Преобразователь переменного напряжения в постоянное

(51)4 Н 02 М 7 12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИД=ТЕЛЬСТВУ(72) Ю. А. Мордвинов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро геофизической техники (53) 621.314,5(088,8)(56) Руденко В. С. и др. Преобразовательная техника. Киев: Вища школа, 1979, с. 59,Ромша Э. М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М., Радио и связь,981, с. 211.Авторское свидетельство СССР571862, кл. Н 02 М 7/10, 1977.(54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий ячейку с и последовательно соединенными через разделительные диоды запоминающими конденсаторами, первый и второй промежуточные выводы каждого из которых через соответствующие разрядные диоды, а первый и второй крайние выводы непосредственно соединены соответственно с общей точкой зарядного и разрядного ключевых элементов и с первым выводом силового выпрямителя и с первым выходным выводом, при этом другой выходной вывод соединен со свободным выводом разрядного ключевого элемента, а свободный вывод зарядного ключевого элемента соединен с вторым выводом силового выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества электрической энергии путем умень- щения пульсаций входного напряжения, в него введена вторая ячейка и в каждую ячейку введены тиристоры по числу разрядных диодов, включенные встречно-параллельно разрядным диодам, кроме того, в преобра ЯО 1171932 А зователь введен узел сравнения с опорой, связанный входами с первыми запоминаю- шими конденсаторами различных ячеек, узел включения входами соединенный с двумя выходами узла сравнения и входными выводами, узел слежения, входами соединенный с входными выводами и выходом узла включения, узел совпадения, подключенный входами к выходам узлов сравнения, включения и слежения, при этом цепи управления зарядных ключевых элементов соединены с выходом узлов включения и совпадения, цепи управления разрядных ключевых элементов - с выходами узла совпадения, а цепи управления тиристоров - с выходом узла слежения.2 Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что узел сравнения с опорой содержит генератор опорного сигнала и амплитудные компараторы, связанные через модуляторы с первыми запоминающими конденсаторами различных ячеек и указанным генератором, узел включения - формирователь прямоугольного напряжения и реле времени, связанные с входными выводами, инвертор, подключенный к реле времени, и конъюнкторы, соединенные с инвертором, соответствующими выходами формирователя прямоугольных импульсов и амплитудными компараторами, узел слежения - последовательно соединенные умножитель частоты, связанный с входными выводами, и кольцевую пере- счетную схему, делитель частоты, подключенный к умножителю частоты, конъюнкторы, соединенные с соответствующими ячейками кольцевой пересчетной схемы и реле времени, узел совпадения - четыре конъюнктора, два из которых подключены к реле времени и делителю частоты, а другие дополнительно - к амплитудным компараторам.Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бестрансформаторным преобразователям переменного напряжения в постоянное.Целью изобретения является повышение качества электрической энергии путем уменьшения пульсаций выходного напряжения н путем уменьшения времени разряда конденсаторов на нагрузку.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - схема О управления ключевыми элементами; на фиг, 3 - диаграммы напряжений на отдельных элементах схемы.Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит две ячейки с и последовательно соединенными через разделительные диоды 1.1 - 9.1 (1,2 - 9.2) запоминающими конденсаторами 10.1 - 19,1 (10.2 - 19.2), обкладки -которых через разрядные диоды 20.1 - 37.1 (20.2 - 37.2), зарядные 38.1 (38.2) и разрядные 39.1 (39.2) ключевые элементы (транзисторы) соединены соответственно с выходом силового выпрямителя 40 и выходными выводами 41, 42, и схему 43 управления (фиг. 2), тиристоры 44.1 - 61.1 (44,2 - 61.2), включенные встречно-параллельно разрядным диодам 20.1 - 37.1 (20.2 - 37.2), узел 62 сравнения с опорой (фиг. 2), связанный с запоминающими конденсаторами 10.1 и 10.2 различных ячеек, узел 63 включения, соединенный с узлом 62 сравнения и сетью переменного тока, узел 64 слежения, соединенный с сетью переменного тока и узлом 63 включения, узел 65 совпадения, подключенный к узлу 62 сравнения с опорой, узлу 63 включения и узлу 64 слежения, при этом цепи управления зарядных ключевых элементов 38.1 и 38,2 соединены с узлом 63 включения и узлом 65 совпадения, цепи управления разрядных ключевых элементов 39.1 и 39.2 - с узлом 65 совпадения, а цепи управления тиристоров 44.1 - 61,1 (44.2 - 62.2) - с узлом слежения. При этом узел 62 сравнения с опорой содержит 40 генератор 66 опорного сигнала и амплитудные компараторы 67 и 68, связанные через модуляторы 69 и 70 с запоминающими конденсаторами 10.1 и 10.2 различных ячеек и указанным генераторам 66. Узел 63 включения содержит формирователь 71 прямо угольного напряжения и реле 72 времени, связанные с входными клеммами, иивертор (логическая схема НЕ) 73, подключенный к реле 72 времени, и конъюнкторы (логические схемы И) 74 и 75, соединенные с инвертором 73, соответствующими выходами формирователя 71 прямоугольного напряжения и амплитудными компараторами 67 и 68. Узел 64 слежения содержит последовательно соединенные умножитель 76 частоты, связанный с входными клеммами, и кольцевую пересчетную схему 77, делитель 78 частоты, подключенный к умножителю 76 частоты, конъюнкторы 79.1 - 79.в, соединенные с соответствующими ячейками кольцевой пересчетной схемы 77 и реле 72 времени, узел 65 совпадения - четыре конъюнктора 80 - 83, два из которых 80 и 81 соединены с реле 72 времени и делителем 78 частоты, а другие 82 и 83 - дополнительно к амплитудным компараторам 67 и 68. На фиг. 3 представлено напряжение 84 на выходе выпрямителя 40, импульсы 85 - 102 управления, поступающие соответственно на тиристоры 44.1 - 61.1 (зачерченные импульсы) и 44.2 - 61.2 (пунктирные импульсы), напряжение 103, поступающее в противофазе на цепи управления разрядных ключевых элементов 39.1 и 39.2, и напряжение 104, поступающее в противофазе на цепи управления разрядных ключевых элементов 38,1 и 38.2.Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.При подключении преобразователя к сети переменного тока узел 63 включения обеспечивает поочередное включение на время =Т/2, где Т - период напряжения сети, зарядных ключевых элементов 38.1 и 38.2 и заряд последовательно соединенных запоминающих конденсаторов 10.1 - 19.1 и 10.2 - 19.2. Заряд запоминающих конденсаторов начинается в момент перехода входного напряжения сети через нуль, чем ограничивается амплитуда зарядного тока. Момент выключения зарядных ключевых элементов 38.1 и 38.2 определяет узел 62 сравнения с опорой, который связан функционально с узлом включения и который осуществляет сравнение напряжений на запоминающих конденсаторах ячеек с напряжением генератора 66 опорного напряжения. После заряда запоминающих конденсаторов до напряжений, соответствующих напряжению генератора опорного напряжения, происходит выключение зарядных ключевых элементов 38.1 и 38.2. После интервала временис"-2 Т цепи управления зарядных ключевых элементов 38.1 и 38.2 переключаются к узлу 65 совпадения, а узел 64 слежения обеспечивает управление тиристорами 44.1 - 61.1 и 44.2 - 61,2 согласно диаграмм 85 - 102. Так как амплитуда выпрямленного напряжения 84 изменяется в течение полупериода входного напряжения, то за счет тиристоров 44.1 - 61.1 и 44.2 - 61.2, управляемых от узла слежения, осуществляется включение различного количества последовательно соединенных конденсаторов при их подзарядке. Так, при десяти последовательно соединенных конденсаторах (п=10) 10.1 - 19.1 и 10.2 - 19.2 в моменты 1 =Т/60 (6), з= =Т/20 (18), ь=Т/12 (30), у=7 Т/60 (42), 1=3 Т/20 (54), 1 =11 Т/60 (66), 13 - 13 Т/60 (78), 1 з=Т/4 (90) амплитуды модуля входного напряжения равны соответственно 0,1045; 0,3090; 0,5000; 0,6691;0,8090; 0,9136; 0,9781 и 1,000 