередном рабочем цикле.

Применение предлагаемого устройства приводит к значительному снижению массы и габаритов по сравнению с известными устройствами на силовых трансформаторах, а также к повьш1ению КПД и надежности всего устройства, т.е. к значительной экономии.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий входные выводы для подключения, источника питания, выходные выводы для подключения нагрузки, выпрямитель, включенный между входными и выходными выводами и выполненный по вентильно-конденса- торной схеме умножения напряжения, . тиристор, включенный между одним из входных выводов и входным конденсатором схемы умножения, и блок управления тиристором, отличающий- с я тем, что, целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения при одновременном упрощении и повышении надежности, дополнительно введена цепочка из последовательно соединенных резистора и конденсатора, включет5ая между другим входным фазным выводом и общей точкой соединения тиристора и конденсатора, причем постоянная времени Цепочки равна или больше длительности четверти периода входного напряжения, а величина ее тока равна или больше тока удержания тиристора.