Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

, Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесперебойного электропитания различного рода радиоэлектронной аппаратуры как при бросках, так и при провалах питающего напряжения переменного тока, например для питания дисководов в ЭВМ.

Целью изобретения является увеличение кратности регулирования выходного напряжения.

Сущность изобретения состоит в том, что регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом содержит аналогично прототипу однофазный мостовой выпрямитель без фильтра, дроссель, первый силовой транзистор, первый силовой диод, конденсатор фильтра и делитель напряжения. Имеется также блок управления, в составе элемента сравнения, релейного элемента с гистерезисом, первого усилителя мощности, датчика напряжения и источника управляющего напряжения, подключенного к первому входу элемента сравнения. Выход первого усилителя мощности соединен с базой первого силового транзистора; эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с первой выходной шиной и с анодом первого силового диода, катод которого соединен с входом датчики напряжения и с второй выходной шиной, к которой через конденсатор фильтра подключена первая риходная шина.

В отличие от прототипа в преобразователь введены дополнительно второй силовой транзистор и второй силовой диод, а в блок управления введены логические элементы И и ИЛИ, а также второй усилитель мощности. Его выход связан с базой второго силового транзистора, коллектор которого соединен с положительным полюсом мосто- аого выпрямителя без фильтра, а эмиттер соединен непосредственно с катодом второго силового диода и через дроссель соединен с анодом первого силового диода. Анод второго силового диода соединен с первой выходной шиной и с отрицательным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, диагональ переменного тока которого подключена к шинам питания переменного тока. Вход делителя напряжения присоединен к положительному и отрицательному выводам мостового выпрямителя без фильтра, а выход делителя напряжения соединен непосредственно с вторым входом элемента сравнения. Его выход подключен к соединенным между собой первыми входами логических элементов И и ИЛИ, вторые входы которых также соединены между собой, подключены к выходу релейного элемента с

гистерезисом. Его первый вход соединен с выходом источника управляющего напряжения, а второй вход подключен к выходу датчика напряжения. Выходы логических

элементов И и ИЛИ соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности.

Благодаря введению в преобразователь дополнительных второго силового транзи0 стора и диода, а также снабжению блока управления логическими элементами И и И Л И и вторым усилителем мощности с соответствующими связями достигается изменение структуры преобразователя в

с зависимости от текущей величины напряжения на выходе мостового выпрямителя без фильтра. В начале каждого полупериода переменного напряжения питания преобразователь работает в повышающем режиме, а

п вблизи максимумов указанных полупериодов - в режиме понижения напряжения. Как следствие, обеспечивается увеличение кратности регулирования выходного напряжения при изменении напряжения управления.

5 На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулируемого преобразователя переменного напряженияв постоянное с бесгрансформаторным входом; на фиг.2 0 временная диаграмма напряжения.

Предлагаемый преобразователь (см. фиг.1) аналогично прототипу содержит однофазный мостовой выпрямитель 1 без фильтра, дроссель 2, первый силовой тран5 зистор 3, первый силовой диод 4, конденсатор 5 фитьтра, делитель 6 напряжения и блок 7 управления. Последний имеет в своем составе элемент 8 сравнения (например, компаратор), релейный элемент 9 с гистере0 зисом, первый усилитель 10 мощности, датчик 11 напряжения (например, в виде делителя напряжения) и источник 12 управляющего напряжения. Имеются первая 13 и вторая 14 выходные шины, а также шины

5 питания 15, 16 переменного тока.

В отличие от прототипа в преобразователь введены дополнительно второй силовой транзистор 17 и второй силовой диод 18, а в блок 7 управления введены логические

Q элементы И 19 и ИЛИ 20, а также второй усилитель 21 мощности.

При этом аналогично прототипу источник 12 управляющего напряжения подключен к первому входу элемента 8 сравнения.

Выход первого усилителя 10 мощности соединен с базой первого силового транзистора 3, эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с первой выходной шиной 13 и с анодом первого силового

диода 4, катод которого соединен г входом датчика 11 напряжения и с второй выходной шиной 14. к которой через конденсатор 5 фильтра подключена первая выходная шина 13.

