Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры . Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей путем уменьшения суммарной емкости конденсаторов. Эффект обусловлен введением дополнительного блока 3 деления напряжения, соединенного с основным блоком 2 посредством блока 4 коммутации цепи заряда. При этом возможны две модификации блока 4, одна из которых дает возможность режима работы с четным значением целой части коэффициента трансформации напряжения, а другая предполагает нечетное его значение. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)ю Н 02 М 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPN ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4681761/07 (22) 18.04.89 (46) 23.11.91, Бюл. ¹ 43 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Л,M.Áðåñëàâñêèé и А.М;Сажнев (53) 621.314.632(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ,№ 1422331, кл. Н 02 М 7/10, 1987.

Авторское свидетельство СССР № 1617580, кл. Н 02 M 7/10,.1988.

Авторское свидетельство СССР № 1541732, кл. Н 02 M 7/10, 1988. (54) ПРЕОБРА308АТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ 8 ПОСТОЯННОЕ

„„59„„1693699 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей путем уменьшения суммарной емкости конденсаторов. Эффект обусловлен введением дополнительного блока 3 деления напряжения, соединенного с основным блоком 2 посредством блока 4 коммутации цепи заряда. При этом возможны две модификации блока 4, одна иэ которых дает воэможность режима работы с четным значением целой части коэффициента трансформации напряжения, а другая предполагает нечетное его значение. 2 з.п. ф-лы, 5 ил, 1693699

15

Изобретение относится.к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей путем уменьшения суммарной емкости конденсаторов.

На фиг, 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3- схема

Цлока коммутации цепи заряда; на фиг, 4— диаграммы„поясняющие работу преобразователя, на фиг. 5 — алгоритм работы блока управления.

Преобразователь (фиг. 1) содержит блок

1 преобразования рода тока, два блока 2 и

3 деления напряжения, блок 4 коммутации цепи заряда, второй 5 и третий 6 управляемые ключи, выходной конденсатор 7 и блок

8 управления.

Блок 1 преобразования рода тока содержит первый управляемый ключ 9, один вывод которого соединен с объединенными анодами диодов 10 и 11, а другой — с объединенными катодами диодов 12 и 13. Анод диода 14 и катод диода 15 объединены и образуют второй вход 16 блока 1. Катод диода 10 и анод диода 12 объединены и образуют первый вход блока 1, который соединен с первым входным выводом 17 устройства. Вход 16 соединен с вторым входным выводом 18 устройства, Катоды диодов 11 и 14 объединены и образуют первый выход 19, а аноды объединенных диодов 13 и 15 образуют второй выход 20 блока 1.

Блоки 2 и 3 деления напряжения содержат по и цепочек, каждая из которых, кроме первой в блоке 2 и последней в блоке 3, . состоит из последовательно соединенных конденсатора 21 и двух неуправляемых вентилей 22 и 23, а первая цепочка в блоке 2 и последняя цепочка в блоке 3 состоят соответственно из конденсатора 21, вентиля 23 и конденсатора 21, вентиля 22. Каждая предыдущая цепочка соединена с последующей (разнополярные обкладки смежных конденсаторов 21) через управляемый вентиль 24, Блок 4 коммутации цепи заряда выводами 25 и 26 подключен к разноименным обкладкам конденсаторов 21 соответственно последней и первой цепочек блоков 2 и 3, а выводами 27 и 28 — соответственно к выходам 19 и 20 блока 1. Неуправляемые вентили 22 образуют катодную группу, выход которой является объединенными положительными входом и выходом блоков деления напряжения, которые соединены с выходом 19 блока 1 и через управляемый ключ 5 с положительным выходным выводом 29 устройства, а неуправляемые венти20

55 ли 23 образуют анодную группу, выход которой является объединенными отрицательными входом и выходом блоков деления напряжения, которые соединены с выходом

20 блока 1 и через управляемый ключ 6 с отрицательным выходным выводом 30 устройства. Конденсатор 7 включен между выходными выводами 29 и 30.

