Сетевой однофазный управляемый выпрямитель Советский патент 1990 года по МПК H02M7/12 

о

сл сх о

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано 8 качестве источника электропитания в радиоэлектронной аппаратуре.

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей.

На фиг. 1 приведена схема предложенного выпрямителя; на фиг. 2 - структурная схема блока управления для двухтактного выпрямителя; на фиг. 3 - то же, для четырехтактного выпрямителя; на фиг. 4 и 5 - диаграммы, поясняющие работу гвух- и четырехтактного выпрямителя соответственно.

Устройство по фиг. 1 содержит шесть диодов 1-6, у первого и второго из которых соединены анод и катод (диоды 1, 2). Между объединенными анодами диодов 1, 3 и объединенными катодами диодов 2, 4 включен основной управляемый ключ 7. Дополнительные управляемые ключи 8, 9 входами подключены к выводам конденсатора 10, а выходами - к выводам конденсатора 11. Блок 12 управления своими выходами подключается с соответствующими входами управляемых ключей 7, В и 9. Один входной зывод 13 подключен к аноду диода 2 и катоду диода 1. Другой входной вывод 14 подключен к течке соединения последовательно со ласно включенных ди- одсв 5 и 6. При этом указанная цепочка диодов ьашунтирована конденсатором 10, кагод дмода 5 соединен с катодом диода 3, анод диода 6 соед1 ,нен с анодог ; диода В; 1ходные выводы 15 и 16 образованы выходами управляемых ключей 8, 9. Вьиодной аывод 17 соединен с входным BbiBOAOv: 14.

Блок 12 управления входами 18 и 19 соединен соответственно с выводами 13 и 14, а выходам , 20.21 и 22 - с управляющими электродами 23, 24 и 25 управляемых ключей 7, 8 и 9 соответственно. Источник переменного напряжения (сеть) подключается фазной шинсй к (зходному выводу 13, а нейтрально (0) - к входному выводу 14. Нагрузка выпрямителя (потре зителъ) подключается к исходному выводу 17 и к одному из выходных выводов 15 или 16 в зависимости от трэг уемой полярно тм выходного напряжения относительно вывода 17, при этом другой из выводов 15 или 16 соединяется с выводом 17.

Блок 12 управления (фиг. 2) ссдержит синхронизатор 26, формировэтель 27 задержки, формировгчтель 28 времени заряда, другой формирователь 29 задержки, RS- триггер 30 и два согласующих каскадй 31 и 32.

Выход синхронизатора 2Г соединен с Р-р.ходом Р5-триг гера 30, а через формирователь 27 задержки, формирователь 28 времени заряда и формирователь 29 задоржки- с S-входом RS-триггера 30, выход которого через согласующий каскад 32 соединен с В управляющими электродами управляемых ключей 8 и 9. Кроме того, выход формирователя 28 времени заряда через согласующий каскад 31 соединен с управляющим электродом управляемого ключа 7. Блок 12управ- 10 ления управляет работой ключей 7, 8 и 9 э соответствии с диаграммами, показанными на фиг. 4, где Ui. UdO, UH, Uy - соответственно напряжение сети на конденсаторе 10, нп нагрузке и управляющие импульсы; з - ток 5 заряда конденсатора 10; ti-ts - моменты синхронизирующих импульсов; Т - период напряжения сети; Тэ, Тр - время заряда и разряда конденсатора 10, С зтим блоком управления выпрямитель работает в двух- 0 полуперисдном двухтактном режиме, преобразуя амплитудное значение напряжения сети,

Блок 12 управления (фиг. 3) содержит

f-eHepaTOp тактовых импульсов (ГТИ) 33, син5 хронизатор 34, счетчик 35, четыре цифровых

компаратора 36, комбинационный узел 37 и

два согласующих каскада 38 и 39.

Выход синхронизатора 34 соединен с R-входом счетчика 35, С-вход которого сое- 0 динен с выходом ГТИ 33. а выход соединен информационной шиной с входом цифровых компаратором 35, на другие входы которых заведены опорные числа. Выход каждого компаратора (ti -14) комбина- 5 цпонный узел 37 соединен с входами согласующих каскадов 38 и 39, выходы 20, 21 и 32 которых соединены с соответствующими управляющими электродами 23. 24 и 25 ключей 7. 8 и 9.

0 Этот блок управления управляет работой ключей в соответствии с диаграммами, показанными на фиг. R, где Um - амплитудное значение напряжения сети, ti - t4 - опорные числа, остальные обозначение, как 5 на фиг. 4.

