Бестрансформаторный источник питания

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может применяться для преобразования напряжения питания переменного тока, например, промышленной сети в постоянное напряжение. Технический результат - стабилизация и возможность плавной регулировки выходных напряжений достигается за счет того, что в бестрансформаторный источник питания, содержащий n параллельно соединенных цепочек, состоящих из последовательно включенных первого диода, конденсатора и во всех ячейках, кроме последней, второго диода, соединенных между собой через диоды, включенные между разноименными обкладками конденсаторов этих цепочек, выпрямитель, выход которого подключен через первый управляемый ключ к входу первой цепочки, накопительный конденсатор, включенный параллельно выходу бестрансформаторного источника питания и соединенный через второй управляемый ключ с общей точкой первых диодов, и блок управления, соединенный по цепи питания с выходом выпрямителя, а по выходу с входами управления первого и второго ключей, дополнительно введены источник опорного напряжения и регулируемый делитель напряжения, соединенные по входам с выходом бестрансформаторного источника питания, а по выходу с входами схемы сравнения, вход которой подключен к входу блока управления. 2 ил.

 

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может применяться для преобразования напряжения питания переменного тока, например, промышленной сети в постоянное напряжение.

Известны и широко применяются вторичные источники питания, основанные на предварительном выпрямлении сетевого напряжения, преобразовании полученного постоянного напряжения в переменное высокочастотное, масштабировании полученного напряжения с помощью трансформатора и выпрямлении [4]. Их основным недостатком является сложность, обусловленная необходимостью применения промежуточных трансформаторов. Известны также бестрансформаторные конденсаторные источники вторичного питания и преобразователи переменного тока в постоянный [1, 2, 3].

Из известных наиболее близким по технической сущности является преобразователь переменного тока в постоянный с понижением напряжения (SU 1166242, Н02М 7/12) [2]. Его схема приведена на фиг.1.

Преобразователь переменного тока в постоянный содержит входные выводы 1 и 2 для подключения к сети переменного тока, образованные входом выпрямителя 3, один из выходов которого через управляемый ключ 4 подключен к первой цепочке делителя 5 напряжения, выполненного в виде параллельно включенных цепочек, состоящих из последовательно соединенных первого диода 6, конденсатора 7 и второго диода 8. При этом каждая цепочка соединена с последующей через диод 9, включенный между разноименными обкладками конденсаторов 7. Один выход делителя 5 соединен через управляемый ключ 10 с общим выходным выводом с подключенными к нему конденсаторами 11 и 12, другие выводы которых образуют выходные выводы 13 и 14 для подключения соответствующих нагрузок 15 и 16. При этом выходной вывод 13 через диод 17, а выходной вывод 14 через управляемый ключ 18 подключены к другому выходу делителя 5.

Делитель 19 напряжения выполнен аналогично делителю 5 напряжения, соединен с ним параллельно по выходу, а диод 20 соединяет разноименные обкладки конденсаторов последней цепочки делителя 5 и первой цепочки делителя 19. Управляемый ключ 21 включен между анодом диода 20 и катодом первого диода 6 последней цепочки делителя 19. Блок 22 управления включен между другим выходом выпрямителя 3, соединенного также с ключом 21, и входом ключа 4. Блок 22 управляет ключами 4, 10, 18 и 21.

Представленный на чертеже преобразователь переменного тока в постоянный работает следующим образом. В установившемся режиме на выход выпрямителя 3 подается постоянное напряжение UB при малом уровне пульсации.

В течение времени Tк/2, где Tк - период коммутации накопительных конденсаторов, ключ 21 открыт и шунтирует делитель 19, а ключ 18 закрыт, и в преобразовании уровня напряжения участвуют n конденсаторов делителя 5, заряжаясь в последовательном соединении в течение времени t3 через ключи 4 и 21 и зарядные диоды 9 и разряжаясь при параллельном соединении в течение времени tp через ключ 10, разрядные диоды 6 и 8 и диод 17 на конденсатор 11 фильтра и нагрузку 15, подключенную к выводу 13. При одинаковых емкостях конденсаторов 7 напряжение на нагрузке приблизительно равно UB/n.

