Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом

 

Использование: бесперебойное энергоснабжение радиоэлектронной аппаратуры при провалах и при бросках напряжения питающей сети переменного тока. Сущность изобретения: преобразователь содержит однофазный мостовой выпрямитель (1), дроссель (2), силовые транзистор (3) и диод

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (я)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДА P СТВ Е 1НЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4915701/07 (22) 01.03.91 (46) 23.06,93. Бюл. М 23 (71) Центральное научно-производственное обьединение "Ленинец" (72) В.С.Уманский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1275403, кл. G 05 F 1/56, 1986.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1365302, кл. Н 02 М 7/155, 1987, (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ

ВХОДОМ (57) Использование: бесперебойное энергоснабжение радиоэлектронной аппаратуры при "провалах" и при "бросках" напряжения питающей сети переменного тока. Сущность изобретения: преобразователь содер. Ж 1823104 А1 жит однофазный мостовой выпрямитель (1), дроссель (2), силовые транзистор (3) и диод (4), конденсатор фильтра (5), делитель напряжения (6) и блок управления (7) в составе элемента сравнения (8), релейного элемента (9) с гистерезисом, двух усилителей мощности (10) и датчика напряжения (11), Введение силовых транзистора (17) и диода (18), а также введение в блок управления логических элементов И и ИЛИ и второго усилителя мощности с соответствующими связями обеспечивает при малых текущих величинах напряжение питания работу преобразователя в режиме повышения напряжения, а при больших текущих значениях напряжения питания преобразователь автоматически переключается в режим понижения напряжения, 2 ил.

1823104

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесперебойного электропитания различного рода радиоэлектронной аппаратуры как при

"бросках", так и при "провалах" питающего напряжения переменного тока, например для питания дисководов в 3ВМ, Целью изобретения является увеличение кратности регулирования выходного напрвжения.

Сущность изобретения состоит в том, что регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом содержит аналогично прототипу однофазный мостовой выпрямитель без фильтра, дроссель, первый силовой транзистор, первый силовой диод, конденсатор фильтра и делитель напряжения. Имеется также блок управления, в составе элемента сравнения, релейного элемента с гистерезисом, первого усилителя мощности, датчика напряжения и источника управляющего напряжения, подключенного к первому входу элемента сравнения. Выход первого усилителя мощности соединен с базой первого силового транзистора; эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с первой выходной шиной и с анодом первого силового диода, катод которого соединен с входом дэтчикп нэпрях:ения и с второй выходной виной, к которой через конден-..втор фильтра подключена первая выходная шина.

I3 отличие от прототипа в преобразователь введены дополнительно второй силовой транзистор и второй силовой диод, а в блок управления введены логические элементы И и ИЛИ, а также второй усилитель мощности. Его выход связан с базой второго силового транзистора, коллектор которого соединен с положительным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, а змиттер соединен непосредственно с катодом второго силового диода и через дроссель соединен с анодом первого силового диода.

Анод второго силового диода соединен с первой выходной шиной и с отрицательным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, диагональ ггеременного тока которого подключена к шинам питания переменного тока. Вход делителя напряжения присоединен к положительному и отрицательному выводам мостового выпрямителя без фильтра, а выходделителя напряжения соединен непосредственно с вторым входом элемента сравнения. Его выход подключен к соединенным между собой первыми входами логических элементов И и ИЛИ, вторые входы которых также соединены между собой, подключены к выходу релейного элемента с

40 гистерезисом. Его первый вход соединен с выходом источника управляющего напряжения, а второй вход подключен к выходу датчика напряжения. Выходы логических элементов И и ИЛИ соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности.

Благодаря введению в преобразователь догГолнительных второго силового транзистора и диода, а также снабжению блока управления логическими элементами И и

ИЛИ и вторым усилителем мощности с соответствующими связями достигается изменение структуры преобразователя в зависимости от текущей величины напряжения на выходе мостового выпрямителя без фильтра. В начале каждого полупериода переменного напряжения питания преобразователь работает в повышающем режиме, а вблизи максимумов указанных полупериодов — в режиме понижения напряжения. Как следствие, обеспечивается увеличение кратности регулирования выходного напряжения при изменении напряжения управления, Нэ фиг.1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулируемого преобразователя переменного напряжения в постоянное с бесграцсформаторным входом; на фиг.2— временная диаграмма напряжения.

