Способ и устройство бестрансфор-маторного электропитания

Способ и устройство бестрансфор-маторного электропитания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТИЛЬСТВУ

CoIo3 Советских

Соцналнстнческнх

Реслублнк

1 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 050379 (21) ?732302/24-07 с лрмсоедимеммем ваявкм ЙУ 2743176/24-07 (23) Приоритет

Олублмковамо 23.02,81. Ьюллетемь Н9 7 (51)М. Кл з.

6 05 F 1/56

Государственный комнтет

СССР по аелам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621. 314. ..632(088.8) Дата опублмковаммя описания 23.0281 (72) Авторы иэобретенмя

A. И. Ермолов и Ю. Д. Морозов (71) Заявитель (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 постоянного 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- t5 мых пульсаций напряжения на нагрузке, которые не должны превышать предельно-допустимое значение пульсаций для выбранного типа конденсатора на применяемой частоте пульсаций (1) 20 н E2Z.

Однако предельно-допустимые значения пульсаций электролитических конденсаторов, применяемых для сглаживания пульсирующего напряжения, эа- 2э 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, IcoTQ рое не требует дополнительного сглаживания (1j .

Данное устройство обладает весьма высокими массо-габаритными характе807252 ристиками, но необходимость специ альной трехфазной сети ограничивает сферу 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 тех- ническими условиями значений пульсаций, которые, как правило, не превы.шают 104 на 100 Гц, что имеет место при двухпульсационном выпрямлении переменного напряжения промышленной Щ частоты. Прн необходимости получения выходного напряжения импульсного стабилизатора, существенно меньшего максимального амплитудного значения выпрямленного напряжения, обеспече- 2р ние 10% пульсаций напряжения, приложенного к конденсатору, существенно увеличивает его габариты, а, следовательно, и 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 иэ 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 из которых соединен с катодом тиристора, а анод другого диода соединен .с выходом порогового элемента.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены временные диаграммы напряжений; на фнг. 3 — принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 4 диаграмма входн ого напряжения импульсного стабилизатора напряжения.

Способ бестрансформаторного электропитания осуществляется следующим образом.

Переменное напряжение питакицей сети преобразуется, например, мостовым выпрямителем в пульсирующее (кривая I фиг. 1), заряжающее конденcamp до своего амплитудного значения, по достижении которого конденсатор отключают от источника пульсирующего напряжения (кривая II фиг.1).

Подключение конденсатора к нагрузке с последующим его разряцом на нее и одновременное отключение питающей сети от нагрузки осуществляют в момент, когда уменьшающееся мгновенное значение пульсирующего напряжения равно минимально-допустимому значению напряжения на нагрузке U ;„ . Разряд конденсатора осуществляют в течение времени с„ (фиг. 1) до тех пор, пока увеличивающееся мгновенное значение пульсирующего напряжения не становится равным U при этом емкость конденсатора обеспечивает за время а его разряд на напряжение не более аОс (фиг. 1), соответствующее предельно-допустимому размаху пульсаций выбранного типа конденсатора. Затем рабочий цикл повторяется.

Проведем сравнительный анализ известного и предлагаемого способов для наиболее распространенных видов нагрузки, которые можно характеризовать постоянством сопротивления, тока, или же мощности. Прн этом, как предлагаемый, так и известный способы должны предусматривать использование конденсатора с размахом пульсаций АОС, не превышающим удвоенного амплитудного значения допустимых для выбранного типа конденсатора пульсаций.

При постоянном значении сопротивления нагрузки напряжение раэряжающегося конденсатора определяется формулой (1 -Р ), где U — амплитудйое эначение нульО сирующего напряжения, заряжающего конденсатор, изображенного кривой 1.

Тогда ь0 UI Г с, откуда видно, что при равных значениях и U для обоих способов

Яч, фф

С ас

С 2 си2 где Ь t — время раз ряда ко нде нсатора

1 (CÄ ) при известном способе;

80725 2 д 2 — время разряда конденсатора (С ) при предлагаемом способе.

При постоянном значении тока нагрузки 1 напряжение раэряжающегося конденсатора равно

Tt

Uc uuO c тогда

rLUc. =

1м откуда видно, что при равных значениях Л Uo

c 0 = 3 t и сд0с,-Лд т, что также дает

С2 дскб

При постоянном значении мощности 1$ нагрузки напряжение разряжающегося конденсатора можно выразить через выражение мощности

Р с t.U î - (Ucj — Ь0с)

2м 20 откуда видно, что при равных значениях д0с и 0О для обоих способов

gLt1 сх дс 2

Описанный 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, так как при а t„c,üt, с с, Устройство для реализации предлагаемого способа содержит подключенный своим входом к выводам для под/ ключения источника переменного напряжения выпрямитель 1, выход которого положительным и отрицательным полюсами соединен со входом импульсного стабилизатора 2. Положительный полюс выпрямителя 1 через раздели- 4Q тельный диод 3 соединен с одним из выводов конденсатора 4, входом ключевого элемента 5, состоящего из двух диодов 6 и 7, соединенного своими катодами с управляющим электродом 4 тиристора 8, включенного встречнопараллельно 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 0 „, „ им- щ 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 0 „, величина которого меньше источнйкЪ 9 опорного напряжения, определяемого стабилитроном 11, на величину необходимую для отпирания тиристора 8, последний отпирается в момент времени t è разряжает конденсатор 4 на вход импульсного стабилизатора 2.

Разряд конденсатора 4 происходит до момента времени t, когда вновь увеличивающееся мгновенное значение пульсирующего напряжения не станет равным 08„г„; . 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.

Затем рабочий цикл повторяется.

Формула изобретения

1. 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 пульсиру..щего напряжения на выходе выпрямителя меньшем, чем напряжение на конденсаторе, отличающийся 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 ющ 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, ссздиненный 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 выхода

807252 выпрямителя, 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 диоду и соединенного своим управляющим электродом с катодами обоих диодов, анод одного из которых соединен с катодом тиристора, а анод другого диода соединен с выходом порогового элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 467338, кл. G 05 F 1/64, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 547744, кл. G 05 F 1/56, 1975.

807252

e е Ф

Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 283/71

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Цишевская

Редактор О. Малец Техред Н. Майорош Корректор N. Коста