В отличие от прототипа выход второго усилителя 21 мощности связан с базой второго силового транзистора 17, коллектор ко- торого соединен с положительным полюсом мостового выпрямителя 1 без фильтра, а эмиттер соединен непосредственно с катодом второго силового диода 18 и через дроссель 2 соединен с анодом первого силового диода 4. Ачод второго силового диода 18 соединен с первой выходной шиной 13 и с отрицательным полюсом мостового выпрямителя 1 без фильтра, диагональ переменного тока которого подключена к шинам 15, 16 питания переменною тока. Входделите- ла 6 напряжения присоединен к положительному и отрицательному выводам мостового выпрямителя 1 без фильтра, а выход делителя 6 напряжения соединен непосредственно с вторым входом элемента 8 сравнения, Выход последнего подключен к соединенными между собой первыми входами логических элементов И 19 п ИЛИ 20, вторые входы которых, также соединенные между собой, подключены к. выходу релейного элемента 9 с гистерезисом, tin первый вход соелк ен с выходом источника 12 уп- ог.вляющего напряжения, а второй е о вход подключен ч выходу датчика 11 напряжения. Выходы логических элементор /1 19 и ИЛИ 20 соединены соответственно с входами первого 10 и второго 21 усилителей мощности.

Релейный элемент 9 может быть реализован на основе какого-либо известного схемного решения, например, в виде устройства, формирующего последовательность широтно-модулированных импульсов ШИМ. (см., например, патент ФРГ № 2647146, кл.С 05 F 1/56, i 984). Усилитель 21 должен иметь гальванический развязанный выход, например, с применением транзисторной оптопары

Преобразователь (фиг.1) раОогает следующим образом.

При подаче на шины 15, 16 питания синусоидального переменного напряжения Еп на выходе делителя 6 появляется напряжение вида Ее - КбЕп (sin Qt), где Кб - коэффициент передачи деятеля 6, Q - круговая частота напряжения Еп (фиг.2, а, б). Напряжение Еп сравнивается в элемента 8 сравнения с управляющим напряжением Ei2 от источника 12. При этом в течение интервалов времени (Т2, Тfi когдя -, Lin на выхо0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

де элемента 8 существуют импульсы Fa напряжения на уровне логической единицы (фиг.2, б, в). Импульсы ES поступают на первые входы элементов 19. 20. На один вход релейного элемента 9 от датчика 11 поступает напряжение, пропорциональное выходному напряжению Е0ых на шинах 13, 14. а на другой вход - напряжение Ei2 от источника 12. На выходе релейного элемента 9 в этих условиях получается последовательность импульсов напряжения Eg с ШИМ (фиг.2, г). Они поступают на вторые входы элементов 19, 20. В результате в течение интервалов времени , Тз). когда Ее Ј12. на базу транзистора 17 от выхода ИЛИ 20 через усилитель 21 подается отпирающее напряжение, пропорциональное Ев (фиг,2, в). На базу транзистора 3 в течение этих же интервалов (Tz, Тз) через логический элемент И 19 и усилитель 10 подаются импульсы Eg с ШИМ (фиг.2, г). Длительность импульсов Eg тем больше, чем меньше текущая величина Еп: в моменты времени около перехода напряжения Еп через нуль длительность импульсов Eg максимальна (фиг. 2, з, г).

За время импульсов Eg, отпирающих трпнзис-.тор Ч диод 4 заперт, а в индуктивнее ; .цмосгеля Г накапливается энергия, , о гя. L, аузс Х между импульсами пеоеда- етгя черзз открытый транзистор 17, диоды мое.я 1 и диод 4 в конденсатор 5 фильтра и дл л ер во чнешнчж-нагрузку. В течение интервала (2, Тз) преобразователь работает в режиме повышения напряжения.

