Устройство для выпрямления напряжения переменного тока

)5 Н 02 М 7/10 ЕНИЯ ЕЛЬСТВ тво СССРО, 1984.МЛЕНИЯ НАПГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИД(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро специального технологического оборудования(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПРЯРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вкачестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением. Цель изобретения - увеличениеКПД. Устройство содержит диодный 2мост, подключенный к источнику переменного тока и состоящий из диодов 1-4. Последовательно с диодами 1,4 включены ключевые элементы 5,6.Общая точка соединения ключевых элементов 5 и 6 подключена к выходному выводу, не соединеному с корпусом, а общая точка соединения диодов 2,3 подкпюнена .к выходному выводу, соединенному с корпусом устройства. Конденсаторно-диодные цепи 7,8 подключены своими входами и выходами соответственно между общими точками соединения диодов с ключевыми элементами и выходными выводами. В качестве ключевых элементов использованы незапираеьые тиристоры 5 и 6., управляющая цепь каждого из которых включает накопительный конденсатор 35 (36 ), пус(38), 41 (42), 49 (50). Указанное выполнение ключевых элементов и их управляющих цепей позволяет уменьшитьмощность рассеяния в управляющих целях за счет обеспечения импульсного Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением, и является дополнительным к основному авт.св, 9 1275704.Цель изобретения - увеличение КПД устройства,На фиг.1 представлена электрическая схема устройства дпя выпрямпениянапряжения переменного тока; нафиг.2 - осциллограммы напряжений вконкретных .точках, где .в, П ьБп - входное, выходное и пусковоенапряжения, Ц- напряжение на соотв етств ующем конденсатор е.В устройстве (фиг,1) один входной вывод для подключения источниканапряжения переменного тока соединенс анодом диода 1 и катодом диода 2,а другой входной вывод - с катодом3 и анодом диода 4 выпрямительногомоста. Катод диода 1 соединен с анодом незапираемого тиристора 5., катоддиода 4 - с анодом незапираемого тиристора б, а катоды тиристоров 5 и бподсоединены к выходной плюсовой шине, не соединенной с корпусом. Анодыдиодов 2 и 3 соединены с общей минусовой выходной шиной.Рассмотрим соединение только верхнего плеча моста (указывая элементынижнего плеча в скобках), так какверхнее и нижнее плечи моста подключены одинаково.В конденеаторно-диодной цепи 7 (8)конденсатор 9 (10) подключен к катоду диода 1 (4), другой вывод конденсатора 9 (О) соединен с катодомразрядного диода 11,(12) и анодом зарядного диода 13 (14), анод диода11 (12) подсоединен к общей минусовой выходной шине питания,5 20 25 30 35 40 тока через управляющий электродкаждого тиристора и пускового мапомощного транзистора с высокоомнымпусковым ограничивающим резистором,При этом в пусковой цепи каждого тиристора имеет место незначительноепотребление тока от входного источника питания. 2 ил. В конденсаторно-диодной цепи 15 (16) конденсатор 17 (18) соединен с катодом диода 13 (14) предыдущей цепи, анодом разрядного диода 19 (20), подсоединенного катодом к диоду 1 (4) моста, другой вывод конденсатора 17 (18) соединен с анодом зарядного диода 2 (22) и катодом разрядного диода 23 (24), подсоединенного анодом к общей минусовой выходной шине питания.В конденсаторно-диодной цепи 25 (26) конденсатор 27 (28) соединен с катодом диода 21 (22) предыдущей цепи, анодом разрядного диода 29 (30), подсоединенного катодом к диоду 1 (4) моста, другой вывод конденсатора 27 (28) соединен с катодом разрядного диода 31 (32), подсоединенного анодом к общей минусовой шине питания, и анодом зарядного диода 33 (34), подсоединенного катодом к плюсовой выходной шине.Катод незапираемого тиристора .5 (б) подключен к выводу накопительного конденсатора 35 (36), а его управляющий электрод через первый ограничивающий резистор 37 (38) - к коллектору разрядного тр анзистор а39. (40) и через второй ограничив акщий резистор 41 (42) - к плюсовому выводу последнего конденсатора28 (27) конденсаторно-диодной цепи26 (25). Эмиттер разрядного транзистора 39 (40) соединен с другим выводом накопительного конденсатора35 (36) и через коммутирующий диод43 (44) - с положительным выводомпоследнего конденсатора 27 (28) конденсаторно-диодной цепи 25 (26), аего база через резистор 45 (46)с коллектором пускового транзистора47 (48). Эмиттер транзистора 47 (48)соединен с общей выходной минусовой35 шиной, а его база через третий ограничивающий резистор 49 (50) - с катодом ди ода 3 (2 ) мос та.