Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Изо брет ение от носится к областиЬфеобразовательной техники и можетбгть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппарату 5рыЦель изобретения - повышение коэффициента мощности.На фиг. 1 приведена структурнаясхема предлагаемого устройства; на 10 фиг, 2 - диаграммы, поясняющие его . работу; на фиг. 3 - структурная схема блока управления; на фиг. 4 - тоже, узла выбора полуволны; на фиг 5 и 6 - схемы вариантов выполнения со. гласующего каскада; на фиг.,7 - предлагаемое устройство, но с обратным включением вентилей и транзисторов ключей.Преобразователь (фиг. 1) содержити цепочек, каждая из которых, кроме первой со стороны отрицательного входа, сосгоит иэ конденсатора 1 и двухнеуправляемых вентилей 2 и 3, а первая цепочка состоит из конденсатора 1и вентиля 2, каждая предыдущая цепочка соединена с последующей через неуправляемый вентиль 4, четыре управляемых ключа 5-8, блок 9 управления, диод 10 и конденсатор 11. Положительный вход 12 цепочек через ключ 5 соеди 11 ей с.фазной входной шиной 13, ачерез диод .10,в обратном включенииС общей шиной 14. Отрицательный вход15 и отрицательный выход 16 цепочек 35Соединены между собой и через управляемые ключи б и 7 соединены соответственно с пинами 13 и 14. Положительйый выход 17 цепочек через управляемый ключ 8 соединен с положительной 40выходной шиной 18. Конденсатор 11включен между шинами 18 и 14, Блок 9управления входом 19 соединен с ши, ной 13, входом 20 соединен с шиной 14,а выходами 21-24 соединен соответст венно с управляющими входами ключей 6-8. Источник переменного напряженияП, и нагрузке 25 подключаются к шинам 13 и 14 и 18 и 14 соответственно.с Ключи 5-8 управляются в соответствии с диаграммами напряжений, гдеПс - преобразуемое переменное напряжение на шинах 13 и 14; П - напряжение срабатывания порогового устройства;- ток, потребляемый от первичного источника ток заряда конденсаторов 1 цепочек); П, Б, П - управляющие напряжения ключей 5, б и 7, 8 соответственно; П - напряжение на выходных шинах 18 и 14 (на нагрузке); С, й- время заряда и разряда конденсаторов 1;з - времязадержки; Т - период преобразуемогонапряжения (фиг. 2).Блок, 9 управления (фиг. 3) содержйт систему 26 вентилей, состоящуюиз четырех диодов, включенных по мостовой схеме, источника 27 опорногонапряжения, порогового устройства 28,два формирователя 29 и 30 задержки,формирователь 31 времени заряда,КБ-триггер 32, согласующий каскад 33,узел 34 выбора полуволны и источник35 питания.Входные шины 19, 20 блока управле"ния 9 соединены с входными шинами 36,37 системы 26 вентилей соответственно, а шина 19 соединена с входом 38узла 34 выбора полуволны, Выходныешины 39 и 40 системы 26 вентилей соединены с входными шинами 41 и 42 источника опорного напряжения 27, шина-,ми 43 и 44 порогового устройства 28,шинами 45 и 46 источника 35 питаниясоответственно. Выход 47 источника 27опорного напряжения. соединен с управляющим входом порогового устройства28, выход которого соединен с К-входомКБ-триггера 32 и через формирователь29. задержки, формирователь 31 времени заряда и формирователь 30 задержки - с Б-входом КБ-триггера 32, выходкоторого шиной 48 соединен с входомсогласующего каскада 33. Общая шина46 соединена с вторым входом узла 34,выбора полуволны, а его третий входйиной 49 соединен с выходом формирователя 31 вермени заряда. Выход источника питания (шины 50 и 46) соединен с цепями питания упомянутых устройств блока управления.Узел 34 выбора полуволны (фиг,4)содержит усилитель-ограничитель 51,инвертор 52, два коъюнктора 53 и 54и двасогласующих каскада 55 и 56.