Входы 31 и 32 блока 8 управления подключены к входным выводам 17 и 18, а выходы 33-35 — к соответствующим управляющим электродам управляемых ключей 9, 5 и 6, Фазная (Ф) шина источника переменного напряжения U< подключается к выводу

17, а нейтрали (0) — к выводу 18. Нагрузка преобразователя одним выводом подключается к общему выводу 18, а другим — к выводу 29 или 30 в зависимости от требуемой полярности выходного напряжения 0Н, Кроме того, если требуется положительная полярность выходного напряжения, то вывод

30 должен быть соединен с выводом 18, а если — отрицательная полярность, то с выводом 13 должен быть соединен вывод 29.

При четном значении целой части коэффициента трансформации напряжения блок

4 коммутации цепи заряда (фиг, 2) содержит цепочку из последовательно включенных управляемого ключа 36, неуправляемого вентиля 37 и управляемого ключа 38. Соединенные вместе анод вентиля 37 и один вывод ключа 38 образуют первый вывод 25, соединенные вместе катод вентиля 37 и один вывод ключа 36 образуют второй вывод 26, Свободные выводы ключей образуют третий 27 и четвертый 28 выводы этого блока, которые подключаются в преобразователе согласно схеме (фиг, 1). Управляющие электроды 39 и 40 ключей 36 и 38 соединены с соответствующими выходами блока 8 управления, При нечетном значении целой части коэффициента трансформации напряжения блок 4 коммутации цепи заряда (фиг, 3) содержит цепочку из последовательно включенных неуправляемого вентиля 41, конденсатора 42, управляемого ключа 43, конденсатора 44 и неуправляемого вентиля

45, при этом вентиль 41, конденсатор 42 и ключ 43 зашунтированы ключом 46, а ключ

43, конденсатор 44 и вентиль 45 — ключом

47. Соединенные вместе анод вентиля 41 и один вывод конденсатора 42 подключены к катоду вентиля 48, анод которого образует первый вывод 25, Соединенные вместе катод вентиля 45 и один вывод конденсатора

44 подключены к аноду вентиля 49, катод которого образует второй вывод 26. Третий

27 и четвертый 28 выводы блока 4 образова1693699

10

25

45

50 ны соответственно объединенными катодом вентиля 41 и одним выводом ключа 46 и объединенными анодом вентиля 45 и одним выводом ключа 47, Емкость каждого конденсатора 42 и 44 равна удвоенной емкости одного конденсатора 21 блоков 2 и 3 деления напряжения (фиг. 1), Выводы 25 — 28 и 50 — 52 подключаются в преобразователе согласно схеме (фиг. 1).

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Фаза (cD) источника переменного напряжения 01 подключается к входному выводу 17, а нейтраль (О) — к входному выводу

18, Пусть на нагрузке требуется напряжение положительной полярности относительно нейтрали. Тогда нагрузка подключается к выводам

29 и 18, а вывод 30 должен быть соединен с выводом 18 (если на нагрузке требуется напряжение отрицательной полярности относительно нейтрали, то она должна подключаться к выводам 30 и 18, а вывод 29 должен быть соединен с выводом 18), В установившемся режиме на конденсаторах 21 и 7 имеется напряжение, полярность которого указана на фиг. 1. С момента

t1 (фиг, 4 и 5) и до момента t2 ключ 9 (фиг, 1) открыт, а ключи 5 и 6 закрыты. В это время заряда и конденсаторы 21 блоков 2 и 3 через блок 1 подзаряжаются током l3 i+7+

Ьз. Токи 1ж и Ьз равны, так как сформированные блоком 4 две цепи заряда конденсаторов 21 блоков 2 и 3 идентичны. Конденсаторы 21 блока 2 подзаряжаются током i>z по цепи вывод 17 — диод 12 — ключ 9 — диод

