Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания радиотехнических и электротехнических устройств.

Известно устройство, содержащее выпрямитель, управляемые ключи и несколько цепочек для деления напряжения, состоящих из конденсатора и двух неуправляемых вентилей, один из которых подключен анодом к выводу конденсатора, а катодом к выходной шине, другой вентиль подключен катодом к другому выводу конденсатора, а анодом к другой выходной шине, причем смежные цепочки соединены между собой неуправляемыми вентилями и указанные цепочки объединены в группы, которые соединены друг с другом и с цепью нагрузки через управляемые ключи, каждая из групп связана через управляемые ключи стоящие в каждой входной и выходной шинах этой группы, а остальные - через управляемые ключи, стоящие в одной из шин. причем число цепочек в группах определяется кратностью деления.

Недостатком данного устройства явля- вется наличие гальванической связи цепи нагрузки с источником переменного напряжения,

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является устройство, содержащее цепочку деления напряжения, состоящую из двух неуправляемых вентилей, между анодом и катодом которых включен конденсатор, два управляемых ключа, каждый из которых подключен к одному из выходных выводов, второй конденсатор, включенный параллельно выходным выводам, дополнительный неуправляемый вентиль, катодом соединенный с первым входным выводом, а анодом через один из резисторов подключен к аноду стабилитрона, соединенного через другой резистор с катодами излучающих диодов управляющих оптронных ключей, аноды которых совместно с катодом стабилитрона подключены к второму выводу соединенного с катодом неуправляемого вентиля, анод другого неуправляемого вентиля подключен к первому входному выводу, а его катод через третий резистор соединен с объединенными анодами светоприемных диодов управляющих оптронных ключей катоды которых соединены с входами управления управляемых ключей, подключенных к выводам конденсатора цепочки деления напряжения.

Недостатком известного устройства является управление ключами через полпериода входного напряжения, в связи с чем накопительный конденсатор работает на

нагрузку полпериода, хотя его заряд заканчивается через четверть периода входного напряжения, что приводит к увеличению величины пульсации выходного напряжения.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения величины его пульсаций.

В преобразователе переменного напряжения в постоянное управляющий вывод

0 ключевого элемента через резистор соединен с вторым выходным выводом преобразователя, а блок управления содержит узел питания, дифференцирующий узел и узел формирования сигнала управления с задан5 ным соотношением длительностей импульса и паузы. Это позволяет повысить качество выходного напряжения путем уменьшения величины его пульсаций с сохранением гальванической развязки на0 грузки от источника входного напряжения. На фиг. 1 представлена схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

5Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит выпрямитель, включающий два входа 1 и 2 и два выхода 3 и 4, соединенные соответственно с входными для подключения источника

0 переменного напряжения и выходными для подключения нагрузки выводами, первый 5 и второй 6 диоды, управляемый ключевой элемент 7, накопительный 8 и выходной 9 конденсаторы, резистор 10 и оптоэлектрон5 ный прибор 11, причем анод первого 5 и катод второго 6 диодов образуют соответственно первый 1 и второй 2 входы выпрямителя, катод первого диода 5 соединен с положительным выводом накопительного

0 конденсатора 8 и входом ключевого элемента 7, выход которого подключен к положительному выводу выходного конденсатора 9 и образует первый выход 3 выпрямителя. Анод второго диода 6 соединен с отрица5 тельными выводами накопительного 8 и выходного 9 конденсаторов и образует второй выход 4 выпрямителя.

Блок 12 управления предназначен для закрывания ключевого элемента 7 при поло0 жительной полуволне входного напряжения на первом входе 1 выпрямителя и открывания ключевого элемента 7 при отрицательной полуволне входного напряжения, причем первый и второй входы блока 12

5 управления соединены соответственно с первым 1 и вторым 2 входами выпрямителя, а его выходы соединены со светоизлучате- лем оптоэлектронного прибора 11, фотоприемник которого одним выводом соединен с входом, а другим - с управляющим выводом ключевого элемента 7, управляющий вывод ключевого элемента 7 через резистор 10 соединен с вторым выходом 4 выпрямителя. Блок 12 управления содержит узел 13 питания, дифференцирующий узел 14 и узел 15 формирования сигнала управления, обеспечивающий формирование сигнала управления с заданным соотношением длительностей импульса и паузы, причем общие выводы всех узлов объединены в общую точку, подключенную к второму входу блока 12 управления, входные выводы узла 13 питания и дифференцирующего узла 14 подключены к первому входу блока 12 управления, выход узла 13 питания подключен к одному из выходных выводов блока 12 управления и к питающему входу узла 15 формирования сигнала управления, выход которого соединен с другим выходным выводом блока 12 управления, а вход - с выходом дифференцирующего узла 14.

На диаграммах А - эпюра входного напряжения; Б - эпюра сигнала управления; В -эпюра напряжения на накопительном конденсаторе; Г - эпюра выходного напряжения преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении положительной полуволны на входные выводы 1 и 2 через диоды 5 и 6 заряжается накопительный конденсатор 8 до максимального значения входного напряжения, при этом на выходе дифференцирующего узла 14 появляется импульс на время, пока dUBx/dt 0. Этот импульс, поступает на вход узла 15 формирования сигнала управления, который в простейшем случае представляет собой ждущий мультивибратор, срабатывающий по переднему фронту входного импульса. На выходе узла 15 формирования сигнала управления при этом появляется импульс заданной длительности (длительность определяется параметрами элементов мультивибратора), обеспечивающий протекание тока через светоизлучатель оптоэлектрон- ного прибора 11, что приводит к открыванию его фотоприемника и закрыванию ключевого элемента 7.