Выход усилителя-ограничителя 51 через инвертор 52 и конъюнктор 53 соединен с согласующим каскадом 55,а через конъюнктор 54 - с входом согласующего каскада 56. Вторые входыконъюнкторов соединены шиной 49 с выходом формирователя 31 времени заряда,Управляемые ключи 5-8 (фиг, 1),система 26 вентилей, источник 27 опорного напряжения и источник 35 питания (фиг, 3) могут быть выполнены по3 14223известным схемам. Пороговое устройство 28 (фиг, 3) также может быть выполнено по известным схемам, например на интегральном компараторе. Формирователи 29 и 30 задержки и формирователь 31 времени заряда (фиг.3)могут быть выполнены по известным .схемам формирователей временных интервалов. Усилитель-ограничитель 51(фиг. 4) может быть выполнен по известым схемам. Согласующие каскады55 и 56 (фиг . 5) и 33 (фиг, 6) могутбыть выполнены по известным схемамэмиттерных повторителей с оптроннымвыходомУстройство работает следующим образом,В момент , (фиг, 2) равенствамгновенного значения преобразуемого 20переменного напряжения сети П напряжению срабатывания П порогового устройства 28 (фиг, 3) блока 9 управления (фиг. 1) прекращается подача управляющего напряжения Пз на разрядные 25ключи 7 и 8, которые в пределах времени задержки 1 за = С - Т, закрываются, и ток разряда конденсатора 1цепочек, образующих схему накопления.энергии и деления напряжения (СНД),прекращаетсяНачиная с этого момента времени и до момента времени Снапряжение П на нагрузке 25 поддерживает заряженный конденсатор 11.В момент 1 с блока 9 управления наключ 5 поступает управляющее напря- .жение П, которое открывает зарядныйключ 5 и удерживает его в этом состоянии в течение времени заряда СОбразуется цепь для потребляемого от 40сети в положительный прлупериод токазаряда х конденсаторов 1 СНД: шина13 - ключ 5 - шина 12 - последовательно включенные через диоды 4 конденсаторы 1 - шина 16 - диод ключа 7 -45шина 14. В момент(окончание заряда) прекращается импульс Уи ключ 5в пределахдо момента й закрывается. В моментс блока 9 управления подается напряжение П , которое открывает разрядные ключи 7 и 8и удерживает их в этом состоянии втечение времени разряда С. Образуется цепь разряда конденсаторов 1 СНД:положительный вывод конденсаторов 1диод 2 - шина 17 - ключ 8 - шина 1855конденсатор 11 и нагрузка 25 (параллельно) - шина 14 - транзистор ключа 7 - шина 16 - диод 3 - отрицатель 314ный вывод конденсатора 1. В течениер напряжение П на нагрузке создаютконденсаторы СНД и подзарядившийся отних конденсатор 11 фильтра, В моментй,когда мгновенное значение напряжения сети П в отрицательный полупериод равно напряжению срабатыванияпорогового устройства, прекращаетсяподача управляющего напряжения Пз наразрядные ключи и они закрываются.По истечении времени задержки Тзс блока управления на ключ 6 подается управляющее напряжение П, котороеоткрывает ключ 6 и удерживает егов этом состоянии в течение временизаряда 1. При этом образуется цепьзаряда конденсаторов СНД; шина 14диод 10 - шина 12 - последовательновключенные через диоды 4 конденсаторы 1 - шина 15 - ключ 6 - шина 13.По этой цепи протекает ток зарядапотребляемый от сети в отрицательный полупериод, в течение й, Затемключ 6 закрывается. По прошествиипод воздействием Пз вновь открываются разрядные ключи 7 и 8 и процесс повторяется. Таким образом, запериод преобразуемого напряжения энергия от сети потребляется на подзарядконденсаторов СНД каждый полупериод.Блок 9 управления (фиг. 3) работает следующим образом.Переменное напряжение П, поступающее на вход 19 и 20 системы 26 вентилей, преобразуется ею в периодическую последовательность синусоидальных импульсов, которые постулают на вход источника 27 опорногонапряжения и порогового устройства 28.В момент с (фиг, 2) на вход 47 порогового устройства 28 поступает опорное напряжение П, а на вход 43мгновенное значение П , равное Пд,и на выходе порогового устройствапоявляется импульс, который переднимфронтом переключает КЯ-триггер 32 внулевое состояние и тем самым согласующий каскад 33 запирается и закрывает разрядные ключи 7 и 8. Этот вы-.