11 — вывод 19 — последовательно включенные через вентили 24 конденсаторы 21 блока 2 — вывод 25 блока 4 — вывод 28 блока 4 — вывод 20 — диод 15 — выводы 16-18, а конденсаторы 21 блока 3 — током по цепи вывод 17 — диод 12 — ключ 9 — диод 11— вывод 27 блока 4 — вывод 26 блока 4 — последовательно включенные. через вентили 24 конденсаторы 21 — вывод 20 — диод 15— выводы 16 — 18, К концу заряда каждый конденсатор блоков деления напряжения заря-. дится до напряжения, равного 1/n части от половины амплитудного значения Ч напряжения U>, так как каждый блок 2 и 3 деления напряжения- содержит n(n=1,2,3...) конденсаторно-диодных цепочек, а последовательно включенные конденсаторы находятся под воздействием 0,5 Vm.

В течение времени заряда t> и времени задержки tgap напряжение Up на нагрузке поддерживается выходным конденсатором

7, который разряжается по цепи конденсатор 7 — вывод 29 — нагрузка — объединенные выводы 30 и 18 — конденсатор 7. С момента

tz после задержки для полного закрывания ключа 9 и обрабатывания блока 4 открываются ключи 5 и 6 и все конденсаторы 21 параллельно и одновременно (каждый через свои разрядные вентили 22 и 23) в течение времени разряда tp разряжаются на параллельно соединенные конденсатор 7 и нагрузку по цепи конденсатор 21 — вентиль 22 — ключ 5 — конденсатор 7 и нагрузка — ключ

6 — вентиль 23 — конденсатор 21. При этом форма напряжения на выходном конденсаторе и нагрузке такая, как на фиг. 4.

Сучетом времени задержки для полного закрывания ключей 5 и 6 длительность этого первого цикла (такта) заряд-разряд от момента t) до момента t3 равна 4+ tp + 2т., д =

=T/6. С момента tg и до момента tg в этот же положительный полупериод преобразуемого напряжения осуществляется второй цикл работы. Его отличие от первого состоит в том, что в течение всего цикла цепь 25 и 26 блока 4 замкнута, цепь 27 и 28 блока 4 разомкнута, а цепь заряда конденсаторов блоков деления напряжения общая. При этом сохраняется длительность цикла и обеспечивается тот .же коэффициент трансформации (2n конденсаторов осуществляют деление амплитудного значения напряжения).

С момента t6 и до момента t6 происходит третий цикл заряд-разряд, аналогичный первому. В отрицательный полупериод преобразуемого напряжения также три цикла заряд-разряд конденсаторов блоков деления напряжения. Работа преобразователя отличается только цепью прохождения тока заряда через блок 1 преобразования рода тока вывод 18 — входной вывод 16 блока 1— диод 14 — вывод 19 — цепь заряда конденсаторов 21 — вывод 20 - диод 13 — ключ 9- диод

10 — вывод 17, Четвертый (тт — tg) и шестой (t>> — t>z) циклы аналогичны первому и третьему цйклам, а пятый цикл (тд — 411) аналогичен второму. Таким образом, за период преобразуемого напряжения осуществляется шесть циклов заряд-разряд конденсаторов реактивной части преобразователя с одинаковой длительностью циклов, равной Т/6.

Блок 4 коммутации цепи заряда (фиг, 2) работает следующим образом.

В первом, третьем, четвертом и шестом циклах (фиг. 4 и 5) в течение времени заряда ключи 36 и 38 открыты, что обеспечивает прохождение тока заряда 4г по цепи вывод

25 — ключ 38 — вывод 28 и прохождение тока заряда la по цепи вывод 27 — ключ 36— вывод 26. В течение времени разряда в этих циклах и в течение всей длительности второго и пятого циклов ключи 36 и 38 закрыты.

В течение времени заряда во втором и пятом .циклах ток заряда проходит по цепи

1693699

1 вывод 25 — вентиль 37 — вывод 26, при этом формируется общая цепь последовательно включенных конденсаторов 21. блоков 2 и 3 деления напряжения (фиг. 1). Такой режим работы блока 4 коммутации цепи заряда в составе преобразователя (фиг. 1) обеспечивает равную длительность Т/6 циклов заряд-разряд конденсаторов при четном значении целой части коэффициента трансформации напряжения N, так как деление входного напряжения осуществляется в моменты, когда его уровень равен 0,5 Vm и Vm, а суммарное количество конденсаторно-диодных цепочек в двух одинаковых блоках деления напряжения четное, т,е, N = 2п, п =

1,2,3....

