Преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное

 

Использование: преобразователь может быть использован в источниках вторичного электрс питания в качестве стабилизатора на входе импульсных преобразователей постоянного напряжения в постоянное или в качестве источника питания. Сущность изобретения: преобразователь состоит из мостового выпрямителя 1, выход которого через управляемый коммутатор 2 и Я одроссель 4 соединен с выходными выводами для подключения нагрузки. Между выходными выводами включен накопительный конденсатор 5, а между общей точкой соединения коммутатора и дросселя и выходным выводом, соединенным с источником опорного напряжения 7, включен диод 3. Выход источника опорного напряжения, вход коммутатора 2 и общая точка соединения дросселя 4 и конденсатора 5 соединены с соответствующими входами формирователя управляющего напряжения 6, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 2. Указанное выполнение преобразователя позволяет при сохранении большой выходной мощности и возможности получения большого выходного тока при низком выходном напряжении исключить из него сглаживающий фильтр и сетевой трансформатор. Кроме того, за счет того, что синхронное следящее стробирование в соответствующие моменты времени осуществляется в зависимости от текущего значения выпрямленного напряжения, улучшается равномерность загрузки питающей сети.2 ил сл с -х 4 ГО Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 7/217

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784489/07 (22) 22.01,90 (46) 23,06.92. Бюл, М 23 (71) Специальное конструкторское бюро

"Искра" (72) А.С. Макунин (53) 621.314.5 (088.8) (56) Найвельт Г.С. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, Справочник. — М.: Радио и связь, 1985, с, 402, рис, 10,1 (а).

Мкртчян Ж,А. Электропитание электронно-вычислительных машин, — M.; Энергия, 1980, с, 177, рис 3,36. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ

ПОСТОЯННОЕ (57) Использование: преобразователь может бьп ь использован в источниках вторичного электрспитания в качестве стабилизатора на входе импульсных преобразователей постоянного напряжения в постоянное или в качестве источника питания, Сущность изобретения; преобразователь состоит из мостового выпрямителя 1, Выход которого через управляемый коммутатор 2 и,... Ж„„1742966 А1 дроссель 4 соединен с выходными выводами для подключения нагрузки. Между выходными выводами включен накопительный конденсатор 5, а между общей точкой соединения коммутатора и дросселя и выходным выводом, соединенным с источником опорного напряжения 7, включен диод 3.

Выход источника опорного напряжения, вход коммутатора 2 и общая точка соединения дросселя 4 и конденсатора 5 соединены с соответствующими входами формирователя управляющего напряжения 6, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 2. Указанное выполнение преобразователя позволяет при сохранении большой выходной мощности и возможности получения большого выходного тока при . низком выходном напряжении исключить из него сглаживающий фильтр и сетевой трансформатор. Кроме того, за счет тога, что синхронное следящее стробирование в соответствующие моменты времени осуществляется в зависимости от текущего значения выпрямленного напряжения, улучшается равномерность загрузки питающей сети, 2 ил.

1742966

15.

ЗО

40

50

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бестрансформаторным понижающим преобразователям переменного напряжения в стабилизированное пониженное постоянное, и может использоваться в качестве стабилизатора на входе импульсных преобразователей постоянного напряжения в постоянное, применяемых в источниках вторичного электропитания для питания радиоэлектронных схем, а также в качестве источника питания в волоконно-оптических линиях связи.

Известно устройство, осуществляющее преобразование переменного напряжения в постоянное, содержащее выпрямитель, накопительный конденсатор, преобразователь в высокочастотное напряжение, трансформатор, другой выпрямитель и фильтр постоянной составляющей.

Недостатком данного устройства является однократное накопление энергии за один полупериод выпрямленного напряжения, Это приводит к необходимости применять на выходе сетевого выпрямителя высоковольтный конденсатор с большой емкостью, имеющий большие массогабаритные параметры и высокую стоимость.

