Устройство для выпрямления напряжения переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением. Цель изобретения - увеличение КПД. Устройство содержит диодный мост, подключенный к источнику переменного тока и состоящий из диодов 1 - 4. Последовательно с диодами 1, 4 включены ключевые элементы 5, 6. Общая точка соединения ключевых элементов 5, 6 подключена к выходному выводу, не соединенному с корпусом, а общая точка соединения диодов 2, 3 подключена к выходному выводу, соединенному с корпусом устройства. Конденсаторно-диодные цепи 7, 8 подключены своими входами и выходами соответственно между общими точками соединения диодов с ключевыми элементами и выходными выводами. В качестве ключевых элементов 5, 6 использованы незапираемые тиристоры, управляющая цепь каждого из которых включает накопительный конденсатор 35 (36), пусковой 47 (48) и разрядный 39 (40) транзисторы, резистор 45 (46), предотвращающий самозапирание тиристора, и ограничивающие резисторы 37 (38), 41 (42), 49 (50). Указанное выполнение ключевых элементов и их управляющих цепей позволяют уменьшить мощность рассеяния в управляющих цепях за счет обеспечения импульсного тока через управляющий электрод каждого тиристора и пускового маломощного транзистора с высокоомным пусковым ограничивающим резистором. При этом в пусковой цепи каждого тиристора имеет место незначительное потребление тока от входного источника питания. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1578 95

А2 (g1)g H 02 М 7/10

&

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Шиг.!

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61 ) 1275704 (21) 4299855/24-07 (22) 20.08 ° 87 (46 ) 15,07.90. Вюл. М 26 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро специального технологического оборудования (72) В.И.Осадчий (53) 621.314.54 (088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

У 1275704, кл. Н 02 М 7/10, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПРЯМПЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением. Цель изобретения — увеличение

КПД. Устройство содержит диодный

2 мост, подключенный к источнику переменного тока и состоящий из диодов

1-4. Последовательно с диодами 1,4 включены ключевые элементы 5,6.Общая точка соединения ключевых элементов

5 и 6 подключена к выходному выводу, не соединеному с корпусом, а общая точка соединения диодов 2,3 подкпюяена .к выходному выводу, соединенному с корпусом устройства. Конденсаторно-диодные цепи 7,8 подключены своими входами и выходами соответственно между общими точками соединения диодов с ключевыми элементами и выходными выводами. В качестве ключевых элементов использованы незапираемяе тиристоры 5 и 6., управляющая цепь каждого из которых включает накопительный конденсатор 35 (36 ), пусС:

1578795

55 ковой 47 (48) и разрядный 39 (40) транзисторы, резистор 45 (46), предотвращающий самоэапирание тиристора, и ограничивающие резисторы 37 (38), 41 (42), 49 (50) . Указанное выполнение ключевых элементов и их управляющих цепей позволяет уменьшить мощность рассеяния в управляющих целях за счет обеспечения импульсного

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением, и является дополнительным к основному авт. св. 1! 1275704.

Цель изобретения — увеличение .КПД устройства.

На фиг.1 представлена.электрическая схема устройства дпя выпрямпения напряжения переменного тока; на фиг.2 — осциллограммы напряжений в конкРетных .точках, где Uz„, U >„Д, Uq « — входное, выходное и пусковое напряжения, U — напряжение на со- отв етств ующем конденсаторе.

В устройстве (фиг.1 ) один входной вывод для подключения источника напряжения переменного тока соединен с анодом диода 1 и катодом диода 2, а другой входной вывод — с катодом

3 и анодом диода 4 выпрямительного моста. Катод диода 1 соединен с анодом незапираемого тиристора 5., катод диода 4 — с анодом незапираемого тиристора б, а катоды тиристоров 5 и 6 подсоединены к выходной плюсовой шине, не соединенной с корпусом. Аноды диодов 2 и 3 соединены с общей минусовой выходной шиной.