Блок 4 коммутации цепи заряда (фиг. 3) работает следующим образом.

В течение времени заряда в первом, третьем, четвертом и шестом циклах (фиг, 4 и 5) управляемый ключ 43 закрыт, а ключи

46 и 47 открыты, При этом для прохождения тока заряда iý2 образуется цепь вывод 25— вентиль 48 — конденсатор 42 — ключ 47— вывод 28, а для тока 4з — цепь вывод 27— ключ 46 — конденсатор 44 — вентиль 49— вывод 26. Эта цепь является частью общей цепи заряда последовательно включенных конденсаторов 21 блоков 2 и 3 деления (фиг.

1). Суммарное напряжение, до которого подзарядятся конденсаторы 42 и 44, равно напряжению на одном конденсаторе 21, В течение времени разряда во всех циклах ключи 46 и 47- закрыты, ключ 43 открыт и последовательно соединенные открытым ключом 43 конденсаторы 42 и 44 через свои разрядные вентили 41 и 45 разряжаются на нагрузку. Такой режим работы блока 4 коммутации цепи заряда в составе преобразователя обеспечивает равную длительность

Т/6 циклов заряд-разряд конденсаторов и большую точность среднего значения Чо выходного напряжения 0 при нечетном значении целой части N коэффициента трансформации напряжения, так как при входном напряжении lJ1, равном 0,5 Vm, оно трансформируется с коэффициентом n+ 0.5, а при 01, равном Ч, — с коэффициентом 2п4+ 1 эа счет добавления в соответствующие цепи одного или двух конденсаторов (42 и

44), т.е. N = 2п + 1, и = 1, 2, 3..., Таким образом, предлагаемый преобразователь является двухполупериодным шеститактным,, его частота преобразования в

1,5 раза выше, чем у известного, а длительность цикла заряд-разряд в 1,5 раза меньше. Поэтому при одинаковых входных и выходных параметрах суммарная емкость реактивной части преобразователя по сравнению с известным в полтора раза меньше

Кроме улучшения массогабаритных по5 казателей частота пульсации выходного наукаэанного блока, основной блок деления

35 напряжения, состоящий из параллельных

30 и, следовательно, меньше масса и объем реактивной части и преобразователя в целом. пряжения предлагаемого преобразователя в 1,5 раза выше, чему известного, По первой гармонике она равна 6 1«ти. Поэтому при дальнейшем сглаживании пульсации дополнительное фильтрующее устройство имеет меньшие массу и объем.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения е пnоoстоянное, содержащий первые входной и выходной и вторые входной и выходной выводы для подключения соответственно источника питания и нагрузки, блок преобразования рода тока, состоящий из шести диодов и первого управляемого ключа, причем катод первого и анод второго диодов соединены и образуют первый вход указанного блока, который подключен к первому входному выводу, анод первого диода соединен с одним выводом управляемого ключа и анодом третьего диода, другой вывод указанного ключа соединен с катодами второго и четвертого диодов, анод пятого и катод шестого диодов соединены и образуют второй вход блока, который подключен к второму входному выводу, катоды третьего и пятого диодов соединены и образуют первый выход, а аноды четвертого и шестого диодов соединены и образуют второй выход цепочек, каждая из которых, кроме первой, состоит из последовательно-согласно соединенных первого неуправляемого вентиля, конденсатора и второго неуправляемого вентиля, а первая цепочка состоит из последовательно соединенных конденсатора с вторым неуправляемым вентилем, причем разноименные обкладки конденсаторов смежных цепочек соединены через третий неуправляемый вентиль, катоды первых вентилей указанных цепочек и вывод свободной обкладки конденсатора первой цепочки объединены в общую точку, соединенную с первым выходом блока преобразования рода тока и подключенную через второй управляемый ключ к первому выходному выводу, аноды вторых вентилей укаэанных цепочек объединены в общую точку, соединенную с вторым выходом блока преобразования рода тока и подключеннук, через третий управляемый ключ к второму выходному выводу, а также выходной конденсатор, включенный между выходными выводами, один из которых объединен с вторым входным выводом. об1693699