Устройство работает следующим об 5р азом.В положительный полупериод напряжения переменного тока выпрямительные диоды 1 и 3 моста открыты, адиоды 2 и 4 закрыты. В этот моменттиристор 5, включенный последовательно с открытым диодом 1 моста, должен быть наоборот закрыт в течение .всего полупериода, а тиристор 6,включенный последовательно с закрытым диодом 4 моста, должен бы ь,наоб ор от, открыт в течение в сего попупериода. Следовательно, конденсаторы9,17 и 27 конденсаторно-диодных цепей 7, 15 и 25 будут соединены последовательно через зарядные диоды13, 21 и 33 и сопротивление нагрузки.,Суммарное напряжение на них будетравно выпрямленному напряжению сети.Разрядные диоды 11, 19, 23, 31 и 29 25будут закрыты, так как выпрямленноенапряжение прикладывается к ним вобратном направлении. В этот моментконденсаторы 1 О, 18 и 28 конденсаторно-диодных цепей 8, 16 и 26 будут 3 рсоединены параплельно через разрядные диоды 12, 20, 24, 30 и 32 и через открытый тиристор 6 подключеныпараллельно нагрузке,поддерживая токв ее цепи, так как они были заряжены в предыдущий папупериод напряжения переменного тока, Напряжение нанагрузке при наличии одного конден сатора в конденсаторно-диодной цепив два раза меньше выпрямленного нап 40ряжения сети, при напичии двух конденсаторов - в три раза меньше выпрямленного напряжения сети и при наличии трех конденсаторов - в четырер аз а меньше выпрямленного напряжения сети и т.д, Таким образом, черезнагрузку одновременно проходит нетолъко ток заряжающейся группы поседовательно соединенных конденсаторов,но и ток разряжающейся группы параллельно соединенных конденсаторов, чтоснижает уровень пульсаций напряженияна нагрузке.Переключение тиристоров происходитследующим о бр азом.Допустим, что в момент включениянапряжения переменного тока на входеустройства наблюдаем положительныйполупериод напряжения, Тогда диоды 1 и 3 моста будут открыты, а диоды2 и 4 закрыты. Пусковой транзистор47 будет закрыт, так как к его базе через ограничивающий резистор 49прикладывается отрицательное напряжение, а пусковой транзистор 48 открыт,так как к его базе через ограничивающий резистор 50 прикладываетсяположительное напряжениеТок базыпускового транзистора 48 очень мал,так как он коммутирует ток базовойцепи разрядного транзистора. Поэтомуограничивающие резисторы 49 и 50 имеют большое сопротивление. С ростомамплитуды переменного напряжениямощность рассеяния на них возрастает, но она незначительна по сравнению с мощностью рассеяния в цепяхуправляющих электродов тиристоров.Отпирание пусковых транзисторов происходит чуть позже начала полупериода переменного напряжения, т,е. тогда, когда ток через ограничивающийрезистор достигнет величины, доста -точной для отпирания этих транзисторов (см, осциллограммы фиг,2), ноэто не нарушает работоспособностиустройства.В первый полупериод переменногонапряжения оба тиристора 5 и 6 закрыты, так как накопительные конденса -торы 35 и 36, обеспечивакщие питанием цепи управляющих электродов тиристоров, не заряжены. В этот моменттолько заряжаются конденсаторы 9,17и 27 через нагрузку до уровня выпрямленного напряжения сети и заряжается накопительный конденсатор 35 через диод 43 до напряжения на конденсаторе 27 конденсаторно-диодной цепи 25,В следунхций отрицательный полупериод напряжения переменногО. тока навходе устройства диоды 2 и 4 мостаоткрыты, а диоды 1 и 3 закрыты, Пусковой транзистор 47 откроется чуть позже начала полупериода переменногонапряжения, а пусковой транзистор48 будет закрыт весь период переменного напряжения, Соответственно откроется через резистор 45 только разрядный транзистор 39 и накопительныйконденсатор 35 разрядится через ограничивающий резистор 37 и переход,управляющииэлектрод-катодом тиристора 5, Диод 43 закрыт. В результате.