Кроме того, отбор энергии от сети во все нормально работающие, аналогичные по схемному построению, источники вторичного напряжения осуществляется одновременно и в интервал времени, когда выпрямленное напряжение приближается к своему максимальному значению. Вследствие этого на практике при большой нагрузке на сеть питания происходит так называемое подсаживание сети переменного тока, а это оказывает взаимное влияние потребителей электроэнергии друг на друга, что отрицательно сказывается на параметрах радиоэлектронной аппаратуры, приводя к сбою в ее работе, Наиболее близким к предлагаемому является устройство. которое содержит выпрямитель, емкостный сглаживающий фильтр, управляемый коммутатор. источник опорного напряжения, формирователь управляющего напряжения, диод, дроссель и накопитель-конденсатор. При подключении входа выпрямителя к сети на выходе выпрямителя появляется пульсирующее однополярное напряжение, приложенное к емкостному сглаживающему фильтру, заряжая его до амплитудного напряжения пульсирующего напряжения. Управляемый коммутатор — транзистор работает в режиме переключений, при котором он поочередно находится в режиме насыщения (когда он полностью открыт) или в режиме отсечки (когда он полностью закрыт). При открытом транзисторе энергия, запасенная в емкостном сглаживающем фильтре, передается в нагрузку через дроссель, в котором накапливается избыточная энергия. При закрытом транзисторе накопленная в дросселе энергия через диод передается в нагрузку, Управляемый коммутатор управляется формирователем напряжения, который при изменении сетевого напряжения или тока нагрузки с помощью цепи обратной связи и сравнении выходного напряжения с напряжением опорного источника формирует длительность импульса таким образом, что выходное напряжение остается стабильным с определенной точностью, Недостатком известного устройства является наличие высоковольтного конденсатора накопления энергии на весь полупериод выпрямленного напряжения и, как следствие, неравномерная нагрузка на сеть в течение полупериода, а также большие габариты и вес.

Цель изобретения — обеспечение равномерной загрузки питающей сети и уменьшение веса и габаритов, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в стабилизированное постоянное, содержащем соединенный входом с входными выводами для подключения источника переменного напряжения мостовой выпрямитель, к одному из выходов которого подключен первый силовой вывод управляемого коммутатора, второй силовой вывод которого подключен к одному из выводов диода и через дроссель — к одному из выводов накопительного конденсатора, к одному из выходных выводов для подключения нагрузки и к управляющему входу формирователя управляющ co напряжения, к опорному входу которого подключен один вывод выхода источника опорного напряжения, а к выходу — управляющий вход управляемого коммутатора, при этом другой выход мостового выпрямителя, другой вывод выхода источника опорного напряжения, другой вывод диода и другой вывод накопительного конденсатора соединены с другим выходным выводом, к указанному первому силовому выводу управляемого коммутатора подключен вход запуска формирователя управляющего напряжения, в качестве которого использован компаратор с гистерезисом.

Сущность изобретения заключается в том, что формирование управл, ощей импульснойй последовател ьн:>сти с периодом, значительно меньшим периода выпрямленного напряжения, к>торь.й синхронно и в

1742966

20

35

45

50 обратно пропорциональной зависимости меняется соответственно текущему значению выпрямленного напряжения (при этом между ними интервалы остаются постоянными, а изменяется длительность импульсов), .осуществляется компаратором с гистерезисом. Последний вырабатывает импульс на выходе в течение времени, когда напряжение на накопительном конденсаторе возрастает до значения, равного заданному выходному напряжению, определяемого напряжением опорного источника, и прекращает формирование импульса в течение времени, когда напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается на величину, равную напряжению гистерезиса компаратора.

Поскольку опорное напряжение и напряжение гистерезиса постоянные величины, и крутизна выпрямленного напряжения. с помощью которого заряжается накопительный конденсатор — величина переменная, то время заряда накопительного конденсатора синхронно меняется в зависимости от текущего значения выпрямленного напряжения, а следовательно, соответственно меняется и длительность импульсов сформированной последовательности, Последняя, воздействуя на управляемый коммутатор, позволяет осуществить синхронное следящее стробирование выпрямленного напряжения таким образом, что на накопительный конденсатор поступают равные порции энергии сети переменного тока, позволяющие поддерживать на нем постоянный уровень пониженного напряжения с заданным средним уровнем его пульсаций.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя переменного напряжения в стабилизированное постоянное; на фиг. 2 — эпюры напряжений. поясняющие работу преобразователя, Преобразователь переменного напряжения в стабилизироьанное постоянное содержит на входе мостовой выпрямитель 1. управляемый коммутатор 2, диод 3, дроссель 4, накопительный конденсатор 5. формирователь 6 управляющего напряжения. источник 7 опорного напряжения.

