Преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток


 


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:

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

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

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

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

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.

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

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.

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

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.

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 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.
Наверх