Преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/217 

Фиг,1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бестрансформаторным понижающим преобразователям переменного напряжения в стабилизированное пониженное постоянное, и может использоваться в качестве стабилизатора на входе импульсных преобразователей постоянного напряжения в постоянное, применяемых в источниках вторичного электропитания для питания радиоэлектронных схем, а также в качестве источника питания в волоконно-оптических линиях связи.

Известно устройство, осуществляющее преобразование переменного напряжения в постоянное, содержащее выпрямитель, накопительный конденсатор, преобразователь в высокочастотное напряжение, трансформатор, другой выпрямитель и фильтр постоянной составляющей.

Недостатком данного устройства является однократное накопление энергии за один полупериод выпрямленного напряжения. Это приводит к необходимости применять на выходе сетевого выпрямителя высоковольтный конденсатор с большой емкостью, имеющий большие массогаба- ритные параметры и высокую стоимость. Кроме того, отбор энергии от сети во все нормально работающие, аналогичные по схемному построению, источники вторичного напряжения осуществляется одновременно и в интервал времени, когда выпрямленное напряжение приближается к своему максимальному значению. Вследствие этого на практике при большой нагрузке на сеть питания происходит так называемое подсаживание сети переменного тока, а это оказывает взаимное влияние потребителей электроэнергии друг на друга, что отрицательно сказывается на параметрах радиоэлектронной аппаратуры, приводя к сбою в ее работе.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит выпрямитель, емкостный сглаживающий фильтр, управляемый коммутатор, источник опорного напряжения, формирователь управляющего напряжения, диод, дроссель и накопитель-конденсатор. При подключении входа выпрямителя к сети на выходе выпрямителя появляется пульсирующее однопо- лярное напряжение, приложенное к емкостному сглаживающему фильтру, заряжая его до амплитудного напряжения пульсирующего напряжения. Управляемый коммутатор - транзистор работает в режиме переключений, при котором он поочередно находится в режиме насыщения (когда он полностью открыт) или в режиме

отсечки (когда он полностью закрыт). При открытом транзисторе энергия, запасенная в емкостном сглаживающем фильтре, передается в нагрузку через дроссель, в котором

накапливается избыточная энергия. При закрытом транзисторе накопленная в дросселе энергия через диод передается в нагрузку. Управляемый коммутатор управляется формирователем напряжения, кото0 рый при изменении сетевого напряжения или тока нагрузки с помощью цепи обратной связи и сравнении выходного напряжения с напряжением опорного источника формирует длительность импульса таким

5 образом, что выходное напряжение остается стабильным с определенной точностью. Недостатком известного устройства является наличие высоковольтного конденсатора накопления энергии на весь

0 полупериод выпрямленного напряжения и, как следствие, неравномерная нагрузка на сеть в течение,полупериода, а также большие габгфиты и вес.

Цель изобретения - обеспечение равно5 мерной загрузки питающей сети и уменьшение веса и габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в стабилизированное постоянное, со0 держащем соединенный входом с входными выводами для подключения источника переменного напряжения мостовой выпрямитель, к одному из выходов которого подключен первый силовой вывод управля5 емого коммутатора, второй силовой вывод которого подключен к одному из выводов диода и через дроссель - к одному из выводов накопительного конденсатора, к одному из выходных выводов для подключения на0 грузки и к управляющему входу формирователя управляющего напряжения, к опорному входу которого подключен один вывод выхода источника опорного напряжения, а к выходу - управляющий вход управ5 ляемого коммутатора, при этом другой выход мостового выпрямителя, другой вывод -выхода источника опорного напряжения, другой вывод диода и другой вывод накопительного конденсатора соединены с

0 другим выходным выводом, к указанному первому силовому выводу управляемого коммутатора подключен вход запуска формирователя управляющего напряжения, в качестве которого использован компаратор

5 с гистерезисом.

Сущность изобретения заключается в том, что формирование управл ющей импульсной последовательности с периодом, значительно меньшим периода выпрямленного напряжения, который синхронно и в

обратно пропорциональной зависимости меняется соответственно текущему значению выпрямленного напряжения (при этом между ними интервалы остаются постоянными, а изменяется длительность импульсов), осуществляется компаратором с гистерезисом. Последний вырабатывает импульс на выходе в течение времени, когда напряжение на накопительном конденсаторе возрастает до значения, равного заданному выход- ному напряжению, определяемого напряжением опорного источника, и прекращает формирование импульса в течение времени, когда напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается на величину, рав- ную напряжению гистерезиса компаратора.

Поскольку опорное напряжение и напряжение гистерезиса постоянные величины, и крутизна выпрямленного напряжения, с помощью которого заряжается накопи- тельный конденсатор - величина переменная, то время заряда накопительного конденсатора синхронно меняется в зависимости от текущего значения выпрямленного напряжения, а следовательно, соответственно меняется и длительность импульсов сформированной последовательности. Последняя, воздействуя на управляемый коммутатор позволяет осуществить синхронное следящее строби- рование выпрямленного напряжения таким образом, что на накопительный конденсатор поступают равные порции энергии сети переменного тока, позволяющие поддерживать на нем постоянный уровень понижен- ного напряжения с заданным средним уровнем его пульсаций.

На фиг. I изображена структурная схема преобразователя переменного напряжения в стабилизированное постоянное; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь переменного напряжения в стабипизироьанное постоянное содержит на входе мостовой выпрямитель 1. управляемый коммутатор 2, диод 3, дроссель 4, накопительный конденсатор 5. формирователь 6 управляющего напряжения, источник 7 опорного напряжения.