С описанным блоком управления выпрямитель работает в двухполупериодном четырехтактном режиме преобразуя напряжение сети на уровне 0,7 от амплитудного 0 значения.

Устройства работает следующим образом,

К выводу 13 (фиг. 1) подключается фазная шина первичного источника или сети, а 5 к клемме 14 - нейтраль. Пусть на нагрузке требуется напряжение положительной полярности относительно нейтрали. Тогда на- гоузка подк/ ючается к выводам 15 и 17, а вывод 16 должен быть соединен с выводом 17,

Выпрямитель с блоком 12 управления согласно фиг. 2 работает следующим образом.

В установившемся режиме на конденсаторах 10 и 11 имеется напряжение, поляр- ность которого указана на фиг. 1, а форма - на фиг. 4. В момент ti прекращается подача управляющего напряжения Uy на ключи 8 и 9, которые в пределах времени задержки Тзад t2 - ti закрываются, и ток разряда конденсатора 10 прекращается. Начиная с момента t2 и до момента t4. напряжение UH на нагрузке п оддерживает заряженный конденсатор 11. В момент t2 с блока 12 управления поступает управляющее напряжение, которое открывает зарядный ключ 7 и удерживает его в этом состоянии в течение времени заряда ta. Образуется цепь для потребляемого от сети в положительный полупериод тока заряда 1з конденсатора 10: вывод 13 - диод 2 - ключ 7 - диод 3 - конденсатор 10-диод 6-вывод 14. Конденсатор 10 накапливает знергию, подзаряжаясь до максимального напряжения. В момент ta прекращается подача управляю- щего напряжения и ключ 7 в пределах Тзад до момента t4 закрывается. В момент Т4 с блока 12 управления подается управляющее напряжение на ключи 8 и 9, которое открывает эти ключи и удерживает их в этом состоянии в течение времени разряда tp. Образуется цепь разряда конденсатора 10: положительная обкладка конденсатора 10- ключ 8 - параллельно включенные конденсатор.11 и нагрузка - ключ 9 - отрицатель- ная обкладка конденсатора 10. В течение tp напряжение на нагрузке UH создают конденсаторы 10 и 11. Начиная с этого момента цикл заряд - разряд повторится, но теперь уже в отрицательный полупериод напряже- ния сети Ui заряд конденсатора 10 будет осуществляться по другой цепи: вывод 14 - диод 5 - конденсатор 10 - диод 4 - ключ 7 - диод 1 -вывод 13. Таким образом, за период преобразуемого напряжения энергия от се- ти потребляется на подзаряд конденсатора 10 дважды - каждый полупериод.

Блок 12 управления (фиг. 2) работает следующим образом.

Синхронизация 26 вырабатывает в каж- дый полупериод преобразуемого напряжения один синхроимпульс (фиг. 4) в моменты

t11,Tl2, t13....

Передним фронтом синхроимпульс переключает RS-триггер 30 в нулевое состоя- ние и, тем самым, согласующий каскад 32 запирается и закрывает разрядные ключи 8 и 9. Этот же синхроимпульс, задержанный формирователем 27 задержки на время Тзад, необходимое для полного закрывания разрядных ключей, передним фронтом запуска- ет формирователь 28 времени заряда, который вырабатывает управляющий импульс момента t2 длительностью ta. Этот импульс через согласующий каскад 31 открывает ключ 7 и удерживает его в открытом состоянии в течение времени заряда. Этот же импульс задним фронтом запускает формирователь 29 задержки. Выходной импульс формирователя 29 задержки своим задним фронтом в момент-тд переключает триггер 30 в единичное состояние. Своим выходным импульсом триггер 30 через согласующий каскад 32 открывает разрядные ключи 8 и 9 и удерживает их в таком состоянии в течение времени разряда tp. В момент t5, что соответствует синхроимпульсу ti2, цикл работы блока управления начнет повторяться. Длительность одного цикпа работы блока управления равна половине периода преобразуемого напряжения.

Работа выпрямителя с блоком 12 управления по фиг. 3 отличается от работы с блоком управления, выполненным по схеме фиг. 2, лишь тем, что цикл заряд - разряд конденсатора 10 осуществляется каждую четверть периода преобразуемого напряжения (фиг. 5) по тем же цепям заряда и разряда. При этом выходное напряжение выпрямителя ниже, так как конденсатор 10 заряжается . до максимального напряжения, равного 0,7 от амплитудного значении напряжения сети. Выбор такого уровня определяется равной длительность циклов. симметрией формы выходного напряжений и отсутствием в нем низкочастотной составляющей пульсации. Частота первой гармоники пульсации напряжения на нагрузке равна 4fceTH.

