SU1422330A1 - A.c. to d.c. voltage converter - Google Patents

Description

(21)4162426/24-07(21) 4162426 / 24-07

(22)16.12.86(22) 12/16/86

(46) 07.09.88. Бюл. № 33 (75) И.Г.Мурадов(46) 09/07/88. Bul № 33 (75) I.G.Muradov

(53)621.314.5 (088.8)(53) 621.314.5 (088.8)

(56)Додик С.Д. и др, Источники питани  на полупроводниковых приборах. - М.: Советское радио, 1969, с.374-375, рис. IX.3, IX.4.(56) Dodik S.D. et al, Power Sources on Semiconductor Devices. - M .: Soviet radio, 1969, pp. 374-375, fig. IX.3, IX.4.

За вка ФРГ № 2337960, кл. Н 02 М 7/10, 1975.For the application of the Federal Republic of Germany No. 2337960, cl. H 02 M 7/10, 1975.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(54) AC VOLTAGE CONVERTER TO PERMANENT

(57)Изобретение относитс  к области электротехники и предназначено дл  электропитани  высоковольтных нагрузок . Цель изобретени  - расширение диапазона регулировани  выходного напр жени  при одновременном упроще НИИ и повьшении надежности. Устройство включает диодно-конденс/аторную(57) The invention relates to the field of electrical engineering and is intended to supply high-voltage loads. The purpose of the invention is to expand the range of output voltage control while simplifying scientific research institutes and increasing reliability. The device includes a diode-condensation / atorna

схему умножени  2 на диодах 4,11,12, 13 и конденсаторах 3,14,15. Конденсатор 3 через тиристор 7 соединен с общим выводом. Диод 6 включен в обратном направлении параллельно тиристору 7. Между тиристором 7 и фазным входом включена последовательна  це почка из резистора 9 и конденсатора 10. Введение этой цепочки и выбор ее посто нной времени, равной или больше длительности четверти периодаmultiplying circuit 2 on diodes 4,11,12, 13 and capacitors 3,14,15. The capacitor 3 through the thyristor 7 is connected to a common output. Diode 6 is connected in the opposite direction parallel to the thyristor 7. Between the thyristor 7 and the phase input is connected a series circuit of resistor 9 and capacitor 10. The introduction of this chain and the choice of its constant time equal to or greater than the duration of a quarter period

. входного напр жени , а также выбор величины тока этой цепочки равной или больше тока удержани  тиристора 7 обеспечивают возможность расширени  диапазона регулировани  выходного напр жени  за счет удерживани  тири- ст.ора 7 в открытом состо нии. При этом исключаетс  использование дл  такого режима работы тиристора 7 дополнительного мощного источника пи- тани  и формировател  широкого им . пульса. 2 ил.. The input voltage, as well as the choice of the current value of this chain equal to or greater than the holding current of the thyristor 7, make it possible to extend the range of adjustment of the output voltage by keeping the thyristor 7 in the open state. At the same time, the use of an additional powerful power source and a former wide for it in such a mode of operation of the thyristor 7 is excluded. pulse. 2 Il.

СЛSL

9tLt19tLt1

, Изобретение относитс  к области электротехники и предназначено дл  ;электропитани  высоковольтных нагру зок, например дл  оптических квантовых генераторов.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for the supply of high voltage loads, for example for optical quantum generators.

Цель -изобретени  - расширение диапазона регулировани  выходного напр жени  при одновременном упрощении и повышении надежности устройства. The purpose of the invention is to expand the range of adjustment of the output voltage while simplifying and increasing the reliability of the device.

На фиг,1 представлена электрическа  схема устройства; на фиг,2 - то же, вариант исполнени .Fig. 1 is an electrical circuit diagram of the device; Fig 2 is the same as the embodiment.