На интервале времени [Tк/2, T] ключ 21 закрывается, а ключ 18 открывается, и в преобразовании уровня напряжения U участвуют n конденсаторов делителя 5 и N конденсаторов делителя 19, которые заряжаются при последовательном включении через ключ 4 и зарядные диоды 9 и 20, а разряжаются через свои разрядные диоды 6 и 8 и ключи 10 и 18 на конденсатор 12 и нагрузку 16, подключенную к выходному выводу 14. Напряжение на нагрузке 16 при одинаковых емкостях всех конденсаторов приблизительно равно UB/(n+N).

Неуправляемый диод 17 при этом закрыт обратным напряжением, отключая конденсатор 11 и нагрузку 15 от цепи разряда конденсаторов делителя 5. Напряжение на этой нагрузке на интервале времени [Tк/2, Tк] поддерживается за счет разряда конденсатора 11. Далее процессы в схеме повторяются.

Таким образом, напряжение переменного тока преобразуется в два напряжения постоянного тока одинаковой полярности, но различного уровня. Частота преобразования выбирается в пределах десятков-сотен килогерц для уменьшения емкостей конденсаторов.

Недостаток рассмотренного преобразователя переменного тока в постоянный состоит в невозможности плавной регулировки выходных напряжений, которые могут устанавливаться только дискретно за счет изменения количества ступеней, и недостаточной точности поддержания выходного напряжения при изменении нагрузки или входного напряжение переменного тока.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение недостатков рассмотренного известного устройства за счет обеспечения возможности плавной регулировки и стабилизации выходного напряжения бестрансформаторного источника питания при изменении нагрузки или входного напряжения переменного тока.

Это достигается тем, что в бестрансформаторный источник питания, содержащий n параллельно соединенных цепочек, состоящих из последовательно включенных первого диода, конденсатора и во всех ячейках, кроме последней, второго диода, соединенных между собой через диоды, включенные между разноименными обкладками конденсаторов этих цепочек, выпрямитель, выход которого подключен через первый управляемый ключ к входу первой цепочки, накопительный конденсатор, включенный параллельно выходу бестрансформаторного источника питания и соединенный через второй управляемый ключ с общей точкой первых диодов и блок управления, соединенный по цепи питания с выходом выпрямителя, а по выходу с входами управления первого и второго ключей, дополнительно введены источник опорного напряжения и регулируемый делитель напряжения, соединенные по входам с выходом бестрансформаторного источника питания, а по выходу с входами схемы сравнения, выход которой подключен к входу блока управления.

Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает решение поставленной задачи.

На фиг.2 представлена структурная схема бестрансформаторного источника питания. Бестрансформаторный источник питания содержит выпрямитель 1, накопительный конденсатор 2, n цепочек, каждая из которых содержит диод 3, конденсатор 4 и, кроме последней, диод 5, диоды 6, управляемые ключи 7 и 8, блок управления 9, схему сравнения 10, регулируемый делитель напряжения 11, источник опорного напряжения 12.

Входные выводы выпрямителя 1 подключены к источнику переменного тока, а выход соединен с цепями питания блока управления 9. Каждая из n цепочек, включенных параллельно, представляет собой последовательное соединение первого диода 3, конденсатора 4 и во всех ячейках, кроме последней, второго диода 5. Каждая цепочка соединена с последующей через диод 6, включенный между разноименными обкладками конденсаторов 4. Первая цепочка соединена с выходом выпрямителя 1 через первый управляемый ключ 7. Общая точка первых диодов 3 цепочек соединена через второй управляемый ключ 8 с накопительным конденсатором 2, включенным параллельно выходу бестрансформаторного источника. Управляющие входы ключей 7 и 8 соединены с выходом блока управления 9, вход которого соединен с выходом схемы сравнения 10. Входы схемы сравнения 10 соединены соответственно с выходами регулируемого делителя напряжения 11 и источника опорного напряжения 12, подключенных по входам к выходу бестрансформаторного источника.