Блок 12 управления (фиг. 3) работает следующим образом.

Синхронизатор 34 в моменты перехода напряжения сети Ui (фиг. 5) через нуль вырабатывает синхроимпульсы, которые поступают на вход установки нуля счетчика 35 и каждый раз прерывают счет. На счетный вход счетчика 35 поступают импульсы с выхода генератора 38 тактовых импульсов. .С выходов счетчика 35 текущее значение счета по информационной шине поступает на входы четырех компараторов 36. на другие входы которых заведены опорные числа, определяющие моменты (ti и t2, ta и t4) начала и конца заряда конденсатора 10 (фиг. 1) по уровню 0,7Um. В момент равенства числа импульсов, поступающих от ГТИ 33 через счетчик 35 и опорного числа каждый компаратор вырабатывает импульс соответственно в моменты ti, t2, t3 и t4. Эти импульсы поступают на комбинационный узел 37, который формирует управляющие импульсы зэ(1да, разряда и задержки соответственно длительностью Тз, tp и Гзад. Через согласующие каскады 38 и 39 они управляют работой ключей 7, 8 и Э.

Таким образом, предложенный выпрямитель потребляет энергию от сети и в по- ложительный, и в отрицательный полупериоды преобразуемого напряжения, т.е. он является двухполупериодным выпря- мителем с общей нейтралью.

Ф о р м у л а и 3 о б р е те н и я 1. Сетевой однофазный управляемый выпрямитель, содержащий шесть диодов, у первого и второго из которых соединены катод и анод, соответственно и подключены к одному из двух входных выводов, анод третьего диода соединен с анодом первого, катод четвертого диода соединен с катодом второго, пятый и шестой диоды соединены последовательно согласно и зашунтирова- ны первым из двух конденсаторов, три выходных вывода и основной управляемый ключ с блоком управления, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения знергетиче- ских показателей, дополнительно введены два управляемых ключа, выход каждого из которых соединен с выходным выводом соответствующей полярности, между кбторы- ми включен второй конденсатор, .вход каждого из указанных ключей подключен к соответствующему выводу первого конденсатора и свободным выводам третьего и четвертого диодов соответственно, основной управляемый ключ включен между объеди- ненными анодами первого и третьего и катодами второго и четвертого диодов, точка соединения пятого и шестого диодов подключена к второму входному выводу, соединенному также с общим выходным выводом, а управляющие входы всех управляемых

ключей соединены с выходами блока управления.

2.Выпрямитель по п. 1,отличающий- с я тем, что блок управления содержит синхронизатор, два формирователя задержки, формирователь времени заряда, RS-триггер и два согласующих каскада, причем вход синхронизатора соединен с первой и второй входными выводами выпрямителя, а выход - с R-входом и через первый формирователь задержки, формирователь времени заряда, второй формирователь задержки - с S-вхо- дом RS-триггера, выход которого через первый согласующий каскад соединен с управляющими входами первого и второго указанных дополнительных управлямых ключей, кроме того, выход формирователя времени заряда через второй согласующий каскад соединен с упоминающим входом основного управляемого ключа.

3.Выпрямитель по п. 1,отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения пульсации выходного напряжения путем увеличения частоты преобразования, блок управления содержит синхронизатор, генератор тактовых импульсов, счетчик, четыре цифровых компаратора, комбинационный узел и два согласующихся каскада, причем вход синхронизатора соединен с первой и второй входными клеммами выпрямителя, а выход- с R-входом счетчика, С-вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выхрд соединен с соответствующими входами цифровых компараторов, на другие входы которых заведены опорные числа, при этом выход каждого компаратора через комбинационный узел и первый и второй согласующие каскады соединен с управляющими входами соответственно основного, первого и второго дополнительных управляемых ключей.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника электропитания в радиоэлектронной аппаратуре. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей. Эффект обусловлен введением новых связей между основными элементами схемы и вновь введенными. Имеется шесть диодов 1 - 6, два накопительных конденсатора 10, 11 и три управляемых ключа 7, 8, 9, управляемых от системы 12 управления. При этом предусмотрена система управления, позволяющая управлять устройством, обеспечивая потребление тока от сети в каждый полупериод преобразуемого напряжения и увеличивая частоту преобразования. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1В

т

19

Фие.2

/

/f

Фиг.з

;.i

О

П Г Д

Tf/Wp. А

LfMn.

О

Т|

.

2

///

7

I I

КОМИ

. Ч 3 г 4 ппап У inflonxf

Комб. А ,

Ung-in

I Рпипаё

UM

Фиг. 5

О