Способ и устройство бестрансфор-маторного электропитания

Союз Советских Соцналнстнческнх Реслублнк(22) Заявлено 05.03.79 (21) 2732302/24-07с лрмсоедимеммем ваявкм ЙУ 2743176/24-07(51)м. ФСл з 6 05 Г 1/56 Государственный комнтет СССР по аелам нзобретеннй н открытнй(53 УДК 621. 314 . 632(088.8) Дата опублмковаммя описания 23.0281(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО БЕСТРАНСФОРМАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Изобретение относится к электро."ехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронных приборов, в частности с импульсными стабилизаторами посто- явного напряжения.Известны способы электропитания, которые заключаются в том, что переменное напряжение сети посредством выпрямлення преобразуют в пульсирующее,сглаживание пульсаций которого производят конденсатором. Выбор емкости конденсатора производят из условий, характеризующих параметры нагрузки, в том числе и иэ допусти мых пульсаций напряжения на нагрузке, которые не должны превышать предельно-допустимое значение пульсаций для выбранного типа конденсатора наприменяемой частоте пульсаций 13 20 н 2 Я.Однако предельно-допустимые значения пульсаций электролитических конденсаторов, применяемых для сглаживания пульсирующего напряжения, эа частую значительно меньше допустимого значения пульсаций напряжения, необходимого для нормального функциони,рования устройств электропитания. Эта разница может быть оообенно велика 30 если в состав устройства, входит импульсный стабилизатор, способный нормально фнукционировать при любых перепадах его входного напряжения, лишь бы мгновенное значение пульсирующего напряжения на оказалось меньше минимально допустимого входного напряжения импульсного стабилизатора. Несовместимость указанных значений пульсаций напряжения на нагрузке и конденсаторе приводит или к увели-. чению емкости конденсатора, что ухудшает массо-габаритные показатели устройств и, естественно, крайне нежс лательно, или к уменьшению надежност конденсатора, что может сделать нево можной его работу.Известно устройство электропитания, использующее в целях уменьшения габаритов непосредственное преобразование переменного напряжения сети в пульсирующее напряжение с последующей его стаб лизацией и высокочастотным преобразованием и преобразующее напряжение переменного тока трехфазной сети в пульсирующее, которое не требует дополнительного сглаживания 1 .Данное устройство обладает весьма высокими массо-габаритными характеристиками, но необходимость специальной трехфаэной сети ограничиваетсферу его применения.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является бестрансформаторное. устройство электропитания нагрузки,содержащее выпрямитель:подключенный входом выводам для подключения источника переменного напряжения, импульсный стабилизатор постоянного напряжения и емкостной Фильтр, )включенный между выходом выпрямителя и входом импульсного стабилизатора 21.Однако в известном устройстве конденсатор Фильтра имеет габариты, определяемые предельно-допустимыми техническимв условиями значений пульсаций, которые, как правило, не превы.шают 10 на 100 Гц, что имеет местопри двухпульсационном выпрямлениипеременного напряжения промышленной 33частоты. Прв необходимости получениявыходного напряжения импульсного стабилизатора, существенно меньшего максимального амплитудного значениявыпрямленного напряжения, обеспечение 10 пульсаций напряжения, прило"женного к конденсатору, существенноувеличивает его габариты, а, следовательно, в всего устройства.Цель изобретения - улучшение массо-габаритных пОказателей выпрямителя при большой величине допустимых пульсаций на нагрузке.Поставленная цель достигается тем, что разряд конденсатора на нагрузку осуществляется при мгновенных значениях пульсирующего напряжения меньших минимально-допустимого напряжения на нагрузке.