В качестве блока управления 9 возможно использование, например, микросхемы драйвера для управления ключами IR 2153, а схема сравнения 10 и источник опорного напряжения 12 могут быть реализованы, например, на микросхеме параллельного стабилизатора напряжения TL431.

Работает бестрансформаторный источник питания следующим образом. В установившемся режиме блок управления 9 вырабатывает периодические импульсы, управляющие работой ключей 7 и 8. Управляемые ключи 7 и 8 работают в противофазе: когда управляемый ключ 7 замкнут, управляемый ключ 8 разомкнут, и наоборот. Под действием сигналов блока управления 9 состояние управляемых ключей 7 и 8 периодически изменяется на противоположное.

При замыкании управляемого ключа 7 происходит заряд конденсаторов 4 через диоды 6 до напряжения, равного где n - количество ячеек, UB - выходное напряжение выпрямителя 1, tз - продолжительность заряда конденсаторов 4, τ - постоянная времени заряда конденсаторов 4. При размыкании управляемого ключа 7 и замыкании управляемого ключа 8 конденсаторы 4 через диоды 3 и 5 параллельно подключаются к накопительному конденсатору 2 и заряжают его до этого напряжения.

В случае изменения нагрузки или входного напряжения переменного тока выходное напряжение бестрансформаторного источника питания начинает изменяться. Это приводит к изменению выходного напряжения управляемого делителя напряжения 11. Выходное напряжение источника опорного напряжения 12 остается неизменным. Следовательно, выходное напряжение схемы сравнения 10, равное разности выходных напряжений источника опорного напряжения 12 и управляемого делителя напряжения 11, изменяется. В результате изменяется длительность импульсов, вырабатываемых блоком управления 9. При уменьшении выходного напряжения длительность импульсов изменяется таким образом, чтобы увеличить время заряда конденсаторов 4 и тем самым напряжение на них. После замыкания управляемого ключа 8 накопительный конденсатор 2 зарядится до большего значения и выходное напряжение восстановится. При возрастании выходного напряжения бестрансформаторного источника питания длительность импульсов изменяется таким образом, чтобы уменьшить время заряда конденсаторов 4 и тем самым напряжение на них. В результате после замыкания управляемого ключа 8 накопительный конденсатор 2 зарядится до меньшего значения и выходное напряжение восстановится.

Благодаря управлению временем переключения управляемых ключей 7 и 8 в зависимости от напряжения на нагрузке достигается возможность стабилизации этого напряжения. Уровень выходного напряжения источника вторичного питания задается дискретно, ступенями в зависимости от количества используемых ячеек и может изменяться плавно при изменении коэффициента передачи регулируемого делителя напряжения 11. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет устранить недостатки прототипа.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU 637928, Н02М 7/12, опубл. 15.12.1978 г., бюллетень №46.

2. Авторское свидетельство SU №1166242, Н02М 7/12, опубл. 07.07.1985 г., бюллетень №25.

3. Авторское свидетельство SU №1182613, Н02М 7/10, опубл. 30.09.1985 г., бюллетень №36.

4. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - Радио и связь. 1987.

