Преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток

Авторы патента:

H02M7/10 - включенных последовательно, например для умножения напряжения

Владельцы патента RU 2491703:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" (RU)

Изобретение относится к области преобразовательной техники, может использоваться в качестве вторичного источника питания, в том числе в устройствах управления светодиодным освещением. Технический результат заключается в повышении КПД преобразователя. Для этого заявленное устройство содержит источник переменного напряжения, мостовую схему выпрямления переменного напряжения в постоянное, конденсатор фильтра, стабилизированный источник постоянного напряжения, силовой ключ на полевом транзисторе, типовую микросхему импульсного регулятора, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов и сглаживающего дросселя с помощью силового ключа на полевом транзисторе, токоограничивающее сопротивление, первый диод обратного тока, управляемый генератор широтно-модулированных импульсов. Дополнительно включены в схему преобразователя параллельный LC-контур, второй диод обратного тока и высокочастотный конденсатор, один вывод этого контура и катод второго диода обратного тока подключены к аноду цепи последовательно включенных светодиодов и катоду первого диода обратного тока, другой вывод параллельного LC-контура соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, к которому параллельно подключен высокочастотный конденсатор, анод второго диода обратного тока соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра. 1 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в качестве вторичного источника питания, в том числе в устройствах управления светодиодным освещением.

Известен преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток, содержащий источник переменного напряжения, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра и входом стабилизированного источника постоянного напряжения, выход которого подключен через сопротивление к затвору силового ключа на полевом транзисторе, отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления соединен с общей точкой, напряжение питания стабилизированного источника постоянного напряжения подается также на типовую микросхему импульсного регулятора и управляемый генератор широтно-модулированных импульсов, выход этого генератора соединен с управляющим входом типовой микросхемы импульсного регулятора, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов и сглаживающего дросселя с помощью силового ключа на полевом транзисторе, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами типовой микросхемы импульсного регулятора и одним выводом токоограничивающего сопротивления, другой вывод которого подключен к общей точке, сток силового ключа на полевом транзистор подключен к одному выводу сглаживающего дросселя и аноду первого диода обратного тока, другой вывод этого дросселя соединен с катодом цепи последовательно включенных светодиодов, анод которой соединен с катодом первого диода обратного тока и положительной обкладкой конденсатора фильтра, отрицательная обкладка которого подключена к отрицательному полюсу мостовой схемы выпрямления (Р. Василенко, А. Кожемяка, А. Турчин. Микросхема управления светодиодами MLX10801. Инженерная микроэлектроника. Chip News # 9 (92) 2004 г., стр.58-61).

Недостатком известного преобразователя переменного напряжения в управляемый постоянный ток является относительно низкий КПД преобразования электроэнергии из-за значительных динамических потерь в силовом ключа на полевом транзисторе при высокочастотной коммутации. Потери энергии обусловлены тем, что при относительно малых пульсациях постоянного тока в последовательной цепи, состоящей из светодиодов и сглаживающего дросселя, средние значения напряжения на зажимах силового ключа и протекающего через него тока относительно велики в интервале времени перехода ключа в замкнутое состояние. Аналогично в интервале времени перехода силового ключа в разомкнутое состояние коммутация выполняется при наличии в его цепи тока и напряжения.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразователя.

Технический результат достигается тем, что преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток, содержит источник переменного напряжения, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра и входом стабилизированного источника постоянного напряжения, выход которого подключен через сопротивление к затвору силового ключа на полевом транзисторе, выводу питания типовой микросхемы импульсного регулятора и выводу питания управляемого генератора широтно-модулированных импульсов. Отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления соединен с общей точкой, отрицательной обкладкой конденсатора фильтра, выводом нулевого потенциала стабилизированного источника постоянного напряжения, входом тестирования и выводом нулевого потенциала типовой микросхемы импульсного регулятора, выводом нулевого потенциала управляемого генератора широтно-модулированных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу типовой микросхемы импульсного регулятора, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов и сглаживающего дросселя с помощью силового ключа на полевом транзисторе, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами типовой микросхемы импульсного регулятора и одним выводом токоограничивающего сопротивления, другой вывод которого подключен к общей точке. Сток силового ключа на полевом транзисторе подключен к одному выводу сглаживающего дросселя и аноду первого диода обратного тока, другой вывод этого дросселя соединен с катодом цепи последовательно включенных светодиодов, анод которой соединен с катодом первого диода обратного тока. Дополнительно включены в схему преобразователя параллельный LC-контур, второй диод обратного тока и высокочастотный конденсатор, один вывод этого контура и катод второго диода обратного тока подключены к аноду цепи последовательно включенных светодиодов и катоду первого диода обратного тока, другой вывод параллельного LC-контура соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, к которому параллельно подключен высокочастотный конденсатор, анод второго диода обратного тока соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра.

Преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток (фиг.1) включает источник переменного напряжения 1, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления 2 переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра 3 и входом а стабилизированного источника постоянного напряжения 4, выход b которого подключен через сопротивление 5 к затвору силового ключа на полевом транзисторе 6, выводу питания с типовой микросхемы импульсного регулятора 7 и выводу питания d управляемого генератора широтно-модулированных импульсов 8, отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления 2 соединен с общей точкой, отрицательной обкладкой конденсатора фильтра 3, выводом нулевого потенциала е стабилизированного источника постоянного напряжения 4, входом тестирования f и выводом нулевого потенциала g типовой микросхемы импульсного регулятора 7, выводом нулевого потенциала h управляемого генератора широтно-модулированных импульсов 8, выход i которого подключен к управляющему входу j типовой микросхемы импульсного регулятора 7, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов 9 и сглаживающего дросселя 10 с помощью силового ключа на полевом транзисторе 6, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами k и 1 типовой микросхемы импульсного регулятора 7 и одним выводом токоограничивающего сопротивления 11, другой вывод которого подключен к общей точке, сток силового ключа на полевом транзисторе 6 подключен к одному выводу сглаживающего дросселя 10 и аноду первого диода обратного тока 12, другой вывод этого дросселя соединен с катодом цепи последовательно включенных светодиодов 9, анод которой соединен с катодом первого диода обратного тока 12, дополнительно включены параллельный LC-контур 13, второй диод обратного тока 14 и высокочастотный конденсатор 15, один вывод этого контура и катод второго диода обратного тока 14 подключены к аноду цепи последовательно включенных светодиодов 9 и катоду первого диода обратного тока 12, другой вывод параллельного LC-контура 13 соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра 3, к которому параллельно подключен высокочастотный конденсатор 15, анод второго диода обратного тока 14 соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра 3.

Дополнение схемы преобразователя параллельным LC-контуром 13 и диодом обратного тока 14 выполнено с учетом алгоритма программы управления записанной в память типовой микросхемы импульсного регулятора 7. В частности принято во внимание, что интервал времени замкнутого состояния силового ключа на полевом транзисторе 6 определяется скважностью последовательности широтно-модулированных импульсов поступающих на управляющий вход j данной микросхемы, это позволяет регулировать среднее значение тока в цепи светодиодов. Интервал времени разомкнутого состояния силового ключа 6 задан исходными настройками типовой микросхемы импульсного регулятора 7 и остается неизменным в различных режимах работы. Управление силовым ключом на полевом транзисторе 6 выполняется путем подачи постоянного положительного напряжении на его затвор и с помощью выходного ключа микросхемы 7, подключенного к ее выводам k и l. Выходной ключ этой микросхемы коммутирует исток силового ключа 6 на общую точку через сопротивление 11. Параметры элементов параллельного LC-контура 13 выбираются такими, чтобы длительность одного периода его колебаний была равна длительности разомкнутого состояния силового ключа на полевом транзисторе 6, что обеспечивает режим синхронизации и минимальные потери энергии при коммутациях. В интервале времени разомкнутого состояния этого ключа конденсатор контура 13 дважды перезаряжается, на нем формируется напряжение направленное встречно напряжению на конденсаторе фильтра 3 мостовой схемы выпрямления. В интервале времени замкнутого состояния силового ключа 6 накапливается реактивная энергия в индуктивности и емкости параллельного LC-контура 13, которой достаточно для полного перезаряда конденсатора этого контура. Относительно малая доля избыточной энергии, запасенной в LC-контура 13 при переходных процессах, в частности нестабильном источнике переменного напряжения 1, сбрасывается через диод обратного тока 14 в конденсатор фильтра 3. В режиме синхронизации средние значения напряжения на зажимах силового ключа 6 и тока в его цепи пренебрежимо малы в интервале времени перехода ключа в замкнутое состояние, благодаря проводящему состоянию диода обратного тока 13. В интервале времени перехода ключа 6 в разомкнутое состояние среднее значение напряжение на его зажимах пренебрежимо мало, а ток уменьшается от номинального значения до нуля. Реализация изложенного принципа работы преобразователя позволяет снизить динамические потери энергии в силовом транзисторе 6 при высокочастотной коммутации.