Мостовой выпрямитель 1 своим входом подключен к входу преобразователя, а од-. ним из своих выходов подключен к входу запуска формирователя 6управляющего напряжения и первому силовому выводу коммутатора 2, второй силовой вывод которого подключен к одному из выводов диода 3 и одному из выводов дросселя 4, другой вывод которого подключен к одному из выводов накопительного конденсатора 5 и одному из выходных выводовдля подключения нагрузки, а также к управляющему входу формирователя 6 управляющего напряжения. Управляющий вход коммутатора 2 подключен к выходу формирователя 6 управляющего напряжения, один из выводов опорного входа которого подключен к одному из выводов выхода источника 7 опорного напряжения. Другой выход мостового выпрямителя 1 подключен к другим выводам выхода источника 7 опорного напряжения, диода 3, накопительного конденсатора 5 и выходному выводу.

На фиг, 2: U — напряжение на выходе мостового выпрямителя; Оф.л. — сформированная управляющая импульсная последовательность на выходе формирователя управляющего напряжения; Ог — напряжение гистерезиса; Ос — напряжение на накопительном конденсатоое.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении питания сети переменного тока с помощью схемы запуска, входящей в состав формирователя 6 управляющего напряжения, контакты управляемого коммутатора 2 приводятся в замкнутое состояние. Переменное напряжение, выпрямленное мостовым выпрямителем 1, поступает через замкнутые контакты управляемого коммутатора 2 и через дроссель 4 на накопительный конденсатор 5.

Энергия выпрямленного напряжения накапливается в дросселе 4 и конденсаторе 5 до уровня, равногп требуемому выходному напряжению, который определяется опорным напряжением источника 7. При этом, когда Uon = К . Usbix (где К < 1 — коэффициент, учитывающий, какая часть выходного напряжения сравнивается с опорным напряж энием), формирователь 6 управляющего напряжения прекращает вырабатывать управляющий импульс. контакты управляемого коммутатора 2 размыкаются и энергия Bbl прямленного напряжения на накопительный конденсатор 5 не поступает. При этом накопительный конденсатор 5 и дроссель 4 начинают отдавать запасенную энергию в нагрузку.

Уровень напряжения, до которого разряжается накопительный конденсатор 5. а значит, и уровень пульсаций выходного напряжения определяются напряжением гистерезиса компарагора, B виде которого выполнен формирователь 6 управляющего напряжения. При снижении напряжения на накопительном конденсаторе 5 на величину напряжения гистерезиса формирователь 6 управляющего напряжения вновь вырабатывает импульс напряжения, который замыкает контакты управляемого коммутатора 2.

Цикл повторяется. При этом длительность

1742966 импульса управляющего напряжения зависит от текущего значения выпрямленного напряжения, так как чем больше последнее, тем меньший интервал времени потребуется для зарядки накопительного конденсатора 5 до уровня, равного требуемому выходному напряжению.

При формировании импульсов управляющей последовательности за текущее значение выпрямленного напряжения должно быть выбрано какое-то одно его мгновенное значение, например в момент начала формирования этого импульса. Интервал времени разряда накопительного конденсатора 5 всегда остается постоянным, так как определяется (при постоянстве нагрузки) постоянством уровней UBblx и Uf (фиг. 2).

Таким образом, сформированная импульсная последовательность формирователем 6 управляющего напряжения дает возможность управлять коммутатором 2 так, что осуществляется многократный отбор энергии сети переменного тока за один полупериод выпрямленного напряжения.

Технико-экономический эффект от применения изобретения заключается в снижении "подсаживания" напряжения сети при большой нагрузке, снижении взаимного влияния потребителей электроэнергии друг на друга и сбоев в работе радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, вес и габариты снижаются не менее чем на 15 за счет исключения емкостного фильтра на выходе мостового выпрямителя.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное, со5 держащий соединенный входом с входными выводами для подключения источника переменного напряжения мостовой выпрямитель, к одному из выходов которого подключен первый силовой вывод управля10 емого коммутатора, второй силовой вывод которого подключен к одному из силовых выводов диода и через дроссель — к одному из выводов накопительного конденсатора, к одному из выходных выводов для подключе15 ния нагрузки и к управляющему входу формирователя управляющего напряжения, к опорному входу которого подключен один вывод выхода источника опорного напряжения, а к выходу — управляющий вход управ20 ляемого коммутатора, при этом другой выход мостового выпрямителя, другой вывод выхода источника опорного напряжения, другой вывод диода и другой вывод накопительного конденсатора соединены с

25 другим выходным выводом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения равномерной загрузки питающей сети и уменьшения веса и габаритов, к указанному первому силовому выводу управляемо30 ro коммутатора подключен вход запуска формирователя управляющего напряжения, в качестве которого использован компаратор с гистерезисом,