Сетевой однофазный управляемый выпрямитель

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника электропитания в радиоэлектронной аппаратуре. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей. Эффект обусловлен введением новых связей между основными элементами схемы и вновь введенными. Имеется шесть диодов 1 - 6, два накопительных конденсатора 10, 11 и три управляемых ключа 7, 8, 9, управляемых от системы 12 управления. При этом предусмотрена система управления, позволяющая управлять устройством, обеспечивая потребление тока от сети в каждый полупериод преобразуемого напряжения и увеличивая частоту преобразования. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч)5 Н 02 М 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

17 (21) 4428482/24-07 (22) 23.05.88 (46) 30.12.90: Бюл. М 48 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Л.М.Браславский, А.М.Сажнев, Е.Н.Басин и В.Г.Кобылянский (53) 621.314.632(088.8) (56) Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет/ Под ред. С.Д.Добика и Е.И.Гальперина, M. Советское радио, 1969, с, 235.

Авторское свидетельство СССР

М 797021, кл. Н 02 М 7/12, 1976. (54) СЕТЕВОЙ ОДНОФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 4 1617580 А1 (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника электропитания в радиоэлектрон ной аппаратуре, Цел ь изобретения — улучшение энергетических показателей. Эффект обусловлен введением новых связей между основными элементами схемы и вновь введенными. Имеется шесть диодов 1-6, два накопительных конденсатора 10, 11 и три управляемых ключа

7, 8, 9, управляемых от системы 12 управления, При этом предусмотрена система управления, позволяющая управлять устройством, обеспечивая потребление тока от сети в каждый полупериод преобразуемого напряжения и увеличивая частоту преобразования. 2 з.п. ф-л ы, 5 ил.

161 Н80

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника электропитания в радиоэлектронной аппаратуре.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей, На фиг, 1 приведена схема предложенного выпрямителя; на фиг. 2 — структурная схема блока управления для двухтактного выпрямителя; на фиг. 3 — то же, для четырехтэктного выпрямителя; на фиг, 4 и 5 — диэгрэммы, поясняющие работу рвух- и четырехтактного выпрямителя соответственно.

Устройство по фиг. 1 содержит шесть диодов 1-6, у первого и второго из которых соединены анод и катод (диоды 1, 2). Между объединенными анодами диодов 1, 3 и объединенными катодами диодов 2, 4 включен основной управляемый ключ 7, Дополнительные управляемые ключи 8, 9 входами подключены к выводам конденсатора 10, а выходами — к выводам конденсатора 11.

Блок 12 управления своими выходами подклк чается с соответствующими входами управляемых ключей 7, 8 и 9. Один входной вывод 13 подключен к аноду диода 2 и като,qy диода 1. Другой входной вывод 14 noqключен к точке соединения последовательно со лэсно включенных диодов 5 и 6. При этом указанная цепочка диодов .:«шунтирована конденсатором I0, ка год диода 5 соединен с катодом диода 3, э од диода 6 соедин,нен с анодо диода "-.

Выходные выводь, 15 и 16 образовань: выходами у, рэвляемых ключей 8, 9. Выкп,,ной аывор, 17 ссединен с входным вывода 14.

Блок 12 управления входами 18 !и 19 соединен соответственно с вывода и 13 и

14, а выходами 20. 21 и 22 — с управляющими электродами 23, 24 и 25 упрзвляемык ключей 7, 8 и 9 соответственно. Источник перемен ного на и ряже ив (сеть) подкл ючается фэзной шиной к входному выводу 13, э нейтрально (О) — к входному выводу 14. Нагрузка выпрямителя (потребитель) подключается к в-;ходкому выводу 17 и к однол у из выходных выводов 15 или 16 в зэв.1симости от тр ." ОМОЙ полярности вы ходного нэпрялкения относительно вывода

17, при этом другои из выводов 15 или ",6 соединяется с выводом 17, Блок 12 управления (фиг. 2) ссдержит синхронизатор 26, формирователь 27 задержки, формирователь 28 времени заряда, другой формирователь 29 за,",ержки„ВЯrpvrrep 30 и два согласующих каскада 31 и

32.

Выход синхро иэатора 26 соединен с

Р.входом Р -триггера 30, а через формиро5

lg g

30 .,г

g0

55 ватель 27 задержки, формирователь 28 времени заряда и формирователь 29 зэдержки— с S-входом RS-триггера 30, выход которого через согласующий каскад 32 соединен с управляющими электродами управляемых ключей 8 и 9. Кроме того, выход формирователя 28 времени заряда через согласующий каскад 31 соединен с управляющим электродом управляемого ключа 7, Блок 12 управления управляет работой ключей 7, 8 и 9 в соответствии с диаграммами. показанными на фиг, 4, где 01, Uc10, 0я, Uy — соответственно напряжение сети на конденсаторе 10, нл нагрузке и управляюшие импульсы; 4 — ток заряда конденсатора 10; t>-тз — моменты синхронизирующих импульсов; Т вЂ” период напряжения сети, T>, Tt — время заряда и разряда конденсатора 10. С этим блоком управления выпрямитель работает в двухполуперисдном двухтактном режиме, преобразуя амплитудное значение напряжения сети, Блок 12 управления (фиг. 3) содержит генератор тактовых импульсов(ГТИ) 33, синхронизатор 34, счетчик 35, четыре цифровых компаратора 36, комбинационный узел 37 и два согласующих каскада 38 и 39.