Устройство для осуществления способа дополнительно содержит ключевой 40 элемент, источник опорного напряжения н разделительный диод, соединенный своим катодом с одним из выводов конденсатора, входом ключевого элемента и входом источника опорного 4 напряжения, выход которого подсоединен к управляющему входу ключевого элемента, подключенного своим выходом к аноду разделительного диода н положительному полюсу выхода выпрямителя, отрицательный полюс вйхода которого соединен с другим выводом конденсатора и общим выводом источником опорного напряжения.При этом, источник опорного напряжения выполнен в виде стабилитрона, катод которого подключен к управляющему входу ключевого элемента и через резистор - к катоду разделительного диода.Кроме того, ключевой элемент вы-полнен в виде двух диодов и тиристора, подключенного встречно-параллельно к разделительному диоду и соединенного своим управляющим электродом с катодами обоих диодов, анод одного вз которых соединен с катодом тиристора, а анод другого диода соединенс выходом порогового элемента,На фиг. 1 и фиг, 2 изображенывременные диаграммы напряжений; нафнг. 3 - принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 4диаграмма входн ого напряжения импульсного стабилизатора напряжения.Способ бестраисформаторного электропитания осуществляется следующимобразом.Переменное напряжение питакицейсети преобразуется, например, мостовым выпрямителем в пульсирующее(криваяФиг. 1), заряжающее конденсатор до своего амплитудного значения, по достижении которого конденсатор отключают от источника пульсирующего напряжения (криваяФиг,1).Подключение конденсатора к нагрузкес последующим его разряцом на нееи одновременное отключение питающейсети от нагрузки осуществляют в момент, когда уменьшающееся мгновенноезначение пульсирующего напряженияравно минимально-допустимому значению напряжения на нагрузке 0 ; . Разряд конденсатора осуществляют в течение времеви Ь(фиг. 1) до тех пор,пока увеличивающееся мгновенноезваченве пульсирующего напряженияне становится равным О, при этомемкость конденсатора обеспечиваетза время ьс его разряд на напряжение не более ьОс (фиг. 1), соответствующее предельно-допустимому размаху пульсаций выбранного типа конденсатора, Затем рабочий цикл повторяется.Проведем сравнительный анализ известного и предлагаемого способовдля наиболее распространенных видовнагрузки, которые можно характеризовать постоянством сопротивления,тока, или же мощности, Прн этом,какпредлагаемый, так и известный способы должны предусматривать использование конденсатора с размахом пульсаций А Ос, не превышающим удвоенногоамплитудного значения допустимыхдля выбранного типа конденсаторапульсаций,При постоянном значении сопротивления нагрузки напряжение раэряжающегося конденсатора определяетсяформулойОс О (1 -Р ),где О - амплитудйое значение нульОсирующего напряжения, заряжающего конденсатор, изображенного кривой 1.Тогда ь ООГГс, откуда видно, чтопри равных значениях и О для обоихспособов,ОуЬФС йс и -3 а 2где Ьс - время разряда конденсаторавремя разряда конденсатора (С ) при предлагаемом способе.При постоянном значении тока нагрузки 1 напряжение раэряжающегося конденсатора равноТсО 0тогдадОс =1 моткуда видно, что при равных значениях Ь ОссдО = Эьг и сдОс, = Эдит что также даетЯПри постоянном значении мощности 1% нагрузки напряжение разряжакаЧегося конденсатора можно выразить через выражение мощностиЯРс Ь о - (О 0 - ЬОс)2 м 20 откуда видно, что при равных значениях дОс и О 0 для обоих способовсдгс дс 2Описанный анализ показывает, что для любого вида нагрузки при сохранении допустимых. значений пульсации на конденсаторе предлагаемый способ дает возможность использования конденсатора меньшей емкости,по сравнению с известным способом, таккак при д г с ъгс,1с 2Устройство для реализации предлагаемого способа содержит подключенный своим входом к выводам для подlключения источника переменного напряжения выпрямитель 1, выход которого положительным и отрицательным полюсами соединен со входом импульсного стабилизатора 2. Положительный полюс выпрямителя 1 через раздели тельный диод 3 соединен с одним иэ выводов конденсатора 4, входом ключевого элемента 5, состоящего из двух диодов б и 7, соединенного своими катодами с управляющим электродом 4 тиристора 8, включенного встречно- параллельно диоду 3 и входом источника 9 опорного напряжения, подключенного через резистор 10 к аноду диода 6 управляющего входа ключевого элемента 5 и к катоду стабилитрона 11, анод которого соединен со вторым выводом конденсатора 4 и с отрицательным по,пюсом выхода выпрямителя 1.