Преобразователь содержит источник 1 входного напр жени  (например, сеть), одним вьгоодом соединенный с общим проводом (нулевой провод), а другим, фазным выводом (фаза сети) с умножителем 2 напр жени , включающим первьй конденсатор 3 и диод 4, К выходу ум- ножител  2 подключена нагрузка 5, а к конденсатору 3 подключены диод 6 и тиристор 7, соединенные встречно-параллельно (разновидность полууправл емого ключа), Управл ющий вывод ти- ристора 7 соединение блоком 8 управ лени , на вход которого подано выходное напр жение, служащее сигналом дл  регулировки. Между фазным выходом (проводом) источника 1 и тиристором 7 включена цепочка из резистора 9 и конденсатора 10, соединенных последовательно . Умножитель 2 включает также диоды 11 - 13 и конденсаторы 14 и 15, соединенные с диодом 4 и конденсатором 3 по схеме умножени  напр жени  (фиг.1). Устройство по фиг,2 отличаетс  от устройстйча по фиг.1 тем, что диод 6 и тиристор 7 включены в обратной пол рности и в нем применен до- полнительньш маломощный симметричный (либо с управлением по аноду) тиристор 16, Это обеспечивает упрощение управлени  тиристором 7 и дальнейшее повышение КПД цепи управлени . Умножитель 2 может быть выполнен с любым числом каскадов умножени  напр жени .The converter contains an input voltage source 1 (for example, a network), one connected to a common wire (neutral wire), and the other, a phase output (network phase) with a voltage multiplier 2, including the first capacitor 3 and diode 4, To output - a knife 2 is connected to a load 5, and a diode 6 and a thyristor 7 connected in counter-parallel (a type of semi-controlled switch) are connected to a capacitor 3; serving as a signal for regulation povki. Between the phase output (wire) of the source 1 and the thyristor 7 is included a chain of resistor 9 and capacitor 10 connected in series. The multiplier 2 also includes diodes 11-13 and capacitors 14 and 15 connected to diode 4 and capacitor 3 according to a voltage multiplier circuit (Fig. 1). The device of FIG. 2 differs from the device of FIG. 1 in that the diode 6 and the thyristor 7 are turned on in reverse polarity and an additional low-power symmetrical thyristor 16 is used in it. and further increase the efficiency of the control circuit. Multiplier 2 can be performed with any number of voltage multiplication stages.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

При запертом тиристоре 7 умножител формирует на выходе двойную амплитуду входного напр жени . При открытом тиристоре 7 (когда поступают отпирающие импульсы с блока 8) умножитель формирует на выходе максимальное напр жение (при положительных полупериодах конденсатор 3 зар жаетс  от сети через открытьй тиристор 7, а при отрицательных полупериодах разр жаетс  через диод 6, передава  энергию черезWhen the thyristor 7 is locked, the multiplier generates at the output a double amplitude of the input voltage. When the thyristor 7 is open (when the enable pulses are received from block 8), the multiplier generates the maximum voltage at the output (at positive half-periods, capacitor 3 is charged from the network through opening thyristor 7, and at negative half-periods it is discharged through diode 6, transmitting energy through

00

QQ

5 c 5 0 5 5 c 5 0 5

Q g Q g

умножитель в нагрузку), равное амплитуде входного, умноженного на число каскадов. Моментами включени  и отключени  тиристора 7 выходное напр жение можно регулировать в указанных пределах. При отсутствии цепочки из резистора 9 и конденсатора 10 и при наличии остаточного напр жени  на конденсаторе 3 тиристор 7 может вклкг- читьс  в энергопередачу только послеmultiplier in the load), equal to the amplitude of the input multiplied by the number of stages. The moments of switching on and off of the thyristor 7, the output voltage can be adjusted within the specified limits. In the absence of a chain of resistor 9 and capacitor 10, and in the presence of residual voltage on capacitor 3, the thyristor 7 can be switched on to power transfer only after