ходной импульс порогового устройсТва,задержанный формирователем 29 задержки на время,1 д, необходимое дляполного закрывания разрядных ключей,передним Фронтом запускает формирователь 31 времени заряда, который вырдбатывает импульс с момента С дли тельностью Тз . Этот импульс по цепи49 управляет узлом 34 выбора патувол1422331 10 15 20 25 30ной составляющей, что приводит к 35уменьшению его действующего значенияи повьппению коэффициента мощности.Кроме обеспечения более высокогокоэффициента мощности, предлагаемоеустройство позволяет также более полно обеспечивать установленную мощность первичного источника и, какследствие, обеспечить уменьшение массы, объема и стоимости первичного источника и системы электропитания вцелом.Крдме того, обеспечивается частота преобразования в два раза вьппечастоты сети, что позволяет использовать конденсаторы СНД меньшей емкости и уменьшить массу, объем и стоимость реактивной части преобразователя. формула ны и через него работой зарядных ключей 5 и 6, а своим задним фронтом запуска ет формир ователь 30 задержки. выходной импульс формирователя 30 вадержки своим задним фронтом в моментпереключает триггер 32 в единичное состояние, Своим выходным имл пульсом триггер 32 через согласующий каскад 33 открывает разрядные ключи и удерживает их в таком состоянии в течение времени разряда Г, В моментцикл работы блока управления повторяется, Длительность одного цикла работы блока управления равна половине периода преобразуемого на-. пряжения+з+Са+р =Т/2ЗауУзел 34 выбора полуволны (фиг.4) управляет работой зарядных ключей в соответствии с полуволной (положительной или отрицательной) преобразуемого напряжения; с,момента и в течение г. (положительный полудпериод) проводит ток заряда открьггый ключ 5, а с момента (г.4 + у, ) в течение г. (отрицательный полупериод) ,проводит ток заряда открьггый ключ 6. Происходит это следующим образом. На вход 38 относительно шины 46 усилителя-ограничителя 51 узла 34 выбо-. ра полуволны с выхода 36 системы 26 вентилей поступает периодическая последовательность однополупериодных положительных синусоидальных импульсов,которая преобразуется усилителем-ограничителем в выходную периоди" ческую последовательность положительных прямоугольньк импульсов, сдвинутых относительно входных на половину периода. Эти импульсы поступают на вход конъюнктора 54 и через инвертор 52 иа вход конъюнктора.53, На другой вход каждого конъюнктора по шине 49 поступает сигнал с выхода формирователя 31 времени заряда, Когда на оба входа конъюнктора поступают сигналы высокого уровня, то на его выходе появляется сигнал логической "1", который через согласующий каскад открывает соответствующий зарядный ключ. Так в положительный полупериод преобразуемого напряжения (фиг. 2) в момент г.- на выходе формирователя 31 времени заряда появляется импульс, который по шине 49 поступает на один из входов конъюнкторов 53 и 54 и является для них логической "1"; В этот 3момент времени на другом входе коньюнктора 53 действует логическая "1", а на другом входе конъюнктора 54 действует логический "О". Поэтому на вы" ходе конъюнктора 53 присутствует логическая "1", которая открывает через согласующий каскад 55 ключ 5 и удерживает его в этом состоянии в течение , а на выходе конъюнктора 54- логический "0", В отрицательный полупериод преобразуемого напряжения, когда выходной импульс усилителя-ограничителя представляет собой логическую "1" для одного из входов конъюнктора .54, а на другой его вход поступает сигнал логической "1" с выхода Формирователя 31 времени заряда, на выходе этого конъюнктора появляется сигнал логической "1", который через согласующий каскад 56 открывает ключ 6 и удерживает его в этом состоянии в течение Сз. В это время на входах конъюнктора 53 действуют логический "О" и.логическая "1", и ключ 5 не открьгг.Таким образом, преобразователь пер еменног о напряжения в постоянное потребляет энергию от сети и в положительный полупериод, и в отрицательный полупериод преобразуемого напряжения, т.