Фазозависимый преобразователь переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/22 

(54) ФАЗОЗАВИСИМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в измерительных устройствах, электроавтоматике и следящих системах. Известен фазозависимый преобразова тель переменного напряжения, содержа щий выпрямительный мост, входы которого подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а выходы соединены с первыми выводами двух резисторов и двух конденсаторов, при этом вторые выводы конденсаторов объединены и через источник опорного напряжения соединены со средним выводом вторичной обмотки трансформатора , вторые выводы резисторов соединены между собой и подключены к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с вторыми выводами конденсаторов, причем первичная обмотка трансформатора соединена с источником сигнала Г Недостатком известного устройства является наличие трансформатора, габа риты которого не позволяют микроминиатюризовать конструкцию преобразователя, а неидентичность его обмоток не позволяет уменьшить выходное напряжение ниже остаточного. Кроме того, наличие трансформатора понижает надежность преобразователя. Известен фазозависимый преобразо ватель, выполненный на двух выпрямительных мостах и двух трехобмоточных трансформаторах, причем входы первого выпрямительного моста подключены к первым выводам первых вторичных обмоток основного и дополнительного трансформаторов, вторые выводы которых соединены между собой, входы второго выпрямительного моста подключены к первым выводам вторых вторичных обморок указанных трансформаторов, вторые выводы которых также соединены между собой, при этом первичные обмотки основного и дополнительного трансформаторов подключены соответственно к источнику сигнала и источ- нику опорного напряжения, а первые выходы выпрямительных мостов сое/зинены между собой и со средней точкой двух резисторов, вторые концы которых подключены к вторым выходам выпрямительных мостов и к сопротивлению нагрузки 2 J. Недостатком указанного преобразователя также является наличие транср форматоров, габариты которых определяют в основном габариты преобразователя. Остаточное напряжение преобрач зователей, построенных с использованием трансформаторов, невозможно уменьшить вследствие неидентичности обмоток трансформаторов.и Дискретных элементов. Наличие трансформаторов ограничивает возможности микроминиатюризации преобразователя и понижает его надежность. Цель изобретения - повышение надежности преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в фазозависимом преобразователе переменного напряжения, содержащем выпрямительный мост и источник огюрногЪ напряжения, выпрямительный мост выполнен в виде восьми оптоэлектронных ячеек и источника коммутирующего напряжения, при этом входом преобразователя является диагональ моста, каждое плечо которого состоит из дву встречно включенных фотодиодов оптоэлектронных ячеек, а другая диагонал моста является выходом преобразовате ля, источник опорного напряжения под ключен к двум параллельно соединенны цепочкам, состоящим ИЗ четырех последовательно соединенных светодиодо оптоэлектронных ячеек двух противопо ложных плеч моста, источник коммутирующего напряжения подключен к двум параллельно соединенным цепочкам, со стоящим из четырех последовательно включенных модуляторов света двух пр тивоположных плеч моста и диода, при чем катоды диодов подключены к модуляторам света, а их аноды - к источникам коммутирующего напряжения. На фиг. 1 изображена электрическая схема фазозависимого преобразова теля переменного напряжения; на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие работу преобразователя. Преобразователь состоит из восьм оптоэлектронных ячеек 1-8, двух диодов 9 и 10, источника 11 сигнала. 93 4 источника 12 опорного напряжения и источника 13 коммутирующего напряжения . Сигнальная цепь преобразователя выполнена по мостовой схеме, в каждое плечо которой включено встречно по два фотодиода двух ячеек 1,2; 3,; 5,6 и 7,8 соответственно. Источник сигнала U 1 подключен к одной диагонали моста (выводы 14 и 15). К друной диагонали моста (выводы 16 и 17) подключается сопротивление нагруз ки 18. Модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 двух противоположных плеч моста соединены последовательно и подключены к источнику коммутирующего напряжения Uj через диод Я. Модуляторы света ячеек оптоэлектронных 3, и 5,6 двух других плеч моста соеь динены