RU2658326C1 - Универсальный источник питания - Google Patents
Универсальный источник питания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658326C1 RU2658326C1 RU2017102770A RU2017102770A RU2658326C1 RU 2658326 C1 RU2658326 C1 RU 2658326C1 RU 2017102770 A RU2017102770 A RU 2017102770A RU 2017102770 A RU2017102770 A RU 2017102770A RU 2658326 C1 RU2658326 C1 RU 2658326C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- universal power
- diodes
- power source
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M7/19—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only arranged for operation in series, e.g. for voltage multiplication
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может применяться для преобразования напряжения питания переменного тока, например, промышленной сети в регулируемое постоянное или переменное напряжение. Технический результат – исключение выбросов в выходном напряжении, обеспечение равномерности регулирования выходного напряжения и возможности получения выходного напряжения, превышающего напряжение питания универсального источника питания. Технический результат достигается тем, что в универсальный источник питания, содержащий n цепочек, состоящих из последовательно включенных ключа, конденсатора и соединенных с ним разноименными электродами двух диодов, источник напряжения питания постоянного тока, накопительный конденсатор, включенный параллельно выходу универсального источника питания, источник опорного напряжения и регулируемый делитель напряжения, соединенные по входам с выходом универсального источника питания, а по выходу с входами схемы сравнения, соединенной по выходу с входом блока управления, выходы которого подключены соответственно к входам управления ключей и регулируемого делителя напряжения, введены дополнительные ключи, соединяющие общую точку ключа и конденсатора последующей ячейки с общей точкой диодов и конденсатора предшествующей ячейки, а в первой ячейке - с выводом источника напряжения питания постоянного тока, соединенного со свободными концами первых диодов всех ячеек, причем свободные концы вторых диодов всех ячеек соединены с выходом универсального источника питания. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может применяться для преобразования напряжения питания переменного тока, например, промышленной сети в постоянное напряжение или переменное напряжение заданной формы.
Известны и широко применяются вторичные источники питания, основанные на предварительном выпрямлении сетевого напряжения, преобразовании полученного постоянного напряжения в переменное высокочастотное, масштабировании полученного напряжения с помощью трансформатора и выпрямлении [1]. Их недостатком является сложность, обусловленная необходимостью применения промежуточных трансформаторов. Также известны бестрансформаторные конденсаторные источники вторичного питания и преобразователи переменного тока в постоянный [2, 3, 4]. Из известных наиболее близким по технической сущности является универсальный источник питания (SU 2570569 Н02М 7/19) [4]. Его схема приведена на фиг. 1. Универсальный источник питания содержит выпрямитель 1, накопительный конденсатор 2, n цепочек, каждая из которых содержит первый диод 3, конденсатор 4 и во всех ячейках, кроме последней, второй диод 5 и управляемый ключ 6, диоды 7, управляемые ключи 8 и 9, первый блок управления 10, схему сравнения 11, регулируемый делитель напряжения 12, источник опорного напряжения 13 и второй блок управления 14.
Входные выводы выпрямителя 1 подключены к источнику переменного тока, а выход соединен с цепями питания блока управления 10. Каждая из n цепочек, включенных параллельно, представляет собой последовательное соединение первого диода 3, конденсатора 4 и во всех ячейках, кроме последней диода 5 и управляемого ключа 6, включенного в каждой цепочке параллельно диоду 5. Каждая цепочка соединена с последующей через диод 7, включенный между разноименными обкладками конденсаторов 4. Первая цепочка соединена с выходом выпрямителя 1 через первый управляемый ключ 8. Общая точка первых диодов 3 цепочек соединена через второй управляемый ключ 9 с накопительным конденсатором 2, включенным параллельно выходу универсального источника питания. Управляющие входы ключей 8 и 9 соединены с выходом первого блока управления 10, вход которого соединен с выходом схемы сравнения 11. Входы схемы сравнения 11 соединены соответственно с выходами регулируемого делителя напряжения 12 и источника опорного напряжения 13, подключенных по входам к выходу универсального источника питания. Вход синхронизации второго блока управления 14 подключен к выходу первого блока управления 10, а выходы - к управляющим входам дополнительных ключей 6 и регулируемого делителя напряжения 12.
Работает универсальный источник питания следующим образом. В установившемся режиме блок управления 10 вырабатывает сигнал постоянной частоты и скважности. Управляемые ключи 8 и 9 работают в противофазе: когда управляемый ключ 8 замкнут, управляемый ключ 9 разомкнут, и наоборот. Под действием сигналов блока управления 10 состояние управляемых ключей 8 и 9 периодически изменяется на противоположное.