Рассмотрим соединение талька верхнего плеча моста (указывая элементы нижнего плеча в скобках), так как верхнее и нижнее плечи моста подключены одинаково.

В конденеаторно-диодной цепи 7 (8) конденсатор 9 (10) подключен к катоду диода 1 (4), другой вывод конденсатора 9 (!О) соединен с катодом разрядного диода 11 .(12) и анодом зарядного диода 13 (14), анод диода

11 (12) подсоединен к общей минусовой выходной шине питания, ! 5

40 тока через управляющий электрод каждого тиристора и пускового мапомощного транзистора с высокоомным пусковым ограничивающим резистором, При этом в пусковой цепи каждого тиристора имеет место незначительное потребление тока от входного источника питания. 2 ил.

В конденсаторно-диодной цепи

15 (16) конденсатор 17 (18) соединен с катодом диода 13 (14) предыдущей цепи, анодом разрядного диода 19 (20), подсоединенного катодом к диоду 1 (4) моста, другой вывод конденсатора

17 (18) соединен с анодам зарядного диода 21 (22) и катодом разрядного диода 23 (24), подсоединенного анодом к общей минусовой выходной шине питания.

В конденсаторно-диодной цепи 25 (26) конденсатор 27 (28) соединен с катодом диода 21 (22) предыдущей цепи, анодом разрядного диода 29 (30), подсоединенного катодом к диоду 1 (4) моста, другой вывод конденсатора

27 (28) соединен с катодом разрядного диода 31 (32), подсоединенного анодом к общей минусовой шине питания, и анодом зарядного диода 33 (34), подсоединенного катодом к плюсовой выходной шине.

Катод незапираемого тиристор а

5 (б) подключен к выводу накопительного конденсатор а 35 (36 ), a его управляющий электрод через первый ограничивающий резистор 37 (38) — к коллектору разрядного тр анзистор а

39 . (40 ) и через втор ой огр аничивакщий резистор 41 (42) — к плюсовому выводу последнего конденсатора

28 (27 ) конденсаторна-диодной цепи

26 (25). Эмиттер разрядного транзистора 39 (40) соединен с другим выводом накопительного конденсатора

35 (36) и через коммутирующий диод

43 (44) — с положительным выводом последнего конденсатора 27 (28) конденсаторно-диодной цепи 25 (26), а

pro база через резистор 45 (46) с каплектором пускового транзистора

47 (48) . Эмиттер транзистора 47 (48) соединен с общей выходной минусовой

1578795

35 шиной, а его база через третий ограничивающий резистор 49 (50) — с катодом ди ода 3 (2 ) мос та.

Устройство работает следующим об5 р азом.

В положительный полупериод напряжения переменного тока выпрямительные диоды 1 и 3 моста открыты, а диоды 2 и 4 закрыты. В этот момент тиристор 5, включенный последовательно с открытым диодом 1 моста, должен быть наоборот закрыт в течение . всего полупериода, а тиристор 6, включенный последовательно с закрытым диодом 4 моста, должен бысть,наоборот, открыт в течение всего полупериода. Следовательно, конденсаторы

9,17 и 27 конденсаторно-диодных цепей 7, 15 и 25 будут соединены пос- 20 ледовательно через зарядные диоды

13, 21 и 33 и сопротивление нагрузки., Суммарное напряжение на них будет равно выпрямленному напряжению сети.