Выход синхронизатора 34 соединен с

Р-входом счетчика 35, С-вход которого соединен с выходом ГТИ 33, а выход соединен информационной шиной с входом цифровых компарэтором 36, на другие входы которых заведены опорные числа. Выход каждого компараторэ(т1 — t4) ерез комбинационнь и узел 37 соединен с Eto BML1 согласующих каскадов 38 и 39. выходы 20, 21 и 3» которых соединены с соотве ствуюгцими управляющими электродами 23, 24 и 25 ключей7,8и9.

Этот блок управления управляет работой ключей в соответствии с диаграммами, показанными на фиг. 5, где U — ал плитyдное значение напряжения сети, t< — а— опорные числа, остальные обозначение, как на фиг. 4.

С описанным блоком управления выпрямитель работает в двухполупериодном четырехтактном режиме. преобразуя напряжение сети на уровне 0.7 0Т амплитудного значения.

Устройство работает следующим образом.

К выводу 13 (фиг. 1) подключается фазнэя шина первичного источника или сети, а к клемме 14 — нейтраль. Пусть нэ нагрузке гребуется напряжение положительной полярности относительно нейтрали. Тогда нагрузка подключается к выводам 15 и 17, а вывод 16 должен быть соединен с выводол.

1617580

Выпрямитель с блоком 12 управления согласно фиг. 2 работает следующим образом.

В установившемся режиме на конденсаторах 10 и 11 имеется напряжение, полярность которого указана на фиг. 1, а форма— на фиг. 4. В момент t1 прекращается подача управляющего напряжения Uy на ключи 8 и

9, которые в пределах времени задержки

1зад 12 — t1 закрываются, и ток разряда конденсатора 10 прекращается, Начиная с

МОМЕНта t2 И ДО МОМЕНта т4, НаПРЯжЕНИЕ Ои на нагрузке Поддерживает заряженный конденсатор 11. В момент 12 с блока 12 управления поступает управляющее напряжение, которое открывает зарядный ключ 7 и удерживает его в этом состоянии в течение времени заряда ta. Образуется цепь для потребляемого от сети в положительный полупериод тока заряда ia конденсатора 10: вывод 13 — диод 2 — ключ 7 — диод 3— конденсатор 10 — диод 6 — вывод 14. Конденсатор 10 накапливает энергию, подзаряжаясь до максимального напряжения. В момент ta прекращается подача управляющего напряжения и ключ 7 в пределах taap до момента t4 закрывается. B момент t4 с блока 12 управления подается управляющее напряжение на ключи 8 и 9, которое открывает эти ключи и удерживает их в этом

СОСТОЯНИИ В ТЕЧЕНИЕ ВРЕМЕНИ РаЗРЯДа т1т.

Образуется цепь разряда конденсатора 10: положительная обкладка конденсатора 10— ключ 8 — параллельно включенные конденсатор 11 и нагрузка — ключ 9 — отрицательная обкладка конденсатора 10. В течение t> напряжение на нагрузке Ои создают конденсаторы 10 и 11. Начиная с этого момента цикл заряд — разряд повторится, но теперь уже в отрицательный полупериод напряжения сети U1 заряд конденсатора 10 будет осуществляться по другой цепи: вывод 14— диод 5 — конденсатор 10 — диод 4 — ключ 7— диод 1 — вывод 13. Таким образом, за период преобразуемого напряжения энергия от сети потребляется на подзаряд конденсатора

10 дважды — каждый полупериод.

Блок 12 управления (фиг. 2) работает следующим образом.

Синхронизация 26 вырабатывает в каждый полупериод преобразуемого напряжения один синхроимпульс (фиг. 4) в моменты

t». t12, т1З....

Передним фронтом синхроимпульс переключает RS-триггер 30 в нулевое состояние и, тем самым, согласующий каскад 32 запирается и закрывает разрядные ключи 8 и 9. Этот же синхроимпульс, задержанный формирователем 27 задержки на время т,ед, необходимое для полного закрывания раз5

55 рядных ключей, передним фронтом запуска- " ет формирователь 28 времени заряда, который вырабатывает управляющий импульс момента t2 длительностью тз. Этот импульс через согласующий каскад 31 открывает ключ 7 и удерживает его в открытом состоянии в течение времени заряда. Этот же импульс задним фронтом запускает формирователь 29 задержки. Выходной импульс формирователя 29 задержки своим задним фронтом в момент t4 переключает триггер 30 в единичное состояние. Своим выходным импульсом триггер 30 через соглаеующий каскад 32 открывает разрядные ключи 8 и 9 и удерживает их в таком состоянии в течение времени разряда 1р, В момент t5, что соответствует синхроимпульсу

t12, цикл работы блока управления начнет повторяться. Длительность одного цикла работы блока управления равна половине периода преобразуемого напряжения.