jroro, как текущнн значение амплитуды входного напр жени  превысит напр жение на указанном конденсаторе (иначе ток через тиристор не пойдет), что в предельном случае составл ет максимальную амплитуду входного напр жени , котора  располагаетс  в середине полупериода. Это означает, что тиристор 7 должен быть отперт входным сигналом не менее четверти периода по времени, иначе згмножнтель не будет полностью регулируемым. Наличие дополнительной цепочки устран - ет это требование к длительности им- пульса управлени , При отрицательном полупериоде входного напр жени  (фиг.1) конденсатор 10 через резистор 9 и диод 6 зар жаетс  от сети, а при положительном полупериоде это напр жение , суммированное с входным, прикладываетс  к тиристору 7, и тиристор 7, даже отпертый коротким входным импульсом (длительность которого может равн тьс  лишь длительности отпирани  тиристора, т.е. несколько микросекунд), далее остаетс  отп ер- тым, если ток через цепочку равен или больше тока удержани  тиристора. Врем , в течение которого будет отперт тиристор, определ етс  посто нной времени этой цепочки и, если оно равно или больше четверти периода входного напр жени  (дл  сети 5 мсО, умножитель становитс  полностью регулируемым ..jroro, as the current value of the input voltage amplitude exceeds the voltage across the indicated capacitor (otherwise the current through the thyristor does not flow), which in the limiting case is the maximum input voltage amplitude that is located in the middle of the half period. This means that the thyristor 7 must be unlocked by the input signal for at least a quarter of the time period, otherwise the multiplier will not be fully adjustable. The presence of an additional circuit eliminates this requirement for the duration of the control pulse. During the negative half-period of the input voltage (Fig. 1), the capacitor 10 through the resistor 9 and the diode 6 is charged from the network, and with a positive half-period, this voltage is summed up with the input , is applied to the thyristor 7, and the thyristor 7, even unlocked by a short input pulse (the duration of which can be equal only to the unlocking time of the thyristor, i.e. several microseconds), then remains unscrewed if the current through the chain is equal or more e holding current of the thyristor. The time during which the thyristor will be unlocked is determined by the constant time of this chain and, if it is equal to or more than a quarter of the period of the input voltage (for a 5 msO network, the multiplier becomes fully adjustable ..

Таким образом, благодар  дополни- тельно й цепочке длительность импульсов , сформированных блоком 8j в данном случае может быть равна нескольким микросекундам вместо миллисекунд, что значительно снижает необходимую мощность цепи управлени , т,е. ведетThus, due to the additional chain, the duration of the pulses formed by the block 8j in this case can be several microseconds instead of milliseconds, which significantly reduces the required power of the control circuit, t, e. leads

к повьш1ению ее КПД, to increase its efficiency,

Тиристор 7 (фиг, 1) регулирует зар д конденсатора 3, разр д которого обусловлен диодом 6 и неуправл ем. В режиме The thyristor 7 (FIG. 1) regulates the charge of the capacitor 3, the discharge of which is due to diode 6 and uncontrolled. In mode

стабилизации выходного напр жени  при достижении заданного уровн  блок 8 управлени  прекращает подачу отпираюstabilizing the output voltage when the preset level is reached, the control unit 8 stops supplying unlocking

щих импульсов на тиристор 7, это происходит во врем  рабочего по- лзшериода при положительной фазе источника входного напр жени , и конденсатор 3 дозар жаетс  до конца этого полупериода (так как тиристор не может самосто тельно заперетьс ), а в следунлдий отрицательный полупериод неизбежно передает энергию на выход, т.е. в худшем выходное напр жение может превысить заданное значение , обусловленное энергией этого коденсатора (эта энерги   вл етс  шагом регулировани  выходной энергии), Кроме того, во врем  холостого хода, т.е. когда тиристор 7 заперт,, на нем падает суммарное напр жение конденсатора 10 и источника 1, а на диоде 4 ещё и суммированное с остаточным напр жением ко.5енсатора 3. В р де случаев это может оказатьс  недопустимым . С целью уменьшени  лишней энергии , передаваемой на выход, а также уменьшени  напр жени  на ключе 6,7 и диоде 4, а также с целью дальнейшего повьш1ени  КПД цепи управлени  может быть использована схема, приведенна  на фиг.2. Она отличаетс  от предьщзга1ей изменением пол рности ключа 6,7 и наличием дополнительного маthyristor 7, this happens during the working half time when the input voltage source is positive, and the capacitor 3 is charged to the end of this half period (since the thyristor cannot lock itself), and inevitably transmits the negative half time on the way out, i.e. at worst, the output voltage may exceed a predetermined value due to the energy of this co-sensor (this energy is the step of adjusting the output energy). Moreover, during idling, i.e. when the thyristor 7 is locked, the total voltage of capacitor 10 and source 1 falls on it, and on diode 4 it is also summed up with the residual voltage of capacitor 3. In some cases, this may be unacceptable. In order to reduce the excess energy transmitted to the output, as well as reduce the voltage on the key 6.7 and diode 4, as well as to further increase the efficiency of the control circuit, the circuit shown in FIG. 2 can be used. It differs from the pre-polarity of the key 6,7 and the presence of additional ma