Разрядные диоды 11, 19, 23, 31 и 29 25 будут закрыты, так как выпрямленное напряжение прикладывается к ним в обратном направлении. В этот момент конденсаторы 10 18 и 28 конденсаторно-диодных цепей 8, 16 и 26 будут 3р соединены параплельно через разрядные диоды 12, 20, 24, 30 и 32 и через открытый тиристор 6 подключены параллельно нагрузке,поддерживая ток в ее цепи, так как они были заряжены в предыдущий папупериод напряжения переменного тока. Напряжение на нагрузке при наличии одного конден сатора в конденсаторно-диодной цепи в два раза меньше выпрямленного нап — 40 ряжения сети, при напичии двух конденсаторов — в три раза меньше выпрямленного напряжения сети и при наличии трех конденсаторов — в четыре р аз а меньше выпрямленного напряжения сети и т.д, Таким образом, через нагруз ку одновр еменно пр оходит не толъко ток заряжающейся группы последовательно соединенных конденсаторов, Ho H ToK p азряжающеися группы nap аплельно соединенных конденсаторов, что снижает уровень пульсаций напряжения на нагрузке.

Переключение тиристоров происходит следующим о бр азом.

Допустим, что в момент включения напряжения переменного тока на входе устройства наблюдаем полоямтельный полупериод напряжения. Тогда диоды

1 и 3 моста будут открыты, а диоды

2 и 4 закрыты. Пусковой транзистор

47 будет закрыт, так как к его базе через ограничивающий резистор 49 прикладывается отрицательное напряжение, а пусковой транзистор 48 открыт, . так как к его базе через ограничивающий резистор 50 прикладывае1ся положительное напряжение. Ток базы пускового транзистора 48 очень мал, так как он коммутирует ток базовой цепи разрядного транзистора. Поэтому ограничивающие резисторы 49 и 50 имеют большое сопротивление. С ростом амплитуды переменного напряжения мощность рассеяния на них возрастает, но она незначительна по сравнению с мощностью рассеяния в цепях управляющих электродов тиристоров.

Отпирание пусковых транзисторов происходит чуть позже начала палупериода переменного напряжения, т.е. тогда, когда ток через ограничивающий резистор достигнет величины, доста— точной для отпирания этих транзисторов (см. осциллограммы фиг. 2 ), но это не нарушает работоспособности устройства.

В первый полупериод переменного напряжения оба тиристора 5 и 6 закрыты, так как накопительные конденса— торы 35 и 36, обеспечивакщие питанием цепи управляющих электродов тири стор ов, не з аря жены . В этот момент только заряжаются конденсаторы 9,17 и 27 через нагрузку до уровня выпрямленного напряжения сети и заряжается накопительный конденсатор 35 через диод 43 до напряжения на конденсаторе 27 конденсаторно-диодной цепи 25, В следукхций отрицат ельный полупериод напряжения переменногО. тока на входе устройства диоды 2 и 4 моста открыты, а диоды 1 и 3 закрыты. Пусковой транзистор 47 откроется чуть позже начала полупериода переменного напряжения, а пусковой транзистор

48 будет закрыт весь период переменного напряжения. Соответственно откроется через резистор 45 только разрядный транзистор 39 и накопительный конденсатор 35 разрядится через ограничивающий резистор 37 и переход,управляющи элек трод-катодом тиристора 5. Диод 43 закрыт. В результате. в цепи управляющего электрода тиристора 5 рассеется незначительная им157879 5 пульсная мощность. Тиристор 5 откроется и конденсаторы 9, 17 и 27 подключаются параллельно нагрузке,поддерживая toK в ее цепи. В этот попупериод переменного напряжения происходит заряд последЬвательно соединенных конденсаторов 10, 18 и 28 через нагрузку до уровня выпрямленного напряжения сети и заряжается накопительный конденсатор 36 через диод 44

10 до напряжения на конденсаторе 28 конденсаторно-диодной цепи 26.