последовательно и через диод 10 также подключены к источнику коммутирующего напряжения. Светодиоды оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 двух противоположных плеч моста соединены согласно последовательно и подключены к источнику опорного напряжения U-, частота которого совпадает с частотой источника сигнала . Светодиоды оптоэлектронных ячеек 3, и 5,6 двух других плеч моста также соединены согласно последовательно и подключены к источнику опорного напряжения Uj.. Рассмотрим работу фазозависимого преобразователя переменного напряжения в предположении, что все источники имеют синусоидальную форму напряжения. В момент времени, когда на выводе 19 источника опорного напряжениями,по отношению к его выводу 20 действует положительное напряжение, ток способен проходить только через светодиоды оптоэлектронных ячеек 8,7 и 1,2. Синусоидальное напряжение источника опорного напряжения U-. показано на фиг. 2а. При прохождении тока через Светодиоды 8,7 и 1,2 происходит излучение света в положительные полупериоды напряжения Uj., (фиг. 26). В положительные полупериоды опорного напряжения через светодиоды 6,5 и 4,3 ток проходить не может и, следовательно, эти светодиоды свет не излучают. Период коммутирующего напряжения U(( больше периода коммутируемого напряжения U примерно на порядок. В момент времени, когда на выводе 21 источника коммутирующего напряжения по отношению к выводу 22 действу ет положительное напряжение (фиг. 2в) ток происходит через согласно включенный диод 9 и модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и 6,7. При синусоидальном напряжении источника коммутирующего напряжения значительной амплитуды модуляция све чения светодиодов осуществляется в первом приближении прямоугольными импульсами. Следовательно, в предлагаемом преобразователе наблюдается картина модуляции свечения светодиодов однополярными импульсами (фиг. 2г). При изменении знака опорного напряжения Up ток от вывода 20 проходит через светодиоды оптоэлектронных ячеек З, и 5,6 к выводу 19- Свечение светодиодов оптоэлектронных ячеек З, и 5,6 условно показано на фиг. 2д, однако модуляторы света эти ячеек не пропускают свечения своих светодиодов, так как в рассматриваемый пол упериод коммутирующего напря|Жёнйя тбк через указанные модуляторы :не проходит из-за запертого диода 10 I Рассмотренная картина наблюдается в течение положительного полупериода коммутирующего напряжения на выводе 2 В отрицательный полупериод коммутирующего напряжения от вывода 22 источника коммутирующего напряжения U| ток проходит через диод 10 и модуляторы света оптоэлектронных ячеек З, и 6,5 к выводу 21. Картина освещенности фотодиодов указанных оптоэлектронных ячеек приведена на фиг. 2е. В этот полупериод коммутирующего напряжения ток через модуляторы света оптоэлектронных яч(еек 1,2 и 7,8 не пропускает запертый диод 9 и поэтому фотодиоды указанных оптоэлектронных ячеек не освещаются. Напряжение Uj, на выводах 1 и 15 источника сигнала показано на фиг. 2ж. Рассмотрим одно из плеч моста сигнальной цепи, например, между выводом 1 источника сигнала и выводом 1б сопротивления нагрузки. В плече моста два фотодиода включены встречно, следовательно, один из них не препятству ет прохождению тока при любой фазе напряжения сигнала. Из фиг. 2в и 2г видно, что оба фотодиода плеча осве9786 щаются однополупериодными импульсами опорного напряжения Up в течение полупериода коммутирующего напряжения 1) В течение другого полупериода коммутирующего напряжения фотодиоды соответствующих плеч моста не освещаются и для тока остаются разомкнутыми. При этом напряжение на сопротивлении нагрузки 18 при напряжении, синфазном с опорным напряжением Up, имеет вид, показанный на фиг. 2з. В этом случае ток источника сигнала проходит от вывода }k через встречно включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 1, имеющей минимальное обратное сопротивле«ние вследствие его освещения о.