амплитуды входного напряжения. Если выходное напряжение стабилизируется на уровне 0,1 .), (где 1 - максимальная амплитуда входного напряжения), то в интервале времени о - 1 ь когда заряжаются конденсаторы первой ячейки (10.1 - 19,1), необходимо подключить все конденсаторы параллельно. Дости гается это за счет подачи импульсов управления длительностью о - т 1 на все тиристоры первой ячейки (заштрихованные импульсы) и включить зарядный транзистор 38.1, В это время нагрузка получает питание от параллельно соединенных конденсаторов 10.2 - 19,2 второй ячейки, При достижении напряжения на конденсаторе 10.1 максимально допустимой величины 0,11 управление с транзистора 38.1 снимается (104), т. е. существует время, в течение которого ячейка 15 отключена от выпрямителя и от нагрузки. В момент времени 1 напряжение управления 103 снимается с разрядного транзистора 39,2 и подается ( 04) на включение зарядного транзистора 38.2. В это время нагрузка подключается через разрядный транзистор 39.1 и к первой ячейке. Так как к времени з. мгновенное значение входного напряжения достигает величины 0,3090 1, то необходимо управление подать на тиристоры 55.2 (96 в интервале временив з пунктирный импульс), 46.2 (87), 58.2 (99), 49.2 (90) и 61.2 (102), что обеспечивает подключение к выпрямителю трех цепей из трех последовательно соединенных конденсаторов (10.21.2, 12.2, 13.2, 14.2, 15.2, 16.2, 17.2 и 18.2) и зарядку каждого конденсатора до величины ЗО 0,1, При достижении напряжения на конденсаторе 10,2 максимально допустимой величины 0,1 )1, зарядный транзистор 38.2 выключается. Последовательность поступления импульсов управления на тиристоры 44.1 - 61.1 представлены соответственно 85 в 35 102 заштрихованными импульсами, а на тиристоры 44.2 - 61.2 и 85 - 102 - пунктирными линиями. При этом выключение тиристоров осуществляется без дополнительных коммутирующих контуров за счет подключения указанной ячейки к нагрузке.Схема управления, обеспечивающая управление силовой частью преобразователя (фиг. 2), включает узел 62 сравнения с опорой, узел 63 включения, узел 64 слежения и узел 65 совпадения. Узел сравнения имеет 45 два выхода и обеспечивает формирование 1 на соответствующем выходе, когда напряжение на конденсаторах 10,1 или 10.2 соответствует (меньше) напряжению генератора 66 опорного напряжения. В узел сравнения введены в общем случае модуляторы 69 и 70, ко торые обеспечивают через высокочастотный согласующий трансформатор гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления и приведение в соответствие (обычно уменьшение) напряжений конденсаторов .и напряжения (опорное напряжение). Амплитудные компараторы 67 и 68, которые являются выводными элементами узла 62 сравне 4ния с опорой, формируют 1 на выходе, когда напряжение Ц,больше выходного напряжения модуляторов 69 и 70, величины которых пропорциональны напряжению соответствующих конденсаторов 10.1 и 10.2. При достижении напряжений на указанных запоминающих конденсаторах заданной величины на выходе соответствующего амплитудного компаратора формируется 0, что обеспечивает в конечном итоге выключение зарядного ключевого элемента 38.1 или 37.2. Узел включения имеет два выхода, которые подключены к цепям управления зарядных ключевых элементов 38.1 и 38.2 и обеспечива . ет управление зарядными ключевыми элемец тами 38.1 и 38.2 при включении преобразователя. В общем случае эти выходы могут быть подключены к сумматору (логической схеме ИЛИ), куда дополнительно подключены выхо ды узла 65 совпадения. При включении пре. образователя переменное напряжение подастся на формирователь 71 прямоугольного напряжения и на выходе в момент перехода входного напряжения через 0 начинает формироваться напряжение прямоугольной формы с частотой напряжения входной сети и совпадающее с ним по фазе. Переменное напряжение подается и на реле 72 времени, на выходе которого формируется 0 в течение времени 2 Т после подачи на него напряжения (включения преобразователя). В остальное время на выходе реле 72 времени формируется 