При замыкании управляемого ключа 8 происходит заряд конденсаторов 4 через диоды 7 до напряжения, равного 
, где n - количество ячеек, UB - выходное напряжение выпрямителя 1, tз - продолжительность заряда конденсаторов 4, τ - постоянная времени заряда конденсаторов 4. При размыкании управляемого ключа 8 и замыкании управляемого ключа 9 конденсаторы 4 через диоды 3 и управляемые ключи 6 параллельно подключаются к накопительному конденсатору 2 и заряжают его практически до этого напряжения, так как емкость конденсатора 2 выбирается значительно меньшей, чем емкость конденсаторов 4. Подстройка выходного напряжения универсального источника питания в небольших пределах осуществляется путем регулирования коэффициента передачи управляемого делителя напряжения 12.
В случае изменения нагрузки или входного напряжения переменного тока выходное напряжение универсального источника питания начинает изменяться. Это приводит к изменению выходного напряжения управляемого делителя напряжения 12. Выходное напряжение источника опорного напряжения 13 остается неизменным. Следовательно, выходное напряжение схемы сравнения 11, равное разности выходных напряжений источника опорного напряжения 13 и управляемого делителя напряжения 12, изменяется. В результате изменяется скважность выходного сигнала блока управления 10. При уменьшении выходного напряжения универсального источника питания скважность изменяется таким образом, чтобы увеличить время заряда конденсаторов 4 и тем самым напряжение на них. В результате при замыкании управляемого ключа 9 накопительный конденсатор 2 зарядится до большего значения и выходное напряжение восстановится. При возрастании выходного напряжения универсального источника питания скважность изменяется таким образом, чтобы уменьшить время заряда конденсаторов 4 и тем самым напряжение на них. В результате при замыкании управляемого ключа 9 накопительный конденсатор 2 зарядится до меньшего значения и выходное напряжение восстановится.
Подстройка выходного напряжения универсального источника питания в небольших пределах осуществляется путем регулирования коэффициента передачи управляемого делителя напряжения 12. Для регулирования выходного напряжения универсального источника питания дискретно в широких пределах используются дополнительные управляемые ключи 6. В такте заряда, когда замкнут управляемый ключ 8, по команде второго блока управления 14 замыкается один из дополнительных управляемых ключей 6 в цепочке m. Заряд конденсаторов 4 в цепочках, последующих за m не происходит, а конденсаторы 4 в цепочке m и предшествующих ей заряжаются до напряжения 
. В такте перезаряда, когда управляемый ключ 8 разомкнут, а управляемый ключ 9 замкнут, до этого напряжения заряжается конденсатор 2. При этом по команде второго блока управления 14 соответствующим образом изменяется коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 12, что обеспечивает стабильность напряжения заряда конденсатора 2 на соответствующем уровне. Изменяя номер цепочки m в требуемых циклах заряда-перезаряда, можно обеспечить изменение выходного напряжения по требуемому закону.
Недостатком рассмотренного универсального источника питания является то, что выходное напряжение универсального источника питания не может быть больше входного напряжения (напряжения выпрямителя 1), а также неравномерность дискретного регулирования выходного напряжения и вследствие этого большая амплитуда выбросов (переходные процессы).
Предлагаемое изобретение направлено на обеспечение возможности получения выходного напряжения, превышающего напряжение питания универсального источника питания, а также обеспечение равномерности регулирования выходного напряжения за счет постоянства шага дискретизации независимо от номера включаемых дополнительных ключей и уменьшения амплитуды выбросов.
Указанный технический результат достигается тем, что в универсальный источник питания, содержащий n цепочек, состоящих из последовательно включенных ключа, конденсатора и соединенных с ним разноименными электродами двух диодов, источник напряжения питания постоянного тока, накопительный конденсатор, включенный параллельно выходу универсального источника питания, источник опорного напряжения и регулируемый делитель напряжения, соединенные по входам с выходом универсального источника питания, а по выходу с входами схемы сравнения, соединенной по выходу с входом блока управления, выходы которого подключены соответственно к входам управления ключей и регулируемого делителя напряжения, введены дополнительные ключи, соединяющие общую точку ключа и конденсатора последующей ячейки с общей точкой диодов и конденсатора предшествующей ячейки, а в первой ячейке - с выводом источника напряжения питания постоянного тока, соединенного со свободными концами первых диодов всех ячеек, причем свободные концы вторых диодов всех ячеек соединены с выходом универсального источника питания.