В интервалах времени (Ti, Т), когда Ее Ei2, напряжение ЕВ на выходе элемента 8 сравнения имеет уровень логического нуля (фиг.2, б, в), чем достигается запирание ло- гичесюго элемента И 19. Как следствие, в течение указанного интервала времени транчистор 3 удерживается в запертом состоянии, а на базу транзистора 17 через элемент ИЛ1/1 20 и усилитель 21 поступают импульсы Ео с ШИМ (фиг 2, б, в, г). В этих условиях преобразователь автоматически переключается на режим понижения напряжения. При этом во время импульсов от выпрямителя 1 через транзистор 17, диод 4. конденсатор 5 и индуктивность дросселя 2 протекает ток; диод 18 при этом заперт. В паузах между импульсами накопленная в индуктивности дросселя 2 энергия через диоды 18 и 4 передается в конденсатор 5 фильтра и далее во внешнюю нагрузку, подключенную к шинам 13, 14.

Регулирование выходного напряжения может достигаться изменением величины управляющего напряжения Ei2. Если установить величину Ei2 большей, чем амплитуда напряжения Ее, то преобразователь будет работать все время в режиме повышения напряжения. Выходное напряжение будет при этом максимальным, поскольку напряжение Ее будет иметь постоянную величину, а транзистор 17 будет соответственно постоянно открыт.

Если же напряжение Е« установить близким к нулю, то элемент 8 сравнения, логический элемент И 19 и транзистор 3 будут постоянно запертыми. Преобразователь будет работать в режиме понижения напряжения. Напряжение на выходе в этих условиях будет близким к нулю, поскольку длительность импульсов Eg с ШИМ будет минимальной.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в увеличении кратности регулирования выходного напряжения, что расширяет функциональные возможности для применения преобразователя. В частности появляется возможность реализации бесперебойного энергоснабжения при глубоких (до 50%) провалах и бросках напряжения питающей сети. При этом аналогично устройству-прототипу обеспечивается как повышенный коэффициент мощности, так и пониженный уровень пульсаций выходного напряжения.

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом, содержащий однофазный мостовой выпрямитель, дроссель, первый силовой транзистор, первый силовой диод, конденсатор фильтра, делитель напряжения и блок управления, имеющий в своем составе элемент сравнения, релейный элемент с гистерезисом, первый усилитель мощности, датчик напряжения и источник управляющего напряжения, подключенный к первому входу элемента сравнения, выход первого усилителя мощности

соединен с базой первого силового транзистора, эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с первой выходной шиной и с анодом первого силового диода,

катод которого соединен с входом датчика напряжения и с второй выходной шиной, к которой через конденсатор фильтра подключена первая выходная шина, отличающийся тем, что, с целью увеличения

кратности регулирования выходного напряжения, в него дополнительно введены вторые силовые транзистор и диод, а в блок управления -логические элементы И и ИЛИ, а также второй усилитель мощности, выход

которого связан с базой второго силового транзистора, коллектор которого соединен с положительным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, а эмиттер соединен непосредственно с катодом второго силового диода и через дроссель с анодом первого силового диода, анод второго силового диода соединен с первой выходной шиной и с отрицательным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, диагональ переменного тока которого подключена к шинам питания переменного тока, вход делителя напряжения присоединен к положительному и отрицательному выводам мостового выпрямителя без фильтра, а выход делителя напряжения соединен непосредственно с

вторым входом элемента сравнения, выход которого подключен к соединенным между собой первым входам логических элементов И и ИЛИ, вторые входы которых, также соединенные между собой, подключены квыходу релейного элемента с гистерезисом, первый вход которого соединен с выходом источника управляющего напряжения, а второй его вход подключен к выходу датчика напряжения, а выходы логических элементов И и ИЛИ соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности.

а

fa

6 с

О

f.i

ft тг

Lt

П

Использование: бесперебойное энергоснабжение радиоэлектронной аппаратуры при провалах и при бросках напряжения питающей сети переменного тока. Сущность изобретения: преобразователь содержит однофазный мостовой выпрямитель (1), дроссель (2), силовые транзистор (3) и диод

MLj

Фаг. I