в цепи управляющего электрода тиристора 5 рассеется незначительная им 1578795пульсная мощность. Тиристор 5 откроется и конденсаторы 9, 17 и 27 подключаются параллельно нагрузке,поддерживая ток в ее цепи. В этот попу- период переменного напряжения происходит заряд последЬвательно соединенных конденсаторов 1 О, 18 и 28 через нагрузку до уровня выпрямленного напряжения сети и заряжается накопительный конденсатор 36 через диод 44 10 до напряжения на конденсаторе 28 конденсаторно-диодной цепи 26. Затем на входе повторяется полоялютепьныи полупериод переменного напряжения, при котором диоды 2 и 4 моста закрыты, диоды 1 и 3 моста открыты,пусковой транзистор 47 и соответств енно разрядный тр анэи стор 39 з акрыты,пусковой транзистор 48 и соответственно разрядный транзистор 40 открыты. В результате накопительныйконденсатор 36 разряжается через ограничивающий резистор 46 и переход,упр авлянзций электрод-катодом тиристора 6, и последний открывается,подключая конденсаторы 10, 18 и 28 параллельно нагрузке. Так как напряжение на конденсаторах 10, 18 и 28больше, чем напряжение на уже разрядившеися группе конденсаторов 9, 17 20 25 30 и 27, то ток через тиристор. 5 становится меньше тока отпускания, т.е. практически равным нулю, и он закрывается, отключая от нагрузки конден 35 саторы 9, 17 и 27. Зарядные диоды13, 21 и 33 этой группы конденсаторов будут закрыты до тех пор, покаамплитуда выпрямленного напряжениясети не превысит суммарное напряжениена них. Затем зарядные диоды 13,21и 33 будут открыты до момента, покаамплитуда выпрямленного напряжениясети не станет меньше суммарного напря 40 жейия на уже заряженных конденсаторах 9, 17 и 27. Поэтому в моментотпирания зарядных диодов на последнем конденсаторе конденсаторно-диодной цепи по отношению к общему проводу, соединенным с корпусом,наблюдается (см. осциллограмму фиг.2) удвоенное напряжение, равное напряжению на нагрузке и этом конденсато 45 50 исходит заряд накопительного конденсатора 35 до уровня напряжения нанагрузке. Затем диод 43 одновременно с зарядными диодами закроется,ре, В этот момент кратковременно отпирается коммутирующий диод 43 и про Так как последовательно соединенные конденсаторы 9, 17 и 27 заряжаются через нагрузку, то напряжение . на параллельно соединенных конденсаторах 10, 18 и 28 в момент их заряда возрастает (см. осциллограмму фг.2), что может привести к самозапиранию тиристора 6 (ток через него становится меньше тбка отпускания) и нарушению режима работы устройства. Чтобы этого не происходило, введены ограничивающие резисторы 41 и 42, В тот момент., когда ток через тиристор 6 уменьшается, на него подается отпирающий импульс через резистор 42 с последнего конденсатора 27, на котором именно в этот момент нап" ряжение по отношению к общему проводу удваивается, т. е, становится равным сумме напряжений на нагрузке и этом конденсаторе, Отпир ающий импуль с на управляющем электроде тиристора 6 кратковременен, поэтому не происходит значительного рассеяния мощности на резисторе 42.Формула из обр етенияУстройство для выпрямпения напряжения переменного тока по авт,св.9 1275704, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД, каждыи ключевой элемент выполнен в виде незапираемого тиристора,анод которого подключен к катоду соответствующего диода мостового выпрямителя, а катод - к второму выходному выводу, управляющая цепь каждого тиристора включает пусковой и разрядный транзисторы, накопительный конденсатор, резистор,предотвращакщий самозапирание тиристора, и ограничивающие резисторы, причем катод тиристора соединен с выводом накопительного конденсатора, а управляющий электрод через первый ограничивающий резистор - с коллектором разрядного транзистора и через второй ограничивающий резистор - с плюсовым выводом последнего конденсатора конденсатор- но-диодной цепи, противоположной той, к которой подключен указанный тиристор, эмиттер разрядного транзистора соединен с другим выводом накопительного конденсатора и через коммутирующий диод, включенный в прямом направлении, с положительным выводом157879 ль Л.устинкинОлий ньпс Соста Техре едак, Ревс Ко Доли нич пис н обретенияРаушская ГКНТ СС открытия д. 4/5 В 1 етиэводственно-издательско комбинат Патент , г.ужго л. Гагарина, 101 последнего конденсатора конденсатор- но-диодной цепи, к которой подключен указ анный тири ст ор, ба э а р азрядно го транзистора соединена через укаэанный резистор с коллектором пускового транзистора, эмиттер которого соеди 921 Тираж 498 Государственного комитета по 113035, Москва, Ж51 Онен с первым выходным выводом, а база через третий ограничивающий резистор - с входной цепью переменного тока, противоположной той, в которую включены укаэанные тиристор и диод мост ов ого выпрямителя,