На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого варианта реализации универсального источника питания. Универсальный источник питания содержит источник напряжения питания постоянного тока 1, накопительный конденсатор 2, n цепочек, каждая из которых состоит из ключа 3, конденсатора 4, диодов 5, 6 и дополнительного ключа 7, схему сравнения 8, регулируемый делитель напряжения 9, источник опорного напряжения 10 и блок управления 11.
Каждая из n цепочек представляет собой последовательное соединение ключа 3, конденсатора 4 и соединенных с ним разноименными электродами двух диодов 5 и 6. Дополнительные ключи 7 соединяют общую точку ключа 3 и конденсатора 4 последующей ячейки с общей точкой диодов 5, 6 и конденсатора 3 предшествующей ячейки, а в первой ячейке - с выводом источника напряжения питания постоянного тока 1 и свободными концами диодов 5 всех ячеек. Свободные концы диодов 6 всех ячеек соединены с накопительным конденсатором 2, включенным параллельно выходу универсального источника питания. Управляющие входы ключей 3, 7 каждой из ячеек и регулируемого делителя напряжения 9 соединены соответственно с выходами блока управления 11, вход которого соединен с выходом схемы сравнения 8. Входы схемы сравнения 8 соединены соответственно с выходами регулируемого делителя напряжения 9 и источника опорного напряжения 10, подключенных по входам к выходу универсального источника питания.
Работает универсальный источник питания следующим образом.
После включения накопительный конденсатор 2 через диоды 5 и 6 и конденсаторы 4 всех ячеек через диоды 5 и нормально замкнутые ключи 3 заряжаются до напряжения источника питания постоянного тока 1. Для изменения выходного напряжения по сигналу блока управления 11 в одной или нескольких га ячейках начинается периодическое переключение ключей 3 и 7, которые работают в противофазе: когда ключ 3 замкнут, ключ 7 разомкнут, и наоборот. При замыкании ключа 3 происходит заряд конденсаторов 4 через диоды до напряжения 
, где U - напряжение источника питания постоянного тока 1, tз - продолжительность заряда конденсаторов 4, τ - постоянная времени заряда конденсаторов 4. При размыкании ключа 3 и замыкании ключа 7 конденсаторы 4 через ключи 7 и диоды 6 подключаются к накопительному конденсатору 2 и увеличивают напряжение на нем на величину mU. Изменяя в каждом такте количество коммутируемых ключей, можно получить требуемый закон изменения выходного напряжения. Для получения двухполярного переменного выходного напряжения достаточно на выходе универсального источника дополнительно выключить ключи, обеспечивающие перекоммутацию полярности выходного напряжения.
Подстройка выходного напряжения универсального источника питания в небольших пределах осуществляется путем регулирования коэффициента передачи управляемого делителя напряжения 9.
В случае изменения нагрузки или напряжения источника питания постоянного тока 1 выходное напряжение универсального источника питания начинает изменяться. Это приводит к изменению выходного напряжения управляемого делителя напряжения 9. Выходное напряжение источника опорного напряжения 10 остается неизменным. Следовательно, выходное напряжение схемы сравнения 8, равное разности выходных напряжений источника опорного напряжения 10 и управляемого делителя напряжения 9, изменяется. Это приводит к изменению скважности или частоты сигнала управления ключами 3 и 7, вырабатываемого блоком управления 11. При уменьшении выходного напряжения универсального источника питания скважность изменяется таким образом, чтобы увеличить время заряда конденсаторов 4 и тем самым напряжение на них. В результате при замыкании ключа 7 накопительный конденсатор 2 зарядится до большего значения и выходное напряжение восстановится. При возрастании выходного напряжения универсального источника питания скважность изменяется таким образом, чтобы уменьшить время заряда конденсаторов 4 и тем самым напряжение на них. В результате при замыкании управляемого ключа 7 накопительный конденсатор 2 зарядится до меньшего значения и выходное напряжение восстановится.
Подстройка выходного напряжения универсального источника питания в небольших пределах осуществляется путем регулирования коэффициента передачи управляемого делителя напряжения 9. Для регулирования выходного напряжения универсального источника питания дискретно в широких пределах используются дополнительные ключи 3 и 7. Изменяя количество m одновременно коммутируемых ключей 3 и 7, можно обеспечить изменение выходного напряжения по требуемому закону с дискретностью, равной U.
Введение новых элементов и связей между ними обеспечивают решение поставленной задачи.
Источники информации
1. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - Радио и связь, 1987.