Устройство работает следующим 55 образом.Пульсирующее напряжение с выпрямителя 1 при его мгновенных значениях, больших минимально-допустимого входного напряжения О 1,д им- Я пульсного стабилизатора, одновременно подается на его вход и заряжается через диод 3 конденсатор 4. При этом ключевой элемент 5 закрыт, так как напряжение на входе импульсного стабилиэатора 2 больше установившегося напряжения на выходе порогового элемента, которое подается на управляющий вход ключевого .=-мента. При уменьшении пульсирующего напряжения до О, величина которого меньше источнйка 9 опорного напряжения, определяемого стабилитроном 11, на величину необходимую для отпирания тиристора 8, последний отпирается в момент времении разряжает конденсатор 4 на вход импульсного стабилизатора 2,Разряд конденсатора 4 происходит до момента времени с , когда вновь увеличивающееся мгновенное значение пульсирующего напряжения не станет равным О 8 ;и . При этом тиристор.8 запирается, а конденсатор 4, емкость которого выбрана иэ условий допустимых для нее пульсаций, вновь заряжается пульсирующим напряжением до его амплитудного значения.Затаю рабочий цикл повторяется.Формула изобретения1. Способ бестрансформаторного электропитания, заключающийся в том, что конденсатор фильтра заряжают при мгновенных значениях пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя большем напряжения на конденсаторе, а разряжают на нагрузку при мгновенных значениях пульсирущего напряжения на выходе выпрямителя меньшем, чем напряжение на конденсаторе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения массо-габаритных показателей выйрямителя при большей величине допустимых пульсаций ка нагрузке, разряд конденсатора на нагрузку осуществляется при мгновенных значениях пульсирующего напряжения меньших минимально-допустимой величины напряжения на нагрузке.2, Устройство по п.1, содержащее выпрямитель, подключенный входом к выводам для подключения источника переменного напряжения, импульсный стабилизатор постоянного напряжения и емкостной фильтр, включенный между выходом выпрямителя и входом импульс ного стабилизатора, о т л и ч а ю - щ е е с я тегл, что, с целью улучшени массо-габаритных показателей устройства путем уменьшения массы конденсаторов фильтра, в него введены ключевой элемент источник опорного напряжения и разделительный диод, ссэдиненный своим катодом с одним из выводов конденсатора, входом ключевого элемента и входом источника опорного напряжения, выход которого, подсоединен к управляющему входу ключевого элемента, подключенного своим выходом к аноду разделительного диода и положительному полюсу выходавыпрямителя, отрицательный полюс выхода которого соединен с другим выводом конденсатора и общим выводом источника опорного напряжения.3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я .тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде стабилитрона, катод которого подключен к управляющему входу ключевого элемента и через резистор - к катоду разделительного диода.4. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ключевой элемент выполнен в виде двух диодов и тиристора, подключенного встречно-параллельно к разделительному диодуи соединенного своим управляющимэлектродом с катодами обоих диодов,анод одного нз которых соединен скатодом тиристора, а анод другогодиода соединен с выходом пороговогоэлемента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 467338, кл. 0 05 Р 1/64, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 547744, кл, 0 05 Г 1/56, 1975.807252 шевск Составитель Н. Ц Техред Н. Майор Ко оррек едактор О. Мале каэ 283/ илиал ППП фПатент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 951ИИПИ Государстве по делам изобре5, Москва, Ж,Подписноеого комитета СССРний и открытийаушская наб., д. 4