Предлагаемый преобразователь (см. фиг.1) аналогично прототипу содержит однофгзный мостовой выпрямитель 1 без фильтра, дроссель 2, первый силовой транзистор 3, первый силовой диод 4, конденсатор 5 фильтра, делитель 6 напряжения и блок 7 управления, Последний имеет в своем составе элемент 8 сравнения (например, компаратор), релейный элемент 9 с гистерезисом, первый усилитель 10 мощности, датчик 11 напряжения (например, в виде делителя напряжения) и источник 12 управляющего напряжения. Имеются первая 13 и вторая 14 выходные шины, а также шины питания 15, 16 переменного тока.

В отличие от прототипа в преобразователь введены дополнительно второй силовой транзистор 17 и второй силовой диод 18, а в блок 7 управления введены логические

0 элементы И 19 и ИЛИ 20, а также второй усилитель 21 мощности.

При этом аналогично прототипу источник 12 управляющего напряжения подключен к первому входу элемента 8 сравнения.

Выход первого усилителя 10 мощности соединен с базой первого силового транзистора 3, эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с первой выходной шиной 13 и с анодом первого силового

1823104 диода 4, катод K010potO соединен с входом датчика 11 напряжения и с второй выходной шиной 14, к которой через конденсатор 5 фильтра подключена первая выходная шина

13.

В отличие от прототипа выход второго усилителя 21 мощности связан с базой второго силового транзистора 17, коллектор которо о соединен с положительным полюсом мостового выпрямителя 1 без фильтра, а эмиттер соединен непосредственно с катодом второго силового диода 18 и через дроссель 2 соединен с анодом первого силового диода 4. Анод второго силового диода 18 соединен с первой выходной шиной 13 и с отрицательным полюсом мостового выпрямителя 1 без фильтра, диагональ переменного тока которого подключена к шинам 15, 15 питания переменного тока, Вход делителя 6 напряжения присоединен к положительному и отрицательному выводам мостового выпрямителя 1 без фильтра, а выход делителя 6 напряжения соединен непосредственно с вторым входом элемента 8 сравнения, Выход последнего подключен к соединенными между собой первыми входал и логических элементов И 19 ИЛИ 20, вгорые входы которых, также соединенные ме,кду собой, подключены Y. выходу релейного элемента 9 с гистерезисом. Еin первый вход соелм:ен с выходом источника 12 упоавляющего напряжения, а второй е î вход подключен к выходу датчика 11 напряжения. Выходы логичег.ких элементов И 19 и

ИЛИ 20 соединены соответственно с входами первого 10 и второго 21 усилителей мощности.

Релейный элемент 9 может быть реализован на основе какого-либо известного схемного решения, например, в виде устройства, формирующего последовательность широтно-модулированных импульсов

LLIVIM. (см., например, патен ФРГ М

2647146, кл, 6 05 F 1/56, 1984). Усилитель 21 должен иметь гальванический развязанный выход, например, с применением гранэисторной оптопары.

Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

При подаче на пины 15, 16 питания синусоидального переменного напряжения Е> на выходе делителя 6 появляется напряжение вида Ев = Кг Еn (sin Ut), где К; — коэффициент передачи per:è еля 6, Q — круговая частота напряжения Ел (фиг.2, а, б). Напряжение Еп сравнивается в элементе 8 сравнения с управляющим напряжением Ед от источника 12. При этом в течение интервалов времени (Т, T,I когда <- < Е,-, на выхо5

55 де элемента 8 существуют импульсы Fa напряжения на уровне логической единицы (фиг.2, б, в). Импульсы Ев поступают на первые входы элементов 19, 20. На один вход релейного элемента 9 от датчика 11 поступает напряжение, пропорциональное выходному напряжению Е»х на шинах 13, 14. а на другой вход — напряжение Е iz от источника 12. На выходе релейного элемента 9 в этих условиях получается последовательность импульсов напряжения Еэ с ШИМ (фиг.2, г). Они поступают на вторые входы элементов 19, 20. В результате в течение интервалов времени (Т2, T3), когда Ев < E12. на базу транзистора 17 от выхода ИЛИ 20 через усилитель 21 подается отпирающее напряжение, пропорциональное Ея (фиг.2, в). На базу транзистора 3 в течение этих же интервалов (Т2, Тз) через логический элемент И 19 и усилитель 10 подаются импульсы Fo с ШИМ (фиг.2, г). Длительность импульсов Ея тем больше, чем меньше текущая величина Ег. в моменты времени около перехода напряжения Еп через нуль длительность импульсов Е9 максимальна (фиг.