По сравнению с известным устройством предлагаемое позволяет повысить КПД преобразователя.

Преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток, содержащий источник переменного напряжения, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра и входом стабилизированного источника постоянного напряжения, выход которого подключен через сопротивление к затвору силового ключа на полевом транзисторе, выводу питания типовой микросхемы импульсного регулятора и выводу питания управляемого генератора широтно-модулированных импульсов, отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления соединен с общей точкой, отрицательной обкладкой конденсатора фильтра, выводом нулевого потенциала стабилизированного источника постоянного напряжения, входом тестирования и выводом нулевого потенциала типовой микросхемы импульсного регулятора, выводом нулевого потенциала управляемого генератора широтно-модулированных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу типовой микросхемы импульсного регулятора, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов и сглаживающего дросселя с помощью силового ключа на полевом транзисторе, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами типовой микросхемы импульсного регулятора и одним выводом токоограничивающего сопротивления, другой вывод которого подключен к общей точке, сток силового ключа на полевом транзисторе подключен к которой соединен с катодом первого диода обратного тока, отличающийся тем, что дополнительно включены параллельный LC-контур, второй диод обратного тока и высокочастотный конденсатор, один вывод этого контура и катод второго диода обратного тока подключены к аноду цепи последовательно включенных светодиодов и катоду первого диода обратного тока, другой вывод параллельного LC-контура соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, к которому параллельно подключен высокочастотный конденсатор, анод второго диода обратного тока соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра.

Похожие патенты:

Умножитель напряжения // 2486657

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования напряжения, и может быть использовано для питания различных устройств, где требуется высокое напряжение.

Преобразователь энергии электромагнитной волны свч-диапазона в постоянное напряжение // 2443050

Изобретение относится к технике дистанционной передачи и преобразования сверхвысокочастотной электромагнитной энергии в электрическую энергию постоянного тока и может применяться в выпрямителях малой мощности.

Комбинированный выпрямитель // 2408130

Изобретение относится к области электротехники и предназначено, в частности, для преобразования переменных напряжения и тока в постоянные. .

Преобразователь переменного тока в постоянный с 16-кратной частотой пульсации // 2391765

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием.

Многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный // 2387070

Изобретение относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного тока в постоянный для питания потребителей с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения и электромагнитной совместимости.

Преобразователь трехфазного напряжения в постоянное // 2368997

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока с повышенными требованиями к надежности преобразователя.

Высоковольтный источник питания для электронно-лучевого оборудования // 2349020

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания электронно-лучевого оборудования и в других областях промышленности, где требуются мощные источники питания с высоким напряжением.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное с 18-кратной частотой пульсации // 2340998

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. .

Трехфазный регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное // 2331960

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение в устройствах регулирования выходного напряжения на шинах тяговых подстанций электрифицированных железных дорог постоянного тока.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение // 2307443

Пятифазный преобразователь числа фаз // 2503121

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока в трехфазной сети. Технический результат заключается в создании такой архитектуры преобразователя, которая позволяет сократить расход активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехстержневым, что в итоге позволит улучшить весогабаритные показатели преобразователя, упростить конструкцию преобразователя и технологию его изготовления. Для этого заявленный пятифазный преобразователь числа фаз состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки первичной обмотки, которые соединены по схеме «звезда» и подключены к трехфазной сети с нулевым проводом «0», шесть соединенных между собой основных катушек вторичных обмоток, одну дополнительную катушку вторичной обмотки и отпайки от витков основных катушек вторичных обмоток, которые совместно с выходным зажимом дополнительной катушки вторичной обмотки создают симметричную пятифазную систему напряжений. Каждая основная катушка вторичной обмотки трансформатора является стороной «шестиугольника» А, В, С, D, Е, F, преобразующего симметричную трехфазную систему напряжений в симметричную шестифазную систему напряжений, при этом дополнительная катушка вторичной обмоки своим началом подсоединена к узлу контура «шестиугольника», который не связан с основными катушками вторичной обмотки той фазы, на стержне которой находится дополнительная катушка вторичной обмотки. 2 ил.