Работа выпрямителя с блоком 12 управления по фиг. 3 отличается от работы с блоком управления, выполненным по схеме фиг. 2, лишь тем, что цикл заряд — разряд конденсатора 10 осуществляется каждуа четверть периода преобразуемого напряжения (фиг. 5) по тем же цепям заряда и разряда, При этом выходное напряжение выпрямителя ниже, так как конденсатор 10 заряжается до максимального напряжения, равного 0,7 от амплитудного значеньвя напряжения сети. Выбор такого уровня определ я ется равной длительность ци клое, симметрией формы выходного напряжения и отсутствием в нем низкочастотной составляющей пульсации. Частота первой гармоники пульсации напряжения на нагрузке равна 4 сети.

Блок 12 управления (фиг, 3) работает следующим образом.

Синхронизатор 34 в моменты перехода напряжения сети U1(фиг. 5) через нуль вырабатывает синхроимпульсы, которые поступают на вход установки нуля счетчика 35 и каждый раз прерывают счет, На счетный вход счетчика 35 поступают импульсы с выхода генератора 38 тактовых импульсов.

С выходов счетчика 35 текущее значение счета по информационной шине поступает на входы четырех компараторов 36, на другие входы котсрых заведены опорные числа, определяющие моменты (t1 и тг, хз и с4) начала и конца заряда конденсатора 10 (фиг. 1) по уровню 0,7Um. В момент равенства числа импульсов, поступающих от ГТИ 33 через счетчик 35 и опорного числа каждый компаратор вырабатывает импульс соответственно в моменты t1, t2, Q u t4. Эти импульсы поступают на комбинационный узел 37, ко1617580

Л7 торый формирует управляющие импульсы заряда, разряда и задержки соответственно длительностью ts, тр и tggp. Через согласующие каскады 38 и 39 они управляют работой ключей 7, 8 и 9. 5

Таким образом, предложенный выпрямитель потребляет энергию от сети и в положительный, и в отрицательный полупериоды преобразуемого напряжения, т.е. он является двухполупериодным выпря- 10 мителем с общей нейтралью.

Формула изобретения

1. Сетевой однофазный управляемый выпрямитель, содержащий шесть диодов, у первого и второго из которых соединены 15 катод и анод, соответственно и подключены к одному из двух входных выводов, анод третьего диода соединен с анодом первого, катод четвертого диода соединен с катодом второго, пятый и шестой диоды соединены 20 последовательно согласно и эашунтированы первым из двух конденсаторов, три выходных вывода и основной управляемый ключ с блоком управления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения энергетиче- 25 ских показателей, дополнительно введены два управляемых ключа, выход каждого из которых соединен с выходным выводом соответствующей полярности, между которыми включен второй конденсатор, вход 30 каждого из указанных ключей подключен к соответствующему выводу первого конденсатора и свободным выводам третьего и четвертого диодов соответственно, основной управляемый ключ включен между объеди- 35 ненными анодами первого и третьего и катодами второго и четвертого диодов, точка соединения пятого и шестого диодов подключена к второму входному выводу, соединенномутакже с общим вых<фным выводом, 40 а управляющие входы всех управляемых ключей соединены с выходами блока управления.

2. Выпрямитель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит синхронизатор, два формирователя задержки, формирователь времени заряда, RS-триггер и два согласующих каскада, причем вход синхронизатора соединен с первой и второй входными выводами выпрямителя, а выход— с R-входом и через первый формирователь задержки, формирователь времени заряда, второй формирователь задержки — с S-входом RS-триггера, выход которого через первый согласующий каскад соединен с управляющими входами первого и второго укаэанных дополнительных управлямых ключей, кроме того, выход формирователя времени заряда через второй согласующий каскад соединен с упоминающим входом основного управляемого ключа.

3. Выпрямитель по п, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения пульсации выходного напряжения путем увеличения частоты преобразования, блок управления содержит синхронизатор, генератор тактовых импульсов, счетчик, четыре цифровых компаратора, комбинационный узел и два согласующихся каскада, причем вход синхронизатора соединен с первой и второй входными клеммами выпрямителя, а выход— с R-входом счетчика, С-вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен с соответствующими входами цифровых компараторов, на другие входы которых заведены опорные числа, при этом выход каждого компаратора через комбинационный узел и первый и второй согласующие каскады соединен с управляющими входами соответственно основного, первого и второго дополнительных управляемых ключей.! б !7580 ра

Щур

U„,i ! !(1, !

1 1

0 1 4Щ

С!О

1!! Ц !!

I! () ll

II !

Фиг 1. /"! ) л! Lj Ц

Г, !

Ъ,о

1! Р1/7. (II т

g л 1!

tg З ВВ Од z (! !

T ) РЛ 1 ! (, !! !! И !! -. 11

)I lj !

1617580 1

6Я

Ю т

Ц 7Еlру

1 2

Редактор М. Келемеш

Заказ 4126 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Сидр.

4(МР

ГТИ а ция

/ГОИП

/й д, g3.

Составитель Е. Мельникова

Техред М.Моргентал Корректор Т, Колб