Затем на входе повторяется полояжзакрыты, диоды 1 и 3 моста открыты, пусковой транзистор 47 и соответств енно разрядный тр анэи стор 39 закрыты,пусковой транзистор. 48 и соответственно разрядный транзистор 40 открыты. В результате накопительный конденсатор 36 разряжается через îrраничивающий резистор 46 и переход, упр авляющий электрод-катодом тиристора 6, и последний открывается,подключая конденсаторы 10, 18 и 28 параллельно нагрузке. Так как напряжение на конденсаторах 10, 18 и 28 больше, чем напряжение на уже разрядившеися группе конденсаторов 9, 17

25

30 и 27, то ток через тиристор. становится меньше тока отпускания, т.е. практически равным нулю, и он закрывается, отключая от нагруз ки конден35 саторы 9, 17 и 27. Зарядные диоды

13, 21 и 33 этой группы конденсаторов будут закрыты до тех пор, пока амплитуда выпрямленного напряжения . сети не превысит суммарное напряжение на них. Затем зарядные диоды 13,21 и 33 будут открыты до момента, пока амплитуда выпрямленного напряжения сети не станет меньше суммарного напря40 жейия на уже заряженных конденсаторах 9, 17 и 27. Поэтому в момент отпирания зарядных диодов на последнем конденсаторе конденсаторна-диодной цепи по отношению к общему проводу, соединенным с корпусом, наблюдается (см. осциллограмму фиг.2 ) удвоенное напряжение, равное напряжению на нагрузке и этом конденсато45

50 ре, В этот момент кратковременно отпирается коммутирующий диод 43 и про- 5g исходит заряд накопительного конденс атор а 35 до уровня напряжения на нагрузке . Затем диод 43 одновременно с зарядными диодами закроется, тепьныи полупериод переменного напря- 15 жения, при котором диоды 2 и 4 моста

Так как последовательно соединенные конденсаторы 9, 17 и 27 заряжаются через нагрузку, то напряжение . на параллельно соединенных конденсаторах 10, 18 и 28 в момент их заряда возрастает (см. осциллограмму ф г.2), что может привести к самозапиранию тиристора 6 (ток через него становится меньше тбка отпускания) и нарушению режима работы устройства. Чтобы этого не происходило, введены ограничивающие резисторы 41 и

42, В тот момент., когда ток через тиристор 6 уменьшается, на него подается отпирающий импульс через резистор 42 с последнего конденсатора 27, на котором именно в этот момент нап" ряжение по отношению к общему проводу удваивается, т. е, становится равным сумме напряжений на нагрузке и этом конденсаторе. Отпир ающий импуль с на управляющем электроде тиристора

6 кратковременен, поэтому не происходит значительного рассеяния мощности на р„езисторе 42.

Формул а из о бр етения

Устройство для выпрямпения напряжения переменного тока по авт. св.

Р 1275704, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения КПД, каждыи ключевой элемент выполнен в виде незапираемого тиристора,анод которого подключен к катоду соответствующего диода мостового выпрямителя, а катод — к второму выходному выводу, управляющая цепь каждого тиристора включает пусковой и разрядный транзисторы, накопительный конденсатор, резистор,предотвращанщий самозапирание тиристора, и ограничивающие резисторы, причем катод тиристора соединен с выводом накопительного конденсатора, а управляющий электрод через первый ограничивающий резистор — с коллектором разрядного транзистора и через второй ограничивающий резистор — с плюсовым выводом последнего конденсатора конденсаторно-диодной цепи, противоположной той, к которой подключен указанный тиристор, эмиттер разрядного транзистора соединен с другим выводом накопительного конденсатора и через коммутирующий диод, включенный в прямом направлении, с положительным выводом

157879

Составитель Л.устинкина

Техред Л.Олийнык Корректор Н. Ревская

Редактор А. Долинич

Заказ 1921 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

fl н

Производственно-издательско комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 последнего конденсатора конденсаторно-диодной цепи, к которой подключен указ анный тири ст ор, ба э а р азрядно го транзистора соединена через укаэанный резистор с коллектором пускового транзистора, эмиттер которого соеди5

1О нен с первым выходным выводом, а база через третий ограничивающий резистор — с входной цепью переменного тока, противоположной той, в которую включены укаэанные тиристор и диод мост ов ого выпрямителя.