Мостовой выпрямитель 1 своим входом подключен к входу преобразователя, а одним из своих выходов подключен к входу запуска формирователя буправляющего напряжения и первому силовому выводу коммутатора 2, второй силовой вывод которого подключен к одному из выводов диода 3 и одному из выводов дросселя 4, другой вывод которого подключен к одному из выводов накопительного конденсатора 5 и одному из выходных выводов для подключения нагрузки, а также к управляющему входу формирователя 6 управляющего напряжения. Управляющий вход коммутатора 2 подключен к выходу формирователя 6 управляющего напряжения, один из выводов опорного входа которого подключен к одному из выводов выхода источника 7 опорного напряжения. Другой выход мостового выпрямителя 1 подключен к другим выводам выхода источника 7 опорного напряжения, диода 3, накопительного конденсатора 5 и выходному выводу.

На фиг. 2: UB - напряжение на выходе мостового выпрямителя; иф.п, - сформированная управляющая импульсная последовательность на выходе формирователя управляющего напряжения; Ur - напряжение гистерезиса; Uc - напряжение на накопительном конденсаторе.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении питания сети переменного тока с помощью схемы запуска, входящей в состав формирователя 6 управляющего напряжения, контакты управляемого коммутатора 2 приводятся в замкнутое состояние. Переменное напряжение, выпрямленное мостовым выпрямителем 1, поступает через замкнутые контакты управляемого коммутатора 2 и через дроссель 4 на накопительный конденсатор 5 Энергия выпрямленного напряжения накапливается в дросселе 4 и конденсаторе 5 до уровня, равного требуемому выходному напряжению, который определяется опорным напряжением источника 7. При этом, когда Uon К Увых (где К« 1 - коэффициент, учитывающий, какая часть выходного напряжения сравнивается с опорным напряжением), формирователь 6 управляющего напряжения прекращает вырабатывать упраипяющий импульс, контакты управляемого коммутатора 2 размыкаются и энергия выпрямленного напряжения на накопительный конденсатор 5 не поступает. При этом накопительный конденсатор 5 и дроссель 4 начинают отдавать запасенную энергию в нагрузку.

Уровень напряжения, до которого разряжается накопительный конденсатор 5 а значит, и уровень пульсаций выходного напряжения определяются напряжением гистерезиса компаратора, в виде которого выполнен формирователь 6 управляющего напряжения. При снижении напряжения на накопительном конденсаторе 5 на величину напряжения гистерезиса формирователь б управляющего напряжения вновь вырабатывает импульс, напряжения, который замыкает контакты управляемого коммутатора 2. Цикл повторяется. При этом длительность

импульса управляющего напряжения зависит от текущего значения выпрямленного напряжения, так как чем больше последнее, тем меньший интервал времени потребуется для зарядки накопительного конденсате- ра 5 до уровня, равного требуемому выходному напряжению.

При формировании импульсов управляющей последовательности за текущее значение выпрямленного напряжения должно быть выбрано какое-то одно его мгновенное значение, например в момент начала формирования этого импульса. Интервал времени разряда накопительного конденсатора 5 всегда остается постоянным, так как определяется (при постоянстве нагрузки) постоянством уровней Увых и Ur (фиг. 2). Таким образом, сформированная импульсная последовательность формирователем 6 управляющего напряжения дает возмож- ность управлять коммутатором 2 так, что осуществляется многократный отбор энергии сети переменного тока за один полупериод выпрямленного напряжения.

Технико-экономический эффект от при- менения изобретения заключается в снижении подсаживания напряжения сети при большой нагрузке, снижении взаимного влияния потребителей электроэнергии друг на друга и сбоев в работе радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, вес и габариты снижаются не менее чем на 15% за счет исключения емкостного фильтра на выходе мостового выпрямителя.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное, содержащий соединенный входом с входными выводами для подключения источника переменного напряжения мостовой выпрямитель, к одному из выходов которого подключен первый силовой вывод управляемого коммутатора, второй силовой вывод которого подключен к одному из силовых выводов диода и через дроссель - к одному из выводов накопительного конденсатора, к одному из выходных выводов для подключения нагрузки и к управляющему входу формирователя управляющего напряжения, к опорному входу которого подключен один вывод выхода источника опорного напряжения, а к выходу - управляющий вход управляемого коммутатора, при этом другой выход мостового выпрямителя, другой вывод выхода источника опорного напряжения, другой вывод диода и другой вывод накопительного конденсатора соединены с другим выходным выводом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерной загрузки питающей сети и уменьшения веса и габаритов, к указанному первому силовому выводу управляемого коммутатора подключен вход запуска формирователя управляющего напряжения, в качестве которого использован компаратор с гистерезисом.

Использование: преобразователь может быть использован в источниках вторичного электрс питания в качестве стабилизатора на входе импульсных преобразователей постоянного напряжения в постоянное или в качестве источника питания. Сущность изобретения: преобразователь состоит из мостового выпрямителя 1, выход которого через управляемый коммутатор 2 и Я о- дроссель 4 соединен с выходными выводами для подключения нагрузки. Между выходными выводами включен накопительный конденсатор 5, а между общей точкой соединения коммутатора и дросселя и выходным выводом, соединенным с источником опорного напряжения 7, включен диод 3. Выход источника опорного напряжения, вход коммутатора 2 и общая точка соединения дросселя 4 и конденсатора 5 соединены с соответствующими входами формирователя управляющего напряжения 6, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 2. Указанное выполнение преобразователя позволяет при сохранении большой выходной мощности и возможности получения большого выходного тока при низком выходном напряжении исключить из него сглаживающий фильтр и сетевой трансформатор. Кроме того, за счет того, что синхронное следящее стробирование в соответствующие моменты времени осуществляется в зависимости от текущего значения выпрямленного напряжения, улучшается равномерность загрузки питающей сети.2 ил сл с -х 4 ГО Ю

J iiiijii i i ПМШфп м I illUMi I J i I III liii I i

. Hi

11