10 разуя общий вывод, и блок управления уп равляемыми ключами, обеспечивающий в течение каждого периода питающего напряжения переключение управляемых ключей в соответствии с циклами заряд-разряд кон- 5 денсаторов блока деления напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей путем уменьшения суммарной емкости конденсаторов, введены дополнительный блок деления на- 10 пряжения и блок коммутации цепи заряда, причем дополнительный блок деления напряжения содержит столько же параллельных цепочек, что и основной блок деления напряжения, каждая из которых, кроме по- 15 следней, состоит из последовательно соединенных первого неуправляемого вентиля, конденсатора и второго неуправляемого вентиля с конденсатором, причем равноименные обкладки конденсаторов смежных 20 цепочек соединены через третий неуправляемый вентиль, катоды первых вентилей указанных цепочек объединены в общую точку и соединены с первым выходом блока преобразования рода тока, аноды вторых 25 вентилей этих цепочек и вывод свободной обкладки конденсатора последней цепочки объединены в общую точку и соединены с вторым выходом блока преобразования рода тока, кроме того, первый и второй выводы 30 блока коммутации цепи заряда соединены с разноименными обкладками конденсаторов соответственно последней и первой цепочек основного и дополнительного блоков деления напряжения, третий и четвертый 35 выводы блока коммутации цепи заряда соединены соответственно с первым и вторым выходами блока преобразования рода тока, а блок управления выполнен обеспечивающим в течение каждого периода шеститакт- 40 ное указанное переключение первого, второго и третьего управляемых ключей.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения равной длительности циклов заряд-разряд 45 конденсаторов при четном значении целой части коэффициента трансформации напряжения, блок коммутации цепи заряда выполнен в виде цепочки последовательно соединенных первого управляемого ключа, неуправляемого вентиля и второго управляемого ключа, при этом соединенные вместе анод вентиля и один вывод второго управляемого ключа образуют первый вывод, соединенные вместе катод вентиля и один вывод первого управляемого ключа образуют второй вывод, а свободные выводы первого и второго управляемых ключей образуют соответственно третий и четвертый выводы указанного блока.

3. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения равной длительности циклов заряд-разряд конденсаторов и повышения точности среднего значения выходного напряжения при нечетном значении целой части коэффициента трансформации напряжения, блок коммутации цепи заряда выполнен в виде цепочки последовательно соединенных первого неуправляемого вентиля, первого конденсатора, первого управляемого ключа, второго конденсатора и второго неуправляемого вентиля, причем указанные первые вентиль, конденсатор и ключ зашунтированы вторым управляемым ключом, а первый управляемый ключ и упомянутые вторые конденсатор и вентиль зашунтированы третьим управляемым ключом, кроме .того, соединенные вместе анод первого вентиля и один вывод первого конденсатора подключены к катоду третьего неуправляемого вентиля, анод которого образует первый вывод, соединенные вместе катод второго вентиля и один вывод второго конденсатора подключены к аноду четвертого неуправляемого вентиля, катод которого образует второй вывод, третий и четвертый выводы образованы соответственно объединенными катодом первого вентиля и одним выводом второго управляемого ключа и объединенными анодом второго вентиля и одним выводом третьего управляемого ключа, при этом емкость каждого из указанных первого и второго конденсаторов равна удвоенной емкости одного конденсатора цепочки блока деления напряжения.

1693699

1693699

Ю5Руц

Редактор И.Шулла

Заказ 4083 Тираж 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

Н ит

Uf

Составитель Е.Мельникова

Техред М,Моргентал Корректор О.Ципле