В момент окончания импульса управления прекращается воздействие на фотоприемник оптоэлектронного прибора 11, ключевой элемент 7 открывается, так как он выполнен нормально открытым, для чего управляющий вывод ключевого элемента 7 через резистор 10 соединен с вторым выходным выводом 4 преобразователя.

При этом происходит мгновенное выравнивание напряжений на накопительном 8 и выходном 9 конденсаторах с их последующим совместным разрядом на нагрузку. Причем диоды 5 и 6 остаются закрытыми присутствующими на них обратными напряжениями, что обеспечивает гальваническую

развязку нагрузки от источника входного напряжения.

Длительность импульса, закрывающего ключевой элемент 7, должна превышать четверть периода входного напряжения (вре0 мя, пока dUex/dt 0)для обеспечения спада положительной полуволны на аноде диода 5 до уровня ниже величины напряжения на накопительном конденсаторе 8. Это необходимо для исключения открывания диода 5 в

5 момент выравнивания напряжений на накопительном 8 и выходном 9 конденсаторах, в противном случае это может привести к образованию кратковременной гальванической связи нагрузки с источником входно0 го напряжения. По сравнению с известным в предлагаемом преобразователе происходит уменьшение величины пульсаций выходного напряжения за счет увеличения времени совместного разряда накопитель5 ного и выходного конденсаторов практически до трех четвертей периода входного напряжения, так как величина превышения длительности импульса управления четверти периода может выбираться очень

0 незначительной. Увеличение времени совместного разряда накопительного и выходного конденсаторов эквивалентно увеличению емкости выходного конденсатора на это время. В случае использования двух

5 одинаковых преобразователей, включенных параллельно, появляется дополнительный эффект уменьшения величины пульсаций, так как на нагрузку постоянно работают три или четыре конденсатора, т.е. или два выходных и

0 один накопительный, или два выходных и оба накопительных конденсатора.

Формула изобретения Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрями5 тель. включающий два входа и два выхода, соединенные соответственно с входными для подключения источника переменного напряжения и выходными для подключения нагрузки выводами, первый и второй диоды

0 управляемый ключевой элемент, накопительный и выходной конденсаторы, резистор и оптоэлектронный прибор, причем анод первого и катод второго диодов образуют соответственно первый и второй входы

5 выпрямителя, катод первого диода соединен с положительным выводом накопительного конденсатора и входом ключевого элемента, выход которого подключен к положительному выводу выходного конденсатора и образует первый выход выпрямителя

анод второго диода соединен с отрицательными выводами накопительного и выходного конденсаторов и образует второй выход выпрямителя, а также блок управления, выполненный обеспечивающим закрывание ключевого элемента при положительной полуволне входного напряжения на первом входе выпрямителя и открывание ключевого элемента при отрицательной полуволне входного напряжения, причем первый и второй входы блока управления соединены соответственно с первым и вторым входами выпрямителя, а его выход соединен со све- тоизлучателем оптоэлектронного прибора, фотоприемник которого одним выводом соединен с входом, а другим - с управляющим выводом ключевого элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения его величины пульсаций, упU

равляющий вывод ключевого элемента через резистор соединен с вторым выходом выпрямителя, а блок управления содержит узел питания, дифференцирующий узел и

узел формирования сигнала управления, выполненный обеспечивающим формирование сигнала управления с заданным соотношением длительности импульса и паузы, причем общие выводы всех узлов объединены

в общую точку, подключенную к второму входу блока управления, входные выводы узла питания и дифференцирующего узла подключены к первому входу блока управления, выход узла питания подключен к одному из

выходных выводов блока управления и к питающему входу узла формирования сигнала управления, выход которого соединен с другим выходным выводом блока управления, а вход - с выходом дифференцирующего

узла.

Использование в качестве источника питания радиотехнических и электротехнических устройств Сущность изобретения улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения величины пульсации с сохранением гальванической развязки нагрузки от источника входного напряжения. Устройство состоит из двух входных выводов 1 и 2, двух выходных выводов 3 и 4, двух диодов 5 и 6, накопительного 8 и выходного 9 конденсаторов. Диод 5 включен между входным 1 и через управляемый ключевой элемент 7 выходным 3 выводами Диод 6 1 включен между выводами 2 и 4 в направлении, обратном диоду 5. Управляющий вывод ключевого элемента 7 через резистор 10 соединен с выходным выводом 4. Входы блока 12 управления соединены с входами выпрямителя, соединенными с входными выводами 1 и 2 Выход блока 12 управления соединен со светоизлучателем оптоэлект- ронного прибора 11 фотоприемник которого одним выводом соединен с входом, а другим - с управляющим выводом ключевого элемента 7 Блок 12 управления выполнен обеспечивающим закрывание ключевого элемента 7 при положительной почувотне входного напряжения на выводе 1 и его открывание при отрицательной полуволне и включает узел 13 питания, дифференцирующий узел 14 и узел 15 формирования сигнала управления Устройство обеспечивает мгновенное выравнивание напряжений на конденсаторах 8 и 9 с их последующим совместным разрядом на нагрузку При этом диоды 5 и 6 остаются закрытыми под действием обратных напряжений, что обеспечивает гальваническую развязку между нагрузкой и источником входного напряжения 2 ил -V ел С 4 4 Ю О сл