ломощного симметричного тиристора 16. Здесь диод 6 обуславливает зар д конденсатора 3, а тиристор 7 его разр д, т.е. передачу накопленной энергии в на- грузку. При положительном полупериоде на, фазном проводе, когда на выходе достигнуто заданное значение напр жени , тиристор 7 запираетс  и в следующий отрицательный полупериод уже не передает энергию конденсатора 3 в нагрузку, чем повьш1аетс  стабильность нaпp J жeни  нагрузки. Конденсатор 10 зар жаетс  в обратной пол рности ро сравнению с предьщутцим случае of a symmetric thyristor 16. Here, diode 6 causes the charge of the capacitor 3, and the thyristor 7 causes its discharge, i.e. transfer of stored energy to the load. With a positive half-period on the phase conductor, when the output voltage reaches the specified value, the thyristor 7 is locked and in the next negative half-period it does not transfer the energy of the capacitor 3 to the load, which increases the stability of the J load. Capacitor 10 is charged in reverse polarity compared to the previous case.

,и при отрицательном полупериоде раз- р жаетс  через конденсатор 3 и диод .4 (так как емкость конденсатора 3 на несколько пор дков больше емкости коденсатора 10). Таким образом, на за1 причем and in the negative half-period it is discharged through the capacitor 3 and the diode .4 (since the capacitance of the capacitor 3 is several orders of magnitude larger than the capacity of the encoder 10). Thus, on 1 and

00

00

5five

j j

330 пертый тиристор330 first thyristor

00

5five

00

5five

7 поступает напр жение однократной амплитуды, что вдвое облегчает его электрический режим. Наличие маломощного тиристора позвол ет значительно уменьшить мощность управл ющего импульса, что ведет к дальнейшему повьшению КПД цепи управлени . Попутно повьшхаетс  и КПД самого преобразовател , так как лишн   энерги  конденсатора 3 сохран етс  и передаетс  в нагрузку при очередном рабочем цикле.7, the voltage of a single amplitude is applied, which makes its electric mode twice as easy. The presence of a low-power thyristor can significantly reduce the power of the control pulse, which leads to a further increase in the efficiency of the control circuit. Along the way, the efficiency of the converter itself also rises, since the excess energy of the capacitor 3 is saved and transferred to the load at the next duty cycle.

Применение предлагаемого устройства приводит к значительному снижению массы и габаритов по сравнению с известными устройствами на силовых трансформаторах , а также к повьш1ению КПД и надежности всего устройства, т.е. к значительной экономии.The use of the proposed device leads to a significant reduction in weight and size compared with the known devices on power transformers, as well as to an increase in the efficiency and reliability of the entire device, i.e. to significant savings.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Преобразователь переменного напр жени  в посто нное, содержащий входные выводы дл  подключени , источника питани , выходные выводы дл  подключени  нагрузки, выпр митель, включенный между входными и выходными выводами и выполненный по вентильно-конденса- торной схеме умножени  напр жени , . тиристор, включенный между одним из входных выводов и входным конденсатором схемы умножени , и блок управлени  тиристором, отличающий- с   тем, что, целью расширени  диапазона регулировани  выходного напр жени  при одновременном упрощении и повышении надежности, дополнительно введена цепочка из последовательно соединенных резистора и конденсатора, включет5а  между другим входным фазным выводом и общей точкой соединени  тиристора и конденсатора, причем посто нна  времени Цепочки равна или больше длительности четверти периода входного напр жени , а величина ее тока равна или больше тока удержани  тиристора.AC-to-DC converter containing input terminals for connection, a power source, output terminals for connecting the load, a rectifier connected between the input and output terminals and made according to a valve-capacitor voltage multiplication circuit,. a thyristor connected between one of the input terminals and the input capacitor of the multiplication circuit, and a thyristor control unit, characterized in that in order to expand the range of output voltage control while simplifying and increasing reliability, a chain of series-connected resistor and capacitor is added, includes 5a between the other input phase output and the common connection point of the thyristor and capacitor, and the constant of the Chain time is equal to or longer than a quarter of the period of the input th voltage and its current value is equal to or greater than the current retention thyristor.