Преобразователь выпрямленного напряжения сети Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫ Изобретение относится к преобразовательной технике н может, в частности, использоваться при разработке вторичных источников электропитания. Известно устройство, которое состоит из конвертора, выполненного по упрощенной мостовой тнрнсторно-емкостной схеме преобразователя с носторонним возбуждением, на вход которого подключен емкостный фильтр и подается выпрямленное напряжение сети через ограничитель зарядного тока емкостного фильтра. Этот ограничитель состоит из параллельно включенных резистора и тиристора, к управляюгцему переходу которого подключена цепочка, состоящая из параллельно соединенных конденсатора и резистора. Кроме того, управляющий электрод данного тиристора подсоединен через последовательно включенные диод и резистор с точкой соединения первичных обмоток накопительных трансформаторов инвертора. К достоинствам данного преобразователя следует отнести наличие в нем ограничителя зарядных токов емкостного фильтра, действующего в переходном процессе после включения напряжения сети. Иедостаткп этого пр образователя обусловлены нснользованием С МЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. Так как в тиристорном инверторе необходимо использовать реактивные элементы в силовых цепях для перевода тиристоров из открытого состояния в запертое, то это приводит к относительно низким массогабаритным показателям в сравнении с транзисторными инверторами при выходной мощности десяткн - сотни ватт. Наиболее близким но своей технической сущности является устройство, состояь;ее из выпрямителя сетевого напряжения, инвертора и узла запуска. Инвертор представляет собой транзисторный мост, в одну диагональ которого подключен источник входного напряжения, содержащий сетевой выпрямитель с емкостным фильтром, а в другую днагональ - первнчная обмотка трансформатора, имеющего обмотки положительной обратной связи, подсоединенные к управляющнм переходам транзисторов, зел запуска содержит RC-генератор одиночного имиульса, подключенный к источнику входного нанряжения инвертора, н траизнсторно-трансформаторный ф)ормнрователь, цеиь питания которого подключена к иаконительиому конденсатору RC-цепи упомянутого генератора, а выход последнего- ко входу этого формирователя. Вто1лтпгт,т,а ..Л/-.Т-1.-П тп ; иг Нчшл т отпп гЬгт птппвателя подсоединены к управляющим переходам транзпсторов противоположных плеч моста инвертора.

При подключении сетевого напряжения к устройству из-за заряда емкостного фильтра в диодах сетевого выпрямителя возникают большие токовые перегрузки (сотни ампер), вызывающие часто выход из строя указанных диодов, что приводит к снижению надежности работы преобразователя. Указанные токовые перегрузки вызывают повыщенный уровень помех п промыщленной сети переменного напряжемия, что нередко прпводпт к сбою в работе тех устройств, которые подключены к этой сети. Кроме того, вторичные источники питания часто должны восстанавливать свою работоспособность без постороннего вмещательства прн внезапном проиадаи 1и 11апряжения сети и повторном его возникновении независимо от длительностн интервала, в течение которого отсутствовало напряжение сети. В этом устройстве не выиолняется это требование, т. к. генератор одиночного импульса подключен к емкостному фильтру сетевого выпрямителя, поэтому запуск преобразователя ПрОПСХОДИТ только лишь ВТОМ

случае, если после выключения сети повторное ее включение произойдет по мстеченнп интервала времени, необходимого для разряда указанного емкостного фильтра. Это сужает область пр1 ме 1ення ирототппа.

Целью изобретения является повышение надежности и расширенне функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем сетевой выпрямитель, выход которого через тирпстор, шунтированный резнстором, связан с конденсатором фильтра, подключенный ко входу самовозбуждающегося транзистор)1О-трансформаторного инвертора, а также узел запуска, состоящий из RC-генератора одиночного импульса п транзнсторно-трансформаторного формирователя, выходы которого соед, нены с управляющпми переходам; транзисторов инвертора, траисформатор щшертора снабжен дополнительной обмоткой, которая через дополннтельный резистор подключена к управляющему переходу тиристора, зашунтированному обратным диодом, а вновь введенный конденсатор иодключен ко входу RC-генератора одппочиого импульса, один из входных выводов которого подключен к общей шине сетевого выпрямителя, а другой через дополнительные резнстор и диоды к вводам сети.