Источник питания // 2558944

Источник питания включает в себя две или больше входных форм колебаний, которые имеют форму или которые выбирают так, чтобы после раздельного подъема их уровня и выпрямления их совокупная комбинация приводила бы к получению выходной формы постоянного тока, по существу, с отсутствующими пульсациями. Источник питания может содержать генератор формы колебания, каскад преобразования уровня для преобразования на повышенный уровень или пониженный уровень, выпрямительный каскад и объединитель. Генератор формы колебаний может генерировать взаимодополняющие формы колебаний, предпочтительно идентичные, но смещенные по фазе друг от друга так, что после того как взаимодополняющие формы колебаний будут преобразованы по уровню, выпрямлены и совокупно скомбинированы, их сумма будет постоянной, так что не требуется сглаживание или требуется минимальное сглаживание для генерирования выходной формы постоянного тока. Преобразование уровня может осуществляться с использованием трансформаторов или цепей с переключаемым конденсатором. Обратная связь из выходной формы постоянного тока может использоваться для регулирования характеристик входных форм колебаний. 5 н. и 50 з.п. ф-лы, 18 ил.

Подстанция биполярной электропередачи постоянного тока // 2598856

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - снижение помех и потерь энергии, повышение надежности. Преобразуется один род тока (постоянный, переменный) в другой, и связываются таким образом сеть 1 переменного тока и линия 14, 15 постоянного тока. Трехфазные тиристорные мосты 10, 11 работают в выпрямительном или инверторном режимах. Трансформатор одного блока имеет сдвиг по отношению к трансформатору другого блока на угол 30/n=15 электроградусов. Поэтому кратные 6n гармоники выпрямленного напряжения одного блока противофазны гармоникам другого блока и взаимокомпенсируются или значительно ослабляются, ибо заземление 16 и выносная линия 17 обладают собственной индуктивностью. Одновременно с этим снижаются гармоники тока. 2 ил.

Устройство для испытания трансформаторов и реакторов // 2625101

Заявленное техническое решение относится к области электроэнергетики. Новым в устройстве для испытания трансформаторов и реакторов является то, что при переходе с трехфазного режима в однофазный вторичные обмотки выходных однофазных трансформаторов преобразуются в параллельное соединение. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в снижении потерь электроэнергии, улучшении формы напряжения. 1 ил.

Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное // 2630215

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 18-пульсное с равными углами коммутации вентилей. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в треугольник, и тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в звезду, вывод каждой фазной обмотки первой из которых подключен к одноименным электродам первых вентилей, другие электроды которых подключены к одноименным с ним выводам разноименных фазных обмоток второй группы и разноименному с ним выводу одноименной фазной обмотки третьей группы, общая точка обмотки второй группы подключена к первому крайнему выводу двух идентичных встречно-последовательно соединенных одноименных фазных обмоток четвертой группы, фазные выводы обмоток второй и третьей групп подключены к одноименным электродам вторых вентилей, общая точка которых образует первый полюс, а фазные выводы обмоток первой группы подключены к одноименным электродам третьих вентилей, общая точка которых образует второй полюс, причем число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794⋅w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321⋅w, где w - число витков фазной обмотки первой группы, второй крайний вывод обмоток четвертой группы подключен к общей точке обмотки третьей группы, число витков каждой фазной обмотки четвертой группы равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей групп. Технический результат предлагаемого преобразователя - равные углы коммутации вентилей при минимуме вторичных трехфазных групп обмоток трансформатора. 1 ил.

Способ получения повышенного выходного напряжения // 2632817

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение значения наводимой электродвижущей силы в обмотке статора магнитоэлектрической машины. Согласно способу валом двигателя с переменной скоростью вращения приводят во вращение нерегулируемый магнитоэлектрический генератор. Пропорционально переменной скорости вращения изменяют частоту и напряжение на выходе генератора. Далее размыкают трехфазную обмотку асинхронной машины для получения трех однофазных обмоток, каждую обмотку подключают к выпрямительному блоку, для получения постоянного напряжения. Выходы выпрямительных блоков подключают последовательно с соблюдением полярности, для получения суммарного значения выходного напряжения, а к выходу выпрямителей подключают емкостный сглаживающий фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряженного. Способ получения повышенного выходного напряжения позволяет исключить из результирующего напряжения переменные составляющие электродвижущей силы. 1 ил.