1. На выходе инвертора 73 1 формируется только в то время, когда на выходе реле 73 времени формируется О. Выходные сигналы (импульсы напряжения) формирователя 71 прямоугольного напряжения и инвертора 73 поступают на конъюнкторы 74 и 75. Дополнительно на указанные коньюнкторы поступают сигналы (1 и О). с амплитудных компараторов 67 и 68. При включении преобразователя на выходах амплитудных компараторов 67 и 68 формируются 1. Такое построение схемы управления обеспечивает при включении преобразователя подачу сигналов управления (импульсы напряжения) с выхода формирователя 71 на цепи управления зарядных ключевых элементов 38.1 и 38.2 в момент перехода переменного напряжения через 0, т. е, в течение одного полупериода переменного напряжения заряжаются конденсаторы 10.1 - 19.1 первой ячейки, а в течение второго полупериода заряжаются конденсаторы 10,2 - 19.2 второй ячейки. При достижении на конденсаторах 10.1 и 10.2 требуемых напряжений на выходах амплитудных компараторов 67 и 68 в соответствующие моменты времени формируется 0 и управление с зарядных ключевых элементов (транзисторов) снима. ется. Предлагаемое включение преобразователя исключает большие зарядные токи через зарядные ключевые элемецты. Узел слежения имеет гп выходов, которые подключены к цепям управления тиристоров 44.161.1 и1171932 сс га сб г сб гг с 7 гз св гс сб гб Ба гб 5 г 7 г гв ац и л г 1 lе 3 6 с, 7 сл 5. 75 Б 7 б, 7 77 В 7 В В 7 а+ + + + + + + + + +у га 5 с уО 5, 57 5, ю 5ю 5. Ус Ва 35 бд Вб бв Вг Ваг ваг сс.г гаг сбг гсг сбг ггг с 7 г лг свг гсг свг гбг баг гвг 57 г ггг бгг 7 аг 7 г г гг гг аг аг сг 7 сг бг 7 бг аг Сбг гг сгг вг 7 агаг агг+ + +са Сетьаг гаг всг гаг Б.г 57 г ббг Вг.г 5 г ввг бвг всг 5 г лг аг иг б.г 57 г сесг44.2 - 61,2. Напряжение сети переменного тока подается на умножитель 76 частоты, где оно преобразуется в импульсы напряжения, частота которых превышает частоту входной сети в несколько раз в зависимости от соотношения амплитуд входного и выходного напряж"ний, жестко засинхронизированные с фазой входной сети. Полученные импульсы в момент 1 ь 12, 1 з и т. д. поступают на кольцевую пересчетную схему (регистр сдвига) 77, которая обеспечивает формирование на выходе импульсов напряжения, распределенных во времени, длительностью 1 о - (ь 11 - 1 а, 1 - 1 з и т. д. Из указанных импульсов напряжений получают необходимые импульсы 85 - 102 управления тиристорами 44.1 - 61,1 и 44,2 - 61.2, которые поступают через конъюнкторы 79.1 - 79. На эти коньюнкторы подают, кроме того, сигналы (импульсы напряжения) от реле 2 времени, которые исключают подачу импульсов управления на тиристоры при включении преобразователя, На выходе делителя 73 частоты формируются прямоугольные напряжения 103, частотой в два раза ниже частоты выходных сигналов умножителя частоты, т, е,положительное напряжение (прямоугольной формы) формируется в интервале времени 1 з - Ь, 17 - 19, 1 - (з , а отрицательные - в итерале времени 11 - (з, 1 - 17, 19 - 11 и т. д, Узел совпадения состоит из конъюнкторов 580 - 83 и обеспечивает формирование импульсов управления для зарядных 39.1 и 39.2 ключевых элементов в нормальном режиме, напряжения с выхода делителя частоты поступают на цепи управления разрядных клю чевых элементов (например, транзисторы)39.1 и 39.2 через конъюнкторы 80 и 81, на которые дополнительно поступает сигнал от реле времени, включающий подачу сигналов управления на разрядные транзисторы в интервале времени (1=2 Т после включения преобразователя. На конъюнкторы 82 и 83 поступают также сигналы от делителя 78 частоты и реле 72 времени. Дополнительно на эти конъюнкторы поступают сигналы от амплитудных компараторов 67 и 68, которые обеспечивают включение соответствующих зарядных транзисторов при достижении напряжений на конденсаторах заданной величины.впель Ю. Андреевд И. Вересиницка646 СостаТехреТиражИПИ Государпо делам изоМосква, ЖПП аПатент твенного бретений - 35, Рауг. Уж го Корректор В. СПодписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5од, ул. Проектная, 4