На чертеже представлена иршидипиальная схе.ма преобразователя выпрямленного аиряжения сети.

Преобразователь выпрямленного напряжения сети содержит сетевой выпрямитель (диоды 1-4), цепочку, состоящую пз параллельио соединенных резистора 5 и Т1 Г управляющему участку которого через резистор 8 подключена дополнптельная обмотка 9 трансформатора 10, емкостный фнльтрП, инвертор 12, узел запуска, состоящнй нз RC-генератора одиночного импульса 13, выпог,нен1;ого на транзнсторно.м аналоге двухбазового диода (транзисторы 14 и 15, резисторы 16, 17 и 18) и RC-цеии (резистор 19 и конденсатор 20), п трапзнсторнотрансформаторный формнрователь 21, выпол);енный на транзисторе 22 и трансформаторе 23, имеющий первпчиую обмотку 24 и вторичные обмотки 25, 26, подключеппые через соответствующ 1е элемеиты к управляющим переходам транзисторов 27 и 28 инвертора, конденсатор 29, который нодключен ко входу RC-генератора од1И1оч)Ого импульса, однн нз входных выводов которого нодключен к общей щнне сетевого

выпрямителя, а другой через резистор 30 и диоды 31, 32 к выводам сети.

Диоды 31 и 32 с диодами 1 и 4 образуют выпрямптельпый мост.

Преобразователь работает следуюищм

образом.

При подключеиин папря 1чеиия сети происходит заряд копдеисатора И через резистор 5, конденсатора 20 через резистор 19, ко11де)1сатора 29 через резистор 30. До тех

пор, пока напряжение на резисторе 17больnie нанряженпя на конденсаторе 20, транзнсторы 14 п 15 запе)ть:, иоэто ;у заперт и транзистор 22 формирователя 21, а следовательно, заперты тра 13 :сторы инвертора.

Для устранения значительного токового броска в сети в процессе включения преобразователя необходимо запуск инвертора 12 производить то,ько лишь того, когда и пря:: е1 ие иа конденсато е 11 достигиет

ст;;повившегося значения LO. т. е. но истечегиш времеии

Л,--3/,С„.(1)

А это возможно, если

.о;:,,(2)

где - , нсойход ;мое д,тя измеиения и пряжеи 1я на конде)1саторе 20 от нуля до значения Lnopi, нри котором ироисходит

лавинообразное вкл;оченпе транзисторов 14 и 15.

Резистор 30 предназначен для ограннчення до приемлемого уровня амплитуды зарядиою тока коиденсатора 29, поэтому

RzoC29- J uC2o, в результате чего иапряжеии на конденсаторе 29 достигает установнзщегося значен :я Lo в то время, когда нзнряжеьне на кон.денсаторе 20 не },тневает заметно нзмен ться. читывая, что Lo

260-340 В, а Lnopi 10 В, то с достаточHoii для практ11ческ11Х расчетов точностью можно счнтать, что заряд конде1 сатора 20 осуществляется ностоя1н:ь:м током и

г,,«

Решая совместно (1), (2) и (3), находим f ,CnUo

20

Если емкость конденсатора 20 соответствует этому условию, то сначала на конденсаторе И напряжение достигнет устаиовившегося значения UQ, и только лишь носле этого напряжение на конденсаторе 20 достигнет значения Uaof, при котором лавинообразно открываются транзисторы 14 и 15. Разрядный ток конденсатора 20, протекая через резистор 18 и управляюший переход транзистора 22, открывает последний. Таким образом обмотка 24 подключается к конденсатору 20. В каждой из обмоток 25 и 26 возникает одиночный импульс тока (его длительность определяется вре.менем перемагничивання сердечника трансформатора 23 от остаточной индукции до индукцнн насышения и должна соответствовать значению 3-5т, (где т-время включения транзисторов инвертора). Они открывают транзисторы 27 и 28, в результате инвертор запускается. Ток, протекаюший от обмотки 9 через резистор 8 и управляюш,ий участок тиристора 6, открывает носледний, который закорачивает резистор 5. После разряда конденсатора 20 транзисторы 14 и 15 остаются во включенном состоянии, тем са.мым исключается повторный заряд указанного конденсатора, поэтому формирователь 21 обесточнвается. Следовательно, узел запуска на дальнейшую работу ннвертора не оказывает влняния.