ветом , светодиода через открытый модулятор света оптоэлектронной ячейки 1, прямо включенный фотодиод. оптоэлектронной ячейки 2, которыйтоже освещен, сопротивление нагрузки, встречно включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 7, который находится в режиме, подобном режиму фотодиода оптоэлектронной ячейки 1, включенный фотодиод 8 к выводу 15 источника 11 сигнала. В положительный полупериод напряжение источника сигнала Ug вследствие положительного полупериода напряжения Uj. обратно включенные светодиоды оптоэлектронных ячеек 6,5 и ,3 не светятся. Кроме того, обесточенные по цепи коммутирующего напряжения и, запертым диодом 10 модуляторы света указанных оптоэлектронных ячеек находятся в невозбужденном состоянии и не способны пропускать свет Поэтому встречно включенные по отношению к напряжению сигнала Uc фотодиоды оптоэлектронных ячеек 5 и 3 ток сигнала пропускать не могут и создают разрыв тех Плеч моста, в кот торые они включены. В отрицательные полупериоды напряжения источника сигнала на его выводе Н и источника опорного напряжения .на его выводе 19 через обратно включенные светодиоды оптоэлектронных ячеек 6,7 и 1,2 ток проходить не может и светодиоды не освещают фотодиоды указанных оптоэлектронных ячеек, несмотря на то, что модуляторы света открыты током источника коммутирующего напряжения. Вследствие того, что фотодиоды оптоэлектронных ячеек 8 и 2 не освеены соответствующими, светодиодами и не способны пропускать ток, напряжение сигнала на сопротивлении нагрузки отсутствует (фиг. 2з). Светодиоды двух других плеч моста светятся, однако это свечение не пропускается на фотодиоды обесточенными моду ляторами света в течение всего положительного полупериода на выводе 21 источника коммутирующего напряжения. В течение следующего положительного полупериода на выводе источника сигнала рассмотренная выше для этого полупериода картина повторяется . Так продолжается в течение всего полупериода коммутирующего напряжения. Длительность полупериода коммутирующего напряжения должна быть примерно на порядок больше длитель-ности полупериода напряжения сигнала в частном случае коммутирующее напряжение может быть выбрано постоянным. Во время отрицательного полупериода на выводе 21 источника кЬммутиру ющего напряжения модуляторы света оптозлектронных ячеек 7,8 и 2,1 обесточены запертым диодом 9- Открыты лишь модуляторы света оптоэлектронных, ячеек З, и 6,5. а в соответствующие моменты открываются фотодиоды этих оптоэлектронных ячеек. Следовательно, ток через сопротивление нагрузки проходит только в отрицательные полупериоды напряжения U(- на выводе It источника сигнала. Эпюры этого напряжения показаны на фиг. 2з в виде отрицательного однополупериод ного выпрямления в течение полуперио да коммутирующего напряжения. При изменении фазы источника сигнала на 180° относительно опорного напряжения (фиг. 2и) результат фазозависимого преобразования принимает вид, показанный на фиг. 2к. На фиг. 2 ж-к видно, что при изменении фазы напряжения источника сигнала на iBO фаза выходного напряжения преоб разователя также изменяется на IBO Если напряжение источника сигнала сдвинуто на 90 относительно опорног напряжения, то на выходе фазозависи мого преобразователя отсутствует си нал с частотой коммутирующего напря жения. При постоянном значении коммутирущего напряжения в качестве полезноо сигнала на выходе фазозависимого реобразователя можно использовать остоянную составляющую напряжения на опротивлении нагрузки. Изобретение позволяет отказаться т применения трансформаторов, габаитами которых определяется объем азозависимого преобразователя, что свою очередь позволяет микроминитюризировать конструкцию преобразователя и повысить его надежность. Формула изобретения Фазозависимый преобразователь переменного напряжения, содержащий выпрямительный мост и источник опорного напряжения, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и микроминиатюризации выпрямительный мост выполнен в виде восьми оптоэлектронных ячеек и источника коммутирующего напряжения, при этом входом преобразователя является диагональ моста, каждое плечо которого состоит из двух встречно включенных фотодиодов оптоэлектронных ячеек, а другая диагональ моста является выходом преобразователя, источник опорного напряжения подключен к двум параллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последовательно соединенных светодиодов оптоэлектронных ячеек двух противоположных плем моста, источник коммутирующего напряжения подключен к двум параллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последоватеаьно включенных модуляторов света двух противоположных плеч моста и диода, причем катоды диодов подключены к модуляторам света, а их аноды - к источнику коммутирующего напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Лукес Ю. X. Схемы на полупроводниковых диодах. М., Энергия, 1972, с. 96. 2.Лукес Ю. X. Схемы на полупроМ., Энергия водниковых диодах. 1972, с. 97.

/