2, в, г), За время импульсов Еа, отпирающих т «нзн< . ор 3 диод 4 заперт, а в нндуктивнас..: „, о < ела ",. накапливаешься энергия, ; с:,рg ., вузах между импульсами передает",я;ерэз огкрытый транзистор 17, диоды

i.".îñ.» 1 и диод 4 в к нденсатор 5 фильтра и далее вс» icшнюи -нагрузку. В течение интервала (Iz, Тз) преобразователь работает в режиме повышения напряжения, В интервалах времени (Т1, T ), когда Es

> Е12, напряжение Ея на выходе элемента 8 сравнения имеет уровень логического нуля (фиг.2, б, в), чем достигается эапирание логического элемента И 19. Как следствие. в течение указанного интервала времени транзистор 3 удерживается в запертом состоянии, а на базу транзистора 17 через элемент ИЛИ 20 и усилитель 21 поступают импульсы Ез с ШИМ (фиг,2, б, в, г). В этих условиях преобразователь автоматически переключается на режим понижения напрякения. При этом Во время импульсов от выпрямителя 1 через транзистор 17, диод 4. конденсатор 5 и индуктивность дросселя 2 протекает ток; диод 18 при этом заперт. В паузах между импульсами накопленная в индук г 1в ности дросселя 2 энергия через диоды 16 и 4 передается в конденсатор 5 фильтра и далее во внешнюю нагрузку, подключенную к шинам 13, 14.

Регулирование выходного напряжения может достигаться изменением величины управляющего напряжения Eiz. Если угта1823104 ниженный уровень пульсаций выходного напряжения.

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом, содержащий однофаэный мостовой выпрямитель, дроссель, первый силовой транзистор, первый силовой диод, конденсатор фильтра, делитель напряжения и блок управления, имеющий в своем составе элемент сравнения, релейный элемент с гистерезисом, первый усилитель мощности, датчик напряжения и источник управляющего напряжения, подключенный к первому входу элемента сравнения, выход первого усилителя мощности

40 новить величину Е12 большей, чем амплитуда напряжения Ев, то преобразователь будет работать все время в режиме повышения напряжения. Выходное напряжение будет при этом максимальным, поскольку напряжение Ев будет иметь постоянную величину, а транзистор 17 будет соответственно постоянно открыт.

Если же напряжение Еи установить близким к нулю, то элемент 8 сравнения, 10 логический элемент И 19 и транзистор 3 будут постоянно запертыми. Преобразователь будет работать в режиме понижения напряжения. Напряжение на выходе в этих условиях будет близким к нулю, поскольку длительность импульсов Eg с ШИМ будет минимальной.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в увеличении кратности регулирования выходного напряжения, что расширяет функциональные возможно- 20 сти для применения преобразователя. В частности появляется возможность реализации бесперебойного энергоснабжения при глубоких (до 50 ) "провалах" и "бросках" напряжения питающей сети. При этом аналогично 25 устройству-прототипу обеспечивается как повышенный коэффициент мощности, так и посоединен с базой первого силового транзистора, эмиттер и коллектор которого соединены соответственно с первой выходной шиной и с анодом первого силового диода, катод которого соединен с входом датчика напряжения и с второй выходной шиной, к которой через конденсатор фильтра подключена первая выходная шина, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения кратности регулирования выходного напряжения, в него дополнительно введены вторые силовые транзистор и диод, а в блок управления — логические элементы И и ИЛИ, а также второй усилитель мощности, выход которого связан с базой второго силового транзистора, коллектор которого соединен с положительным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, а эмиттер соединен непосредственно с катодом второго силового диода и через дроссель с анодом первого силового диода, анод второго силового диода соединен с первой выходной шиной и с отрицательным полюсом мостового выпрямителя без фильтра, диагональ переменного тока которого подключена к шинам питания переменного тока, вход делителя напряжения присоединен к положительному и отрицательному выводам мостового выпрямителя без фильтра, а выход делителя напряжения соединен непосредственно с вторым входом элемента сравнения, выход которого подключен к соединенным между собой первым входам логических элементов

И и ИЛИ, вторые входы которых, также соединенные между собой, подключены к выходу релейного элемента с гистерезисом, первый вход которого соединен с выходом источника управляющего напряжения, а второй его вход подключен к выходу датчика напряжения, а выходы логических элементов И и ИЛИ соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности, 1823104

Фиг.2

Редактор

Заказ 2185 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 п а

Составитель 8.Уманский

Техред M. Моргентал Корректор М.Куль