2. Патент SU 2453030, Н02М 3/07, опубл. 10.06.2012 г., бюллетень №16.
3. Авторское свидетельство SU №1166242, Н02М 7/12, опубл. 07.07.1985 г., бюллетень №25.
4. Патент SU 2570569, Н02М 7/19, опубл. 10.12.2015 г., бюллетень №34.
Claims (1)
- Универсальный источник питания, содержащий n цепочек, состоящих из последовательно включенных ключей, конденсатора и соединенных с ним разноименными электродами двух диодов, источник напряжения питания постоянного тока, накопительный конденсатор, включенный параллельно выходу универсального источника питания, источник опорного напряжения и регулируемый делитель напряжения, соединенные по входам с выходом универсального источника питания, а по выходу с входами схемы сравнения, соединенной по выходу с входом блока управления, выходы которого подключены соответственно к входам управления управляемых ключей и регулируемого делителя напряжения, отличающийся тем, что введены дополнительные ключи, соединяющие общую точку ключа и конденсатора последующей ячейки с общей точкой диодов и конденсатора предшествующей ячейки, а в первой ячейке - с выводом источника напряжения питания постоянного тока, соединенного со свободными концами первых диодов всех ячеек, причем свободные концы вторых диодов всех ячеек соединены с выходом универсального источника питания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102770A RU2658326C1 (ru) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Универсальный источник питания |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102770A RU2658326C1 (ru) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Универсальный источник питания |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658326C1 true RU2658326C1 (ru) | 2018-06-20 |
Family
ID=62620165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017102770A RU2658326C1 (ru) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Универсальный источник питания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658326C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796644C1 (ru) * | 2022-11-01 | 2023-05-29 | Глеб Германович Кравцов | Способ параллельно-последовательного переключения источников однонаправленного тока с использованием шинных диодов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3808512A (en) * | 1972-04-07 | 1974-04-30 | T Sakka | Transformerless power supply |
| RU2453030C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Бестрансформаторный источник питания |
| RU2570569C1 (ru) * | 2014-10-17 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Универсальный источник питания |
-
2017
- 2017-01-27 RU RU2017102770A patent/RU2658326C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3808512A (en) * | 1972-04-07 | 1974-04-30 | T Sakka | Transformerless power supply |
| RU2453030C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Бестрансформаторный источник питания |
| RU2570569C1 (ru) * | 2014-10-17 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Универсальный источник питания |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796644C1 (ru) * | 2022-11-01 | 2023-05-29 | Глеб Германович Кравцов | Способ параллельно-последовательного переключения источников однонаправленного тока с использованием шинных диодов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9866144B2 (en) | Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes | |
| CN102969874A (zh) | 功率转换器的具有深度间歇省电模式的控制电路 | |
| RU2014108749A (ru) | Устройство прямого электрического нагрева, содержащее силовой электронный преобразователь | |
| EP1647086A1 (en) | Switched mode power supply | |
| JP4735188B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| KR20150025035A (ko) | 전력 관리 장치 및 이를 이용한 멀티 소스 에너지 하베스팅 시스템 | |
| JP2017184608A (ja) | 充電装置、システム、および方法 | |
| TWI764795B (zh) | 返馳式電源轉換器與其中之切換式電容轉換電路 | |
| JP2014204457A (ja) | 電力変換装置 | |
| RU2658326C1 (ru) | Универсальный источник питания | |
| RU2453030C1 (ru) | Бестрансформаторный источник питания | |
| RU2664234C1 (ru) | Демпфер и использующее его устройство преобразования электрической энергии | |
| RU2570569C1 (ru) | Универсальный источник питания | |
| CN206178311U (zh) | 闪光灯模组与闪光灯电源模组 | |
| KR102309184B1 (ko) | 복수의 멀티레벨 전력변환모듈을 포함하는 전력변환시스템 및 이를 위한 동작 방법 | |
| RU2459342C1 (ru) | Резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное и способ управления его выходным напряжением | |
| Nag et al. | Input current ripple cancellation of current-fed switched inverter | |
| RU2206166C2 (ru) | Устройство для заряда аккумулятора | |
| RU2734101C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
| RU2454781C2 (ru) | Двунаправленный понижающий преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
| Kurian et al. | RTC Based Solar Power Multi-Level Inverter | |
| RU2806898C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
| US20220337168A1 (en) | Power supply converter | |
| RU2564992C1 (ru) | Регулятор переменного напряжения | |
| US20210178919A1 (en) | Power factor correction circuit capable of performing bidirectional power transfer and charger including the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190128 |