е. оно является двухпслупериодным преобразователем. Ток, потребляемый от сети, не содержит постоявизобретения 1. Преобразователь пер еменнога напряжения в постоянное, содержащийп параллельно включенных между собойцепочек, каждая из которых, кроме первой со стороны первого из входов, состоит из последовательно соединенных конденсатора и двух неуправля 5 емых вентилей, а первая - из конденсатора и одного неуправляемого вентиля, и соединена с последующей цепочкой через неуправляемый вентиль, причем второй вход цепочек через ди од в обратном включении и первый вход цепочек, объединенный с их первым выходом, через управляемый ключ соединены с общей шиной, образованной . объединением первой входной с первой 15 выходной шинами, при этом между второй выходной шиной и общей шиной включен конденсатор, а управляющий вход управляемого ключа через блок управления соединен с второй фазной 20 входной шиной, отл ич а ющи йс я тем, что, с целью повышения коэффициента мощности, в него дополнительно введены три управляемых ключа, причем первый из них включен между вторым выходом цепочек и второй выходной шиной, второй - между вторым входом цепочек и фазной входной шиной, а третий включен между фазной входной шиной и первым входом цепо чек, при этом второй вход блока управления соединен с общей шиной, а его выходы - с управляющими входами управляемых ключей.2. Преобразователь по и. 19 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит систему вентилей, состоящую из четырех диодов, включенных по мостовой схеме, источник опорного напряжения, пороговое 40 устройство, два формирователя задержки, формирователь времени заряда, КЯ-триггер, согласующий каскад, узел выбора полуволны и источник питания, причем один вход системы вентилей соединен с фазной входной шиной, а другой - с общей шиной, выходные шины системы вентилей соединены с входными шинами источника питания, порогового устройства и источника опорного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом пороговогоустройства, вьссод которого соединенс К-входом и через первый формирователь задержки, формирователь временизаряда и второй формирователь задержки - с Я-входом КБ-триггера, выходкоторого через согласующий каскадсоединен с управляющими входами управляемых ключей, включенных в выходные шины цепочек, при этом один входузла выбора полуволны соединен с фазной входной шиной, другой - с отри"цательной выходной шиной источникапитания, третий - с выходом формирователя времени задержки, причем одинвыход узла выбора полуволны соединенс управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь второго входацепочек, а другой выход - с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь первого, входа этих жецепочек, а выход источника питаниясоединен с цепями питания устройств. 3, Преобразователь по п. 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что узел выбора полуволны содержит усилитель- ограничитель, инвертор, два конъюнктора и два согласующих каскада, причем выход усилителя-ограничителя через инвертор и первый конъюнктор соединен с первым согласующим каскадом, выход которого сдединен с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепь второго входа цепочек, а через второй конъюнктор - с вторым согласующим каскадом, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа, включенного в цепьопервого входа цепочек, кроме того один вход усилителя-ограничителя соединен с фазной входной шиной, другой - с отрицательной выходной шиной, источника питания, а вторые входы конюънкторов соединены с выходом формирователя времени заряда.1422331 Составитель Л. Устинкиайцева Техред М.Ходанич Редакт Корректо асильев аказ 4437/5 аж 665 Подписи 330 4( а Производственно-полиграфическое предприятие ная, 4 жго род ИИПИ Государственного ко о делам изобретений и Москва, Ж, Раушска тета СССкрытий