Бестрансформаторный источник питания, содержащий n параллельно соединенных цепочек, состоящих из последовательно включенных первого диода, конденсатора и во всех ячейках, кроме последней, второго диода, соединенных между собой через диоды, включенные между разноименными обкладками конденсаторов этих цепочек, выпрямитель, выход которого подключен через первый управляемый ключ к входу первой цепочки, накопительный конденсатор, включенный параллельно выходу бестрансформаторного источника питания и соединенный через второй управляемый ключ с общей точкой первых диодов и блок управления, соединенный по цепи питания с выходом выпрямителя, а по выходу с входами управления первого и второго ключей, отличающийся тем, что в него дополнительно введены источник опорного напряжения и регулируемый делитель напряжения, соединенные по входам с выходом бестрансформаторного источника питания, а по выходу с входами схемы сравнения, выход которой подключен к входу блока управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования электрической энергии переменного и постоянного тока в постоянное стабилизированное напряжение.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к импульсным источникам электропитания, и предназначено для подачи высоковольтных импульсов на анод или управляющий электрод с целью обеспечения снабжения электроэнергией клистронов, ускорителей частиц, магнетронов, ламп бегущей волны и подобных им устройств.

Изобретение относится к области электротехники и касается способа осаждения металлов в электролите, зарядки аккумуляторных батарей, используя суммирование постоянного тока и импульсно-ударного тока.

Изобретение относится к электроэнергетике. .

Предлагаемое устройство относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках и системах вторичного электропитания, а также при создании многоуровневых инверторов, а также при создании автономных многоуровневых систем обмена электрической энергией постоянного тока. Устройство содержит входной (3), выходной (4) и общий выводы, два идентичных однотактных преобразователя (1) и (2), соединенных параллельно по входу и выходу, содержащих каждый n конденсаторов (6) и две группы двунаправленных ключей, причем первый ключ (7) первой группы включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом (4) преобразователя, (n-1) ключей (8) первой группы, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, последний ключ (9) первой группы, соединяющий входной вывод (3) с отрицательным выводом последнего конденсатора. Каждый ключ второй группы соединяет отрицательный вывод соответствующего конденсатора с общим выводом (5) преобразователя. Введены n двунаправленных ключей, каждый из которых соединяет положительный вывод соответствующего конденсатора с входным выводом (3). Технический результат - расширение функциональных возможностей, т.к. является двунаправленным и может работать в обоих направлениях как в режиме повышения, так и понижения выходного напряжения, а также в качестве системы обмена электрической энергией между источниками постоянного тока с кратными напряжениями. 2 ил.

Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что в выравнивающее устройство, реализующее двухканальный механизм активного выравнивания на основе обратно-ходового трансформатора, накопительного дросселя и сквозной накопительной магистрали батареи и содержащее управляемые от микроконтроллера через соответствующие драйверы электронные ключи, введены компараторы аварийных ситуаций перезаряда и переразряда накопителей, перезаряда накопительной магистрали и превышения тока дросселя, которые через соответствующие логические элементы подключены к входам отключения соответствующих драйверов и входам разовых команд микроконтроллера. Технический результат изобретения состоит в повышении надежности защиты батареи в аварийных ситуациях за счет дублирующего компараторного канала отключения драйверов устройства, действующего помимо микроконтроллера. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3 кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12-24 кВ и т.д.). Технический результат - расширение функциональных возможностей и увеличение предельной мощности нагрузки. Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения с отношением величины высокого напряжения к величине низкого напряжения, равным N, где N - целое число, содержит общий последовательный конденсаторный делитель напряжения из N конденсаторов, L листов идентичных преобразовательных структур, токовый делитель на L выходов, нагрузку. Каждый лист преобразовательной структуры состоит из диодно-транзисторной цепочки из 2N последовательно соединенных диодов, шунтированных встречно-параллельными транзисторами, и конденсаторно-реакторной цепочки из последовательно соединенных N-1 ветвей с последовательно включенными реактором и конденсатором в каждой ветви. Упомянутые цепочки соединены так, как указано в материалах заявки. Нагрузка подсоединена параллельно первому конденсатору конденсаторного делителя напряжения, оконечный вывод которого образует второй вход преобразователя, общий с одним из выводов нагрузки. Преобразователь может работать как понижающий, так и повышающий напряжение в число раз. 2 ил.