Благодаря тому, что частота работы ннвертора отличается обычно от частоты переменного нанряжения сети не менее, чем иа два порядка, то для тнрнстора 6 удалось использовать весьма простое одиоиолупериодггае управление (в один нолунериод преобразования ннвертора ток обмотки 9 протекает через управляющий участок тиристора 6, а в другой полупериод - через диод 7, который защишает упомянутый управляющий участок от пробоя обратным напряжением).

Следовательно, в момент включения напряжения сетн амплитуда импульса зарядного тока конденсатора 11 ограничивается резистором 5, поэтому выбором его сонротивления можно ограничить указаииую амплитуду до любого приемлемого уровня.

После момента отключения напряжения сети конденсатор 11 разряжается иа входное сопротивление инвертора, которое приближенно определяется, как

р УО

Авх - -

вх

где /вх - среднее значение входного тока инвертора, а конденсатор 29 разряжается через параллельно соединенные резисторы 16 и 19, т. к. при включенных транзисторах 14 и 15 иапряжения на резисторе 17 и конденсаторе 20 незначительны в сравнении с напряжениями на резисторах 16 и 19. Если выполнено условне

( - П 9D Г -I -VBX U

lO -|- «19

Т. е. емкость конденсатора 29 выбрана из соотношения

BxCii(/,8 )

С,в 0,2

18-

ТО его полный разряд пронзойдет за интервал времени, в течение которого напряжение иа конденсаторе 11 уменьшится не более, чем на 45%, т. е. в то время, когда инвертор работает за счет энергии, наконленной конденсатором 11, узел запуска готов к работе. Поэтому запуск преобразователя произойдет незавр симо от длительностн интервала вре.менн, в течение которого отсутствовало напрял енне сетн.

В нредлагаемом преобразователе можно вместо резистора 17 нспользовать стабилитрон, что позволяет получить в каждой нз

обмоток 25 и 26 практически постоянную амплнтуду нмнульса запуска незавнсимо от велич1И1ы напряжения сети,-а также вместо .мостового самовозбуждающегося инвертора можно иснользовать любой самовозбуждающийся инвертор. В это.м случае обмотка

25 нодк.иочается к унравляюш,ему переходу

одного 113 тра зистороз инвертора, а об.мотка 26 иа трансформаторе 23 исключается.

Введс;1не в известное устройство RCфильтра, диодов, резистора, дополнительной об.мотки на трансформаторе инвертора Быгод1;о отличает предлагаемый преобразователь от известного, т. к, исключены Б момоит включения напряжения сетн

бо.;ьшпе токовые нерегрузки (сотни ампер) диодов сстезою вь1иря.;ителя, что приводит к новы11;1.м1пю надежности работы преобразователя. Кро.мс тою, le снижая экономнчиости преобразователя, обеспечивается его

автоматiiiecKiifi запуск при внезапном пропадании иапряжеиня сети и иовторном его возникно:;ении независнмо от длительности 11итерва, времени, в течение которого отсутствовало напряжение сети. Это расшнряет фзикциональные воз.можности преобразовате.:Я, т. к. позволяет использовать его для электронитаиия устройств, которые эксплуатируются на объектах без обс.чужнваюн;его персонала.

Формула и 3 о б р е т е н н я

Преобразователь выпрямленного напряження сетн, содержащий сетевой выпрямитель, выход которого через тиристор, шунтированный резистором, связан с конденсатором фильтра, подключенным ко входу самовозбуждающегося транзисторно-траисфор.матор1юго ннвертора, а также узел

запуска, состоящий из RC-генератора одиночного импульса, один из входных выводов которого связан с общей шиной сетевого выирямителя н транзисторно-трансформаторного формирователя, выходы которого соединены с управляющими переходами транзисторов инвертора, отличающийс я тем, что, с целью иовыщения надежности и расширения функдиональных возможностей, трансформатор инвертора снабжен дополнительной обмоткой, которая через дополнительный резистор подключена к управляющему переходу тиристора, зашунтированного обратным диодом, а вновь введенный конденсатор подключен ко входу RC-генератора, соответствующий входной вывод которого через дополнительные резистор и диоды подключен к выродамдля подкотючення сети.