Устройство для выпрямления напряжения переменного тока Советский патент 1990 года по МПК H02M7/10 

ел

ОС

1

со ел

коной 47 (48) и разрядный 39 (40) транзисторы, резистор 45 (46), предотвращающий самозапирание тиристора, и ограничивающие резисторы 37 (38), 41 (42), 49 (50). Указанное выполнение ключевых элементов и их управляющих цепей позволяет уменьшить мощность рассеяния в управляющих цепях за счет обеспечения импульсного

тока через управляющий электрод каждого тиристора и пускового маломощного транзистора с высокоомным пусковым ограничивающим резистором. При этом в пусковой цепи каждого тиристора имеет место незначительное потребление тока от входного источника питания. 2 ял.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением. Цель изобретения - увеличение КПД. Устройство содержит диодный мост, подключенный к источнику переменного тока и состоящий из диодов 1 - 4. Последовательно с диодами 1, 4 включены ключевые элементы 5, 6. Общая точка соединения ключевых элементов 5, 6 подключена к выходному выводу, не соединенному с корпусом, а общая точка соединения диодов 2, 3 подключена к выходному выводу, соединенному с корпусом устройства. Конденсаторно-диодные цепи 7, 8 подключены своими входами и выходами соответственно между общими точками соединения диодов с ключевыми элементами и выходными выводами. В качестве ключевых элементов 5, 6 использованы незапираемые тиристоры, управляющая цепь каждого из которых включает накопительный конденсатор 35 (36), пусковой 47 (48) и разрядный 39 (40) транзисторы, резистор 45 (46), предотвращающий самозапирание тиристора, и ограничивающие резисторы 37 (38), 41 (42), 49 (50). Указанное выполнение ключевых элементов и их управляющих цепей позволяют уменьшить мощность рассеяния в управляющих цепях за счет обеспечения импульсного тока через управляющий электрод каждого тиристора и пускового маломощного транзистора с высокоомным пусковым ограничивающим резистором. При этом в пусковой цепи каждого тиристора имеет место незначительное потребление тока от входного источника питания. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением, и является дополнительным к ос- новному авт.ев, № 1275704.

Цель изобретения - увеличение КПД устройства.

На фиг. 1 представлена электричес- кая схема устройства для выпрямления напряжения переменного тока; на фиг,2 - осциллограммы напряжений в конкретных точках, где UBx , U 6Ux, Ufivcx - входное, выходное и пусковое напряжения, U c - напряжение на соответствующем конденсаторе.

В устройстве (,фиг.1) один входной вывод для подключения источника напряжения переменного тока соединен с анодом диода 1 и катодом диода 2, а другой входной вывод - с катодом 3 и анодом диода 4 выпрямительного моста. Катод диода 1 соединен с анодом незапираемого тиристора 5, катод диода 4 - с анодом незапираемого тиристора 6, а катоды тиристоров 5 и 6 подсоединены к выходной плюсовой шине, не соединенной с корпусом. Аноды диодов 2 и 3 соединены с общей мину- совой выходной шиной,

Рассмотрим соединение только верхнего плеча моста (указывая элементы нижнего плеча в скобках), так как верхнее и нижнее плечи моста подклю- чены одинаково.

В конденсаторно-диодной цепи 7 (8 конденсатор 9 (10) подключен к катоду диода 1 (4), другой вывод конденсатора 9 НО) соединен с катодом разрядного диода 11 (12) и анодом зарядного диода 13 (14), анод диода 11 (12) подсоединен к общей минусовой выходной шине питания.

В конденсаторно-диодной цепи 15 (16) конденсатор 17 (18) соединен с катодом диода 13 (14) предыдущей цепи, анодом разрядного диода 19 (20 подсоединенного катодом к диоду 1 (4 моста, другой вывод конденсатора 17 (18) соединен с анодом зарядного диода 21 (22) и катодом разрядного диода 23 (24), подсоединенного анодом к общей минусовой выходной шине питания,

В конденсаторно-диодной цепи 25 (26) конденсатор 27 (28) соединен с катодом диода 21 (22) предыдущей цепи, анодом разрядного диода 29 (30 подсоединенного катодом к диоду 1 (4 моста, другой вывод конденсатора

27(28) соединен с катодом разрядного диода 31 (32), подсоединенного анодом к общей минусовой шине питания, и анодом зарядного диода 33 (34 подсоединенного катодом к плюсовой выходной шине.

Катод незапираемого тиристора . 5 (6) подключен к выводу накопительного конденсатора 35 (36), а его управляющий электрод через первый ограничивающий резистор 37 (38) - к коллектору разрядного транзистора 39 (40) и через второй ограничивающий резистор 41 (42) - к плюсовому выводу последнего конденсатора

28(27) конденсаторно-диодной цепи 26 (25), Эмиттер разрядного транзистора 39 (40) соединен с другим выводом накопительного конденсатора

35 (36) и через коммутирующий диод 43 (44) - с положительным выводом последнего конденсатора 27 (28) конденсаторно-диодной цепи 25 (26), а его база через резистор 45 (46) - с коллектором пускового транзистора 47 (48). Эмиттер транзистора 47 (48) соединен с общей выходной минусовой

шиной, а его база через третий ограничивающий резистор 49 (50) - с катодом диода 3 (2) моста.

Устройство работает следующим образом.

В положительный полупериод напряжения переменного тока выпрямительные диоды 1 и 3 моста открыты, а диоды 2 и 4 закрыты. В этот момент тиристор 5, включенный последовательно с открытым диодом 1 моста, должен быть наоборот закрыт в течение . всего полупериода, а тиристор 6, включенный последовательно с закрытым диодом 4 моста, должен ,наоборот, открыт в течение всего полупериода. Следовательно, конденсаторы 9,17 и 27 конденсаторно-диодных цепей 7, 15 и 25 будут соединены последовательно через зарядные диоды 13, 21 и 33 и сопротивление нагрузки Суммарное напряжение на них будет равно выпрямленному напряжению сети. Разрядные диоды 11, 19, 23, 31 и 29 будут закрыты, так как выпрямленное напряжение прикладывается к ним в обратном направлении. В этот момент конденсаторы 10, 18 и 28 конденсаторно-диодных цепей 8, 16 и 26 будут соединены параллельно через разрядные диоды 12, 20, 24, 30 и 32 и через открытый тиристор 6 подключены параллельно нагрузке,поддерживая ток в ее цепи, так как они были заряжены в предыдущий полупериод напряжения переменного тока. Напряжение на нагрузке при наличии одного конденсатора в конденсаторно-диодной цепи в два раза меньше выпрямленного напряжения сети, при наличии двух конденсаторов - в три раза меньше выпрямленного напряжения сети и при наличии трех-конденсаторов - в четыре раза меньше выпрямленного напряжения сети и т.д. Таким образом,через нагрузку одновременно проходит не только ток заряжающейся группы последовательно соединенных конденсаторов но и ток разряжающейся группы параллельно соединенных конденсаторов, чт снижает уровень пульсаций напряжения на нагрузке.

Переключение тиристоров происходи следующим образом.

Допустим, что в момент включения напряжения переменного тока на входе устройства наблюдаем положительный полупериод напряжения. Тогда диоды

5

0

5

0

5

0

5

0

5

1 и 3 моста будут открыты, а диоды 2 и 4 закрыты. Пусковой транзистор

47будет закрыт, так как к его базе через ограничивающий резистор 49 прикладывается отрицательное напряжение, а пусковой транзистор 48 открыт, так как к его базе через ограничивающий резистор 50 прикладывается положительное напряжение. Ток базы пускового транзистора 48 очень мал, так как он коммутирует ток базовой цепи разрядного транзистора. Поэтому ограничивающие резисторы 49 и 50 имеют большое сопротивление. С ростом амплитуды переменного напряжения мощность рассеяния на них возрастает, но она незначительна по сравнению с мощностью рассеяния в цепях управляющих электродов тиристоров. Отпирание пусковых транзисторов происходит чуть позже начала полупериода переменного напряжения, т.е. тогда, когда ток через ограничивающий резистор достигнет величины, достаточной для отпирания этих транзисторов (см. осциллограммы |мг.2), но это не нарушает работоспособности устройства.

В первый полупериод переменного напряжения оба тиристора 5 и 6 закрыты, так как накопительные конденсаторы 35 и 36, обеспечивающие питанием цепи управляющих электродов тиристоров, не заряжены. В этот момент только заряжаются конденсаторы 9,17 и 27 через нагрузку до уровня выпрямленного напряжения сети и заряжается накопительный конденсатор 35 через диод 43 до напряжения на конденсаторе 27 конденсаторно-диодной цепи 25.

В следующий отрицательный полупериод напряжения переменного, тока на входе устройства диоды 2 и 4 моста открыты, а диоды 1 и 3 закрыты.Пусковой транзистор 47 откроется чуть позже начала полупериода переменного напряжения, а пусковой транзистор

48будет закрыт весь период переменного напряжения. Соответственно откроется через резистор 45 только разрядный транзистор 39 и накопительный конденсатор 35 разрядится через ограничивающий резистор 37 и переход,управляющий электрод-катодом тиристора 5. Диод 43 закрыт. В результате

в цепи управляющего электрода тиристора 5 рассеется незначительная импульсная мощность. Тиристор 5 откроется и конденсаторы 9, 17 и 27 под- ют ючаются параллельно нагрузке,поддерживая Ток в ее цепи, В этот полупериод переменного напряжения происходит заряд последЬвательно соединенных конденсаторов 10, 18 и 28 через нагрузку до уровня выпрямленного напряжения сети и заряжается накопительный конденсатор 36 через диод 44 до напряжения на конденсаторе 28 конденсат орно-диодной цепи 26.

Затем на входе повторяется положительный полупериод переменного напряжения, при котором диоды 2 и 4 моста закрыты, диоды 1 и 3 моста открыты, пусковой транзистор 47 и соответственно разрядный транзистор 39 закрыты,пусковой транзистор 48 и соответственно разрядный транзистор 40 открыты. В результате накопительный конденсатор 36 разряжается через ограничивающий резистор 46 и переход, управляющий электрод-катодом тиристора 6, и последний открывается,подключая конденсаторы 10, 18 и 28 параллельно нагрузке. Так как напряжение на конденсаторах 10, 18 и 28 больше, чем напряжение на уже разрядившейся группе конденсаторов 9, 17 и 27, то ток через тиристор 5 становится меньше тока отпускания, т.е. практически равным нулю, и он закрывается, отключая от нагрузки конденсаторы 9, 17 и 27. Зарядные диоды 13, 21 и 33 этой группы конденсаторов будут закрыты до тех пор, пока амплитуда выпрямленного напряжения сети не превысит суммарное напряжение на них. Затем зарядные диоды 13,21 и 33 будут открыты до момента, пока амплитуда выпрямленного напряжения сети не станет меньше суммарного напряжения на уже заряженных конденсаторах 9, 17 и 27. Поэтому в момент отпирания зарядных диодов на последнем конденсаторе конденсаторно-диод- ной цепи по отношению к общему проводу, соединенным с корпусом,наблюдается (см. осциллограмму фиг.2) удвоенное напряжение, равное напряжению на нагрузке и этом конденсаторе. В этот момент кратковременно отпирается коммутирующий диод 43 и происходит заряд накопительного конденсатора 35 до уровня напряжения на нагрузке. Затем диод 43 одновременно снарядными диодами закроется.

Так как последовательно соединенные конденсаторы 9, 17 и 27 заряжаются через нагрузку, то напряжение на параллельно соединенных конденсаторах 10, 18 и 28 в момент их заряда возрастает (см. осциллограмму фиг.2), что может привести к самозапиранию тиристора 6 (ток через него

становится меньше тока отпускания) и нарушению режима работы устройства. Чтобы этого не происходило, введены ограничивающие резисторы 41 и 42. В тот момент, когда ток через

5 тиристор 6 уменьшается., на него подается отпирающий импульс через резистор 42 с последнего конденсатора 27, на котором именно в этот момент напряжение по отношению к общему прово0 ДУ удваивается, т.е. становится равным сумме напряжений на нагрузке и этом конденсаторе, Отпирающий импульс на управляющем- электроде тиристора 6 кратковременен, поэтому не проис5 ходит значительного рассеяния мощности на р.езисторе 42,

Формула изобретения

5

0

5

Устройство для выпрямления напряжения переменного тока по авт.св. № 1275704, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД, каждый ключевой элемент выполнен з виде незапираемого тиристор а, анод которого подключен к катоду соответствующего диода мостового выпрямителя, а катод - к второму выходному

Q выводу, управляющая цепь каждого

тиристора включает пусковой и разрядный транзисторы, накопительный конденсатор, резистор,предотвращающий самозапирание тиристора, и ограничи5 вающие резисторы, при чем катод тиристора соединен с выводом накопительного конденсатора, а управляющий электрод через первый ограничивающий резистор - с коллектором разрядного транзистора и через второй ограничивающий резистор - с плюсовым выводом последнего конденсатора конденсатор- но-диодной цепи, противоположной той, к которой подключен указанный тиристор, эмиттер разрядного транзистора соединен с другим выводом накопительного конденсатора и через коммутирующий диод, включенный в прямом направлении, с положительным выводом

последнего конденсатора конденсатор- но-диодной цепи, к которой подключен указанный тиристор, база разрядного транзистора соединена через указанный резистор с коллектором пускового транзистора, эмиттер которого соединен с первым выходным выводом, а база через третий ограничивающий резистор - с входной цепью переменного тока, противоположной той, в которую включены указанные тиристор и диод мостового выпрямителя.

фиг 2