Изобретение относится к преобразователям постоянного напряжения. Техническим результатом является создание понижающего преобразователя постоянного напряжения с улучшенным качеством входного тока и выходного напряжения. Результат достигается тем, что преобразователь с коэффициентом преобразования по напряжению К содержит 4К ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, и 4К конденсаторов, 4К резонансных реакторов. Структура данного преобразователя включает в себя два ключевых модуля, соединенных параллельно между собой, и элементы в цепи нагрузки. Модули состоят каждый из К ячеек. В состав одной ячейки входят два ключа с полным управлением со встречно-параллельным диодом, два резонансных LC-звена. Все ячейки одного модуля соединены между собой каскадно. Два развязывающих диода на выходе преобразователя нужны для ограничения влияние работы модулей друг на друга. 3 ил.

Изобретение описывает адаптивную схему (1, 1') для запитывания нагрузки (2) постоянного тока более низкого напряжения от источника (3) питания выпрямленного переменного тока более высокого напряжения, причем адаптивная схема (1, 1') содержит схему (21, 21') накопления заряда, причем схема (21, 21') накопления заряда содержит первый конденсатор (С1) и второй конденсатор (С2), соединенные, по существу, последовательно, при этом второй конденсатор (С2) соединен, по меньшей мере, параллельно с нагрузкой (2); и активный переключатель (22, 22'), реализованный в виде управляемого источника (22, 22') тока для управления током (Iload) нагрузки через нагрузку (2) таким образом, что в замкнутом состоянии переключателя ток (Iload) нагрузки подается, по меньшей мере, от первого конденсатора (С1) схемы (21, 21') накопления заряда, а во время разомкнутого состояния переключателя ток (Iload) нагрузки подается, по существу, от второго конденсатора (С2). Изобретение также описывает модифицированную СИД лампу (4), содержащую средство соединения (40) для подсоединения лампы (4) к сигналу (UPS) питающей сети более высокого напряжения; СИД устройство (2), рассчитанное на питание более низкого напряжения; и такую адаптивную схему (1, 1') для изменения сигнала (UPS) питающей сети более высокого напряжения на сигнал (UC2) более низкого напряжения для возбуждения СИД устройства (2) более низкого напряжения. Изобретение также описывает способ запитывания нагрузки (2) постоянного тока более низкого напряжения от источника (3) питания выпрямленного переменного тока более высокого напряжения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы,7 ил.

Выравнивающее устройство для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что узел балансировки каждого накопителя состоит из двух отдельных специализированных DC/DC преобразователей: маломощного обратноходового, работающего в режиме ограничения мощности для передачи энергии из накопителя в энергообменную магистраль постоянного тока, и мощного прямоходового преобразователя напряжения с фиксированным жестким коэффициентом передачи напряжения (трансформации) для передачи энергии из магистрали в накопитель. Технический результат заявленного изобретения состоит в том, что благодаря использованию более мощного прямоходового преобразователя имеется возможность направлять большой поддерживающий ток в нуждающийся накопитель из энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, энергия в которую подается от большого числа «донорских» накопителей с помощью менее мощных обратноходовых преобразователей, что позволяет за ограниченное время разряда компенсировать не только утечки, но и дефицит заряда в нескольких «наихудших» накопителях. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам вторичного электропитания. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к выходным выводам одного или нескольких выходов преобразователя, первичная обмотка подсоединена к полевому транзистору, а обмотка обратной связи подключена к делителю обратной связи, регулирующий транзистор, времязадающий конденсатор, три логических инвертора и логический элемент И, между выходом которого и входом первого логического инвертора подключена последовательная RC-цепь. При малых нагрузках или в режиме холостого хода время отпирания полевого транзистора определяется не времязадающим конденсатором, а малой постоянной времени последовательной RC-цепи, при этом напряжение помехи не влияет на работу устройства. Технический результат состоит в исключении потери устойчивости регулирования в режиме холостого хода и повышение надежности устройства в целом. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх