Преобразователь напряжения бестрансформаторный: БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Разное

Содержание

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Выбирая доступные микросхемы для основы бестрансформаторного (и бездроссельного) преобразователя постоянного тока, остановимся на двух наиболее популярных — это NE555 таймер и аудиоусилитель ОУ LM386. В этой статье мы проведём эксперименты с целью определить возможности каждой из них в этих функциях. Биполярные таймеры NE555 широко используются в генераторах различных преобразователей постоянного напряжения, и наиболее часто в инверторных схемах. Впрочем, еще одна очень популярная микросхема — LM386, может быть хорошим решением в данном устройстве. Следует сразу отметить, что результаты также зависят от конкретного производителя этих чипов и от качества сопутствующих компонентов. Мы будем использовать только диоды Шоттки, чтобы свести потери напряжения до минимума.

Базовое сравнение NE555 и LM386

  1. Диапазон напряжений питания NE555 простирается от 4.5 до 16 В, но при ее использовании вблизи максимальных значений на высокой частоте могут быть проблемы. Полный диапазон напряжений питания LM386N1 составляет от 4 до 15 В, и полный диапазон напряжений питания LM386N4 — от 4 до 22 В. Таким образом, LM386N4 имеет преимущество над NE555 уже в том, что она может работать с более высоким входным напряжением питания. Потребляемый ток NE555 обычно 3-6 мА, а LM386 обычно 4 — 8 мА — здесь у NE555 имеется небольшое преимущество.
  2. Максимальный выходной ток NE555 указан по паспорту 200 мА, а напряжение падает через выходные транзисторы около 2 В при ±100 мА, что делает использование её при более высоких токах малоэффективным. Для сравнения, максимальный выходной ток LM386 гораздо выше выше чем у NE555, поскольку LM386N1 имеет 0.7W выход при питании от 9 В и нагрузке 8 Ом, а LM386N4 — 1 Вт при 16 В. Эти результаты основаны на классической формуле для усилителей класса AB с использованием максимального размаха выходного напряжения и пикового выходного тока.
  3. Максимальная мощность рассеяния NE555 в корпусе dip8 составляет всего 600 МВт, в то время как  для LM386 1,25 Вт. Здесь операционный усилитель имеет значительное преимущество по сравнению с таймером.

Практические эксперименты

Для наших тестов входное напряжение питания возьмём 10 вольт. Частота DC-DC преобразователей будет установлена на уровне около 25 кГц (Т = 40 МКС), которая значительно ниже, чем их максимально возможные рабочие частоты. Точки A и B на схемах с LM386 могут быть использованы, чтобы управлять генерацией. В схеме все резисторы 0,25 Вт, ±5%, и все не электролитические конденсаторы 30 В, ±10%, керамика.

Сравнение преобразователей в различных схемах

Удвоение напряжения по плюсу питания

На схемах удвоения используется преобразователь на NE555 как простой генератор с триггером Шмитта. Частота Задается R1 и С1, с легкой зависимостью от тока нагрузки. Преобразователь на рисунке ниже основан на LM386.

Таблица 1 сравнивает выходные напряжения преобразователей на нескольких различных нагрузочных сопротивлениях. Видно, что LM386 обеспечивает более высокие напряжения при больших токах нагрузки. Это ожидаемо, поскольку выходной каскад LM386 обеспечивает больший максимальный выходной ток и имеет более низкое падение напряжения.

Инвертирование к плюсу питания

Таблица 2 сравнивает выходное напряжение на нескольких различных нагрузочных сопротивлениях для инвертирующего с положительным полюсом источника питания NE555 и LM386. Снова аудиоусилитель LM386 смог обеспечить больше мощности в нагрузке.

Удвоение и инвертирование к плюсу питания

Мы можем объединить предыдущие схемы преобразователей и разработать конструкцию, которая производит два выходных напряжения. Схема на NE555 обеспечивает меньший суммарный выходной ток и мощность по сравнению со схемой с использованием ОУ LM386. Вывод — LM386 имеет заметные преимущества по сравнению с NE555.

Бестрансформаторный преобразователь напряжения

Этот преобразователь напряжения основан на цифровой логической микросхеме серии К561ТЛ1 (КР561ТЛ1, CD4013), которая содержит в своём корпусе четыре элемента 2И-НЕ, на входах которых имеются триггеры Шмитта (рис. 1). Генератором в схеме является логический элемент DD1.1, выход которого соединён со входами резисторами R1 и R2, образующими цепь отрицательной обратной связи. Цепь R2C1 является частотозадающей, от неё зависит рабочая частота генератора, которая определяется по формуле F=0,7/(R2C1). С теми параметрами элементов, что указаны на схеме, рабочая частота генератора составляет примерно 7 кГц. Резистор R1 предотвращает перегрузку входа логического элемента DD1.1.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения на логической микросхеме серии К561ТЛ1.

Противофазные сигналы с задающего генератора поступают на входы элементов 2И-НЕ DD1.3 и DD1.4, при этом на другие входы этих элементов поступает задержанный сигнал с выхода логического элемента DD1.2. Задержка осуществляется интегрирующим звеном R3C2 и составляет примерно 1/4 периода рабочей частоты. С выходов логических элементов DD1.3 и DD1.4 сигналы подаются на базы силовых транзисторов. Такое схемотехническое решение позволяет блокировать сквозные токи в момент переключения силовых транзисторов, что обеспечивает высокий КПД преобразователя.

Рис. 2. Осциллограммы на выходах логических элементов DD1.3, DD1.4, DD1.1.

Из осциллограммы (рис. 2) видно, что после выключения транзистора VT1 проходит какое-то время до включения транзистора VT2, за это время все переходные процессы успевают окончиться, что исключает даже кратковременное протекание сквозных токов.

Транзисторы VT1 и VT2 открываются поочерёдно, с паузой между их открытиями, которая составляет примерно 1/4 периода рабочей частоты. При открытом транзисторе VT2 происходит заряд конденсатора С3, при этом заряжающий ток проходит от источника питания через диод VD1. Когда открывается транзистор VT1, то конденсатор С3 подключается последовательно с источником питания и диодом VD2, так что происходит заряд конденсатора С4 до напряжения чуть меньшего удвоенного напряжения источника питания. Максимальный ток нагрузки этого преобразователя напряжения может быть около двух ампер.

BACK MAIN PAGE

Преобразователь напряжения бестрансформаторный | Микросхема

В продолжение актуальной темы автомобильных преобразователей напряжения хотим уделить также внимание бестрансформаторным преобразователям напряжения. Принцип работы практически такой же. Разница лишь в конструктивном исполнении выходного каскада. С одной стороны, убрав импульсный трансформатор, схема преобразователя напряжения заметно упрощается, уменьшаются габариты и вес. Но с другой – при бестрансформаторном способе отсутствует гальваническая развязка от аккумулятора и для реализации двуполярного питания необходимо собирать две схемы. Также затруднено получение на выходе бестрансформаторного преобразователя напряжения большего по сравнению с входящим напряжения. Обычно в бестрансформаторных вариантах Uвх?Uвых (но не всегда, в зависимости от топологии).

Такие преобразователи напряжения собираются на современной элементной базе и также содержат ШИМ — контроллеры с выходными каскадами на мощных транзисторах для обеспечения повышенной максимально допустимой силы тока. Отличительной чертой современных ШИМ контроллеров для сборки на их базе бестрансформаторных преобразователей напряжения является широкий диапазон питающих напряжений.

В рамках нашей сегодняшней статьи рассмотрим ШИМ контроллеры LM5088 и LM3488. ШИМ — контроллер LM5088 конца 2008 года выпуска, а LM3488 значительно моложе – конец 2010 года. На вход преобразователя напряжения в первом случае можно подавать от 4,5 до 75 вольт, во втором – от 2,97 до 40 вольт. Устройство рассчитывается на любое выходное напряжение относительно входного по формулам. В зависимости от этого подбираются номиналы применяемых радиодеталей. Приведенные ШИМ контроллеры обеспечивают высокий выходной ток преобразователя, который составляет 10 ампер.

Частота LM5088 задается в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц. КПД очень высокий – 97%. ШИМ — контроллер LM5088 выпускается в двух исполнениях:

Упрощенная схема бестрансформаторного преобразователя напряжения на LM5088:

Назначение некоторых выводов:
VIN – питающее напряжение в диапазоне 4,5…75 В;
EN – если напряжение на контакте ниже 0,4 вольт, преобразователь не работает; если в диапазоне 0,4…1,2 В – LM5088 находится в режиме ожидания; если выше 1,2 вольт – ШИМ контроллер выполняет свои функции в полном объеме. Таим образом, делителем напряжения может быть установлен порог отключения преобразователя напряжения;
SS – вывод для плавного пуска;
RAMP – используется для режима управления. Конденсатор Cramp рекомендуется выбирать из диапазона 100…2000 пФ;
RT/SYNC – задающий генератор частоты – частотный диапазон выбирается подбором резистора Rrt и лежит в диапазоне 50 кГц – 1 МГц;
GND – земля;
COMP – выходной вывод усилителя ошибки – составляет петлю с выводом FB;
FB – вывод для сигнала обратной связи – соединен с инвертирующим входом усилителя ошибки, регулирует порог в 1,205 вольт;
OUT – выходное (снимаемое) напряжение;
SW – коммутационный узел – подключается к выходу силового транзистора;
HG – подключается ко входу силового транзистора;
BOOT – вход для стартерного конденсатора – конденсатор подключается между SW и BOOT выводами, чтобы обеспечить переключение MOSFET транзистора;
VCC – выход смещающего регулятора – Cvcc – керамический разделительный конденсатор номиналом 0,1…10 мкФ.

Более подробно в datasheet на LM5088.

Готовая схема бестрансформаторного преобразователя напряжения на LM5088, рассчитанная на выходное напряжение 5 вольт и ток до 7 ампер:

Чтобы рассчитать устройство на другое напряжение и ток, можно воспользоваться либо формулами из datasheet, либо специальным калькулятором.

Частота LM3488 задается в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц с помощью одного внешнего резистора. Данный ШИМ – контроллер значительно проще и меньше по габаритам и представляет собой 8-ми контактную микросхему.

Назначение выводов аналогичное, что и у ШИМ LM5088. Более подробные технические характеристики LM3488, как базового компонента бестрансформаторного преобразователя напряжения, а также различные диаграммы зависимостей напряжения, тока и частоты можно посмотреть в datasheet.

Также можно в качестве примера привести схемы уже готовых бестрансформаторных преобразователей напряжения на LM3488. Первый с входным напряжением 3…24 В, а выходное 5 вольт – 1 ампер; второй с входным – 3,3 вольта, а выходным – 5 вольт – 2 ампера. Третья схема, мне кажется, более ходовая и обеспечивает на выходе 12 вольт – 1,5 ампера при входном напряжении 4,5…5,5 В.

Вид двухсторонней печатной платы для последней схемы преобразователя напряжения таков:

Но основная ценность ШИМ – контроллера LM3488 в том, что на его базе можно собрать отличный источник питания (точнее посредник, т.е. бестрансформаторный преобразователь) для усилителей мощности звуковой частоты. Нами были рассчитаны номиналы радиодеталей для схемы бестрансформаторного преобразователя напряжения, который может быть использован для питания популярного УМЗЧ на TDA7294. В качестве источника тока применяется автомобильный аккумулятор на 12 вольт. Все данные ниже на рисунках:

Также похожее устройство можно собрать на базе ШИМ LM5022, только без выходного дросселя. В заключение хочется отметить, что на современной элементной базе, в частности на контроллерах типа LM можно конструировать дешевые и простые в повторении бестрансформаторные преобразователи на любое необходимое в повседневной радиолюбительской практике напряжение.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: полезно собрать

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Преобразователь напряжения 12 — 220
Простейший преобразователь напряжения

Мощный бестрансформаторный преобразователь напряжения 30В 2А

Что-то не так?

Пожалуйста, отключите Adblock.

Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений.
Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.

Как добавить наш сайт в исключения AdBlock

На рис. 4.11 приведена схема удвоителя напряжения, способного обеспечить в нагрузке ток до 2 А. В основу преобразователя положен генератор импульсов на логическом элементе DD1.1, охваченном цепью обратной связи Rl, CI, R2, которая задает частоту генерации. Вырабатываемые генератором импульсные сигналы в противофазе поступают на входы логических элементов DD1.3 и DDI.4, управляющих мощными ключевыми транзисторами VT1 и VT2.

Для исключения возможности короткого замыкания источника питания во время их переключения на вторые входы элементов DD1.3 (через инвертор DDI.2) и DDI.4 поступают импульсы, задержанные примерно на четверть периода интегрирующей цепью R3, С2. Благодаря этому открывающие импульсы (отрицательной полярности относительно эмиттеров) на базах транзисторов оказываются разнесенными во времени, и сквозной ток через оба транзистора исключается.

Если открыт транзистор VT2, конденсатор СЗ заряжается через диод VD1 до напряжения источника питания. Через полпериода открывается транзистор VT1, конденсатор СЗ оказывается включенным последовательно с источником, и конденсатор С4 через диод VD2 заряжается практически до удвоенного напряжения питания. ИМС CD4093 можно заменить на K561TJT1. Транзисторы следует применять из серии КТ825 и диоды серии КД212. Для снижения уровня пульсаций при максимальных токах нагрузки емкость конденсаторов СЗ и С4 желательно увеличить до 10 мкФ и, кроме того, параллельно конденсатору С4 включить пленочный или керамический емкостью 0,1…1 мкФ.

Бестрансформаторный преобразователь напряжения


Многие автолюбители устанавливают в своих машинах портативные телевизоры,
работающие от бортовой сети, но не имеющие селектора дециметрового диапазона.
Между тем у многих дома есть сетевые приставки «Орбита» или им подобные для приема
телепередач в дециметровом диапазоне. Такие приставки бывают и в продаже. Если
изготовить несложный преобразователь напряжения, тогда и сетевую приставку ДМВ
можно будет приспособить для работы в автомобиле.
Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 1,

при безошибочном монтаже не требует налаживания (в отличие, например, от описанного
в статье Г. Кузнецова «Бестрансформаторный преобразователь напряжения» в «Радио»,
1982, № 2, с. 36) и ему не нужен отдельный источник питания. При питании
преобразователя от источника постоянного тока напряжением 12 В его выходное
напряжение при токе нагрузки 30 мА будет около 22 В (напряжение пульсации — 18
мВ). При токе нагрузки 100 мА выходное напряжение уменьшается до 21 В, а при 250
мА—до 19,5 В. Без нагрузки преобразователь потребляет от источника питания ток не
более 2 мА.
Устройство образуют задающий генератор,
собранный на логических элементах DD1.1
и DD1.2, буферные ступени DD1.3, DD1.4,
транзисторные ключи VT1, VT2 и
выпрямитель-удвоитель напряжения на
диодах VD1, VD2 с конденсаторами С2,
СЗ. Детали преобразователя монтируют на
печатной плате, чертеж которой показан на
рис. 2.

Габариты монтажной платы позволяют
разместить ее непосредственно внутри
приставки ДМВ. Для
подключения устройства к бортовой сети
автомобиля наружу выведены два провода.
Для соединения преобразователя
напряжения с приставкой «Орбита» печатный проводник на ее плате, идущий от
резистора R1 и стабилитрона VD2 к резистору R2, разрезают и к концам разреза
подключают преобразователь, как показано на рис. 1.
После доработки приставки ДМВ возможность питания ее от электроосветительной сети
сохраняется.

Транзисторы VT1 и VT2 преобразователя могут быть любыми из указанных на схеме
серий, а также ГТ402В или ГТ402Г, ГТ404В или ГТ404Г. С германиевыми транзисторами
выходное напряжение преобразователя будет больше примерно на 1 В. Диоды VD1 —
VD3 могут быть любыми другими, рассчитанными на ток более 30 мА.
Микросхему K561ЛA7(DD1) можно заменить на К561ЛЕ5, К561ЛН2 или использовать
аналогичные им из серий К176, 564, К164.

П. САЗОНОВ

г. Красный Лиман Донецкой обл.


Бестрансформаторный преобразователь постоянного напряжения в переменное. Маломощные бестранформаторные преобразователи напряжения на конденсаторах (18 схем). Инвертирование к плюсу питания

в настоящей главе в первую очередь будут рассмотрены бестрансформаторные преобразователи напряжения, как прави­ло, состоящие из генератора прямоугольных импульсов и умно­жителя напряжения. Обычно таким образом удается повысить без заметных потерь напряжение не более чем в несколько раз, а так­же получить на выходе преобразователя напряжение другого зна­ка. Ток нагрузки подобных преобразователей крайне невелик — обычно единицы, реже десятки мА.

Задающий генератор бестрансформаторных преобразовате­лей напряжения может быть выполнен по типовой схеме, базовый элемент 1 которой (рис. 1.1) выполнен на основе симметрично­го мультивибратора. В качестве примера элементы блока мо­гут иметь следующие параметры: R1=R4=1 кОм; R2=R3=10 кОм; С1=С2=0,01 мкФ. Транзисторы — маломощные, например, КТ315. Для повышения мощности выходного сигнала использован типо­вой блок усилителя 2.

Рис. 1.1. Схемы базовых элементов бестрансформаторных пре­образователей: 1 — задающий генератор; 2 — типовой блок усилителя

Бестрансформаторный преобразователь напряжения состо­ит из двух типовых элементов (рис. 1.2): задающего генератора 1 и двухтактного ключа-усилителя 2, а также умножителя напряже­ния (рис. 1.1, 1.2). Преобразователь работает на частоте 400 Гц и обеспечивает при напряжении питания 12,5 В выходное

напряжение 22 В при токе нагрузки до 100 мА (параметры эле­ментов: R1=R4=390 Ом, R2=R3=5,6 кОм, С1=С2=0,47 мкФ). В бло­ке 1 использованы транзисторы КТ603А — Б; в блоке 2 — ГТ402В{Г) и ГТ404В{Г).

Схема бестрансформаторного преобразователя с уд­воением напряжения

Схемы преобразователей напряжения на основе типо­вого блока

Преобразователь напряжения , построенный на основе типового блока, описанного выше (рис. 1.1), можно применить для получения выходных напряжений разной полярности так, как это показано на рис. 1.3.

Для первого варианта на выходе формируются напряжения -1-10 Б и -10 Б; для второго — -1-20 Б и -10 Б при питании устройст­ва от источника напряжением 12 Б.

Для питания тиратронов напряжением примерно 90 Б при­менена схема преобразователя напряжения по рис. 1.4 с задаю­щим генератором 1 и параметрами элементов: R1=R4=1 кОм,

R2=R3=10 кОм, С1 =С2=0,01 мкФ . Здесь могут быть использо­ваны широко распространенные маломощные транзисторы. Умно­житель имеет коэффициент умножения 12 и при имеющемся напряжении питания можно было бы ожидать на выходе примерно 200 В, однако реально из-за потерь это напряжение составляет всего 90 В, и величина его быстро падает с увеличением тока нагрузки.

Рис. 1.4. Схема преобразователя напряжения с многокаскадным умножителем

Рис. 1.5. Схема инвертора напряжения

Для получения инвертированного выходного напряжения также может быть использован преобразователь на основе типо­вого узла (рис. 1.1). На выходе устройства (рис. 1.5) образуется напряжение, противоположное по знаку напряжению питания . По абсолютной величине это напряжение несколько ниже напряжения питания, что обусловлено падением напряжения (по­терями напряжения) на полупроводниковых элементах. Чем ниже напряжение питания схемы и чем выше ток нагрузки, тем больше эта разница.

Преобразователь (удвоитель) напряжения (рис. 1.6) содер­жит задающий генератор 1 (1 на рис. 1.1), два усилителя 2 (2 на рис. 1.1) и выпрямитель по мостовой схеме (VD1 -VD4) .

Блок 1: R1=R4=100 Ом; R2=R3=10 кОм; С1=С2=0,015 мкФ, транзисторы КТ315.

Известно, что мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную, пропорциональна рабочей частоте преобразо­вания, поэтому одновременно с ее ростом уменьшаются емко­сти конденсаторов и, следовательно, габариты и стоимость устройства.

Данный преобразователь обеспечивает выходное напряже­ние 12 Б (на холостом ходу). При сопротивлении нагрузки 100 Ом выходное напряжение снижается до 11 Б; при 50 Ом — до 10 Б; а при 10 Ом -до 7 Б.

Рис. 1.6. Схема удвоителя напряжения повышенной мощности

Схема преобразователя для получения разнополярных выходных напряжений

Преобразователь напряжения (рис. 1.7) позволяет получить на выходе два разнополярных напр’яжения с общей средней точкой . Такие напряжения часто используют для питания операцион­ных усилителей. Выходные напряжения близки по абсолютной величине напряжению питания устройства и при изменении его ве­личины изменяются одновременно.

Транзистор VT1 — КТ315, диоды VD1 и У02-Д226.

Блок 1: R1=R4=1,2 кОм; R2=R3=22 кОм; С1=С2=0,022 мкФ, транзисторы КТ315.

Блок 2: транзисторы ГТ402, ГТ404.

Выходное сопротивление удвоителя — 10 Ом. В режиме хо­лостого хода суммарное выходное напряжение на конденсаторах С1 и С2 равно 19,25 В при токе потребления 33 мА. При увеличе­нии тока нагрузки от 100 до 200 мА это напряжение снижается с 18,25 до 17,25 Б.

Задающий генератор преобразователя напряжения (рис. 1.8) выполнен на двух /ШО/7-элементах . К его выходу подключен каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2. Инвертированное на­пряжение на выходе устройства с учетом потерь преобразования на несколько процентов (или десятков процентов — при низко­вольтном питании) меньше входного.

Рис. 1.8. Схема преобразователя напряжения-инвертора с за­дающим генератором на КМОП-элементах

Похожая схема преобразователя изображена на следую­щем рисунке (рис. 1.9). Преобразователь содержит задающий ге­нератор на /СМО/7-микросхеме, каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2, схемы удвоения выходного импульсного напряжения, конденсаторные фильтры и схему формирования искусственной средней точки на основе пары стабилитронов . На выходе преобразователя формируются следующие напряжения: -i-15 Б при токе нагрузки 13…15 мЛ и -15 Б при токе нагрузки 5 мА.0 кГц.

Без нагрузки преобразователь с таким усилителем мощно­сти потребляет ток около 5 мА. Выходное напряжение приближа­ется к 18 Б (удвоенному напряжению питания). При токе нагрузки 120 мА выходное напряжение уменьшается до 16 Б при уровне пульсаций 20 мВ. КПД устройства около 85%, выходное сопротив­ление — около 10 Ом.

При работе узла от задающего генератора на КМОП-эпе-ментах установка резисторов R1 и R2 не обязательна, но для ог­раничения выходного тока микросхемы желательно соединить ее выход с транзисторным усилителем мощности через резистор со­противлением в несколько кОм.

Простая схема преобразователя напряжения для управле­ния варикапами многократно воспроизведена в различных жур­налах . Преобразователь вырабатывает 20 В при питании от 9 Б, и такая схема показана на рис. 1.11. На транзисторах VT1 и VT2 собран генератор импульсов, близких к прямоугольным. Дио­ды VD1 — VD4 и конденсаторы С2 — С5 образуют умножитель напряжения, а резистор R5 и стабилитроны VD5, VD6 — парамет­рический стабилизатор напряжения.

Рис. 1.11. Схема преобразователя напряжения для варикапов

Рис. 1.12. Схема преобразователя напряжения на КМОП-микросхеме

Простой преобразователь напряжения на одной лишь К561ЛН2-микросхеме с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме на рис. 1.12.

Основные параметры преобразователя при разных напря­жениях питания и токах нагрузки приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Параметры преобразователя напряжения (рис. 1.12)

Схема выходного каскада формирователя двухполяр-ного напряжения

Для преобразования напряжения одного уровня в двухпо-лярное выходное напряжение может быть использован преобра­зователь с выходным каскадом по схеме на рис. 1.13 . При входном напряжении преобразователя 5 Б на выходе полу­чаются напряжения -i-8 Б и -8 Б при токе нагрузки 30 мА. КПД преобразователя составил 75%. Значение КПД и величину вы­ходного напряжения можно увеличить за счет использования в выпрямителе-умножителе напряжения диодов Шотки. При уве­личении напряжения питания до 9 Б выходные напряжения воз­растают до 15 Б.

Приблизительный аналог транзистора 2N5447 — КТ345Б; 2N5449 — КТ340Б. В схеме можно использовать и более рас­пространенные элементы, например, транзисторы типа КТ315, КТ361.

Для схем преобразователей напряжения, построенных по принципу умножителей импульсного напряжения, могут быть ис­пользованы самые разнообразные генераторы сигналов прямо­угольной формы. Такие генераторы часто строят на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 1.14) . Выходной ток этой микросхемы достаточно большой (100 мА) и часто можно обойтись без кас­кадов дополнительного усиления. Генератор на микросхеме DA1 {КР1006ВИ1) вырабатывает прямоугольные импульсы, частота следования которых определяется элементами R1, R2, С2. Эти импульсы с вывода 3 микросхемы подаются на умножитель на­пряжения. К выходу умножителя напряжения подключен рези-стивный делитель R3, R4, напряжение с которого поступает на вход «сброс» (вывод 4) микросхемы DA1. Параметры этого де­лителя подобраны таким образом, что, если выходное напряже­ние по абсолютной величине превьюит входное (напряжение питания), генерация прекращается.14) приведены в табл. 1.2.

На следующем рисунке показана еще одна схема преобра­зователя напряжения на мтросхеме КР1006ВИ1 (рис. 1.15). Рабочая частота задающего генератора 8 кГц. На его выходе включен транзисторный усилитель и выпрямитель, собранный по схеме удвоения напряжения. При напряжении источника питания 12 Б на выходе преобразователя получается 20 Б. Потери преоб­разователя обусловлены падением напряжения на диодах выпря­мителя-удвоителя напряжения.

Таблица 1.2. Характеристики преобразователя-инвертора напряжения (рис. 1.14)

Uпит, В

Iпотреб, мА

Схема преобразователя напряжения с микросхемой КР1006ВИ1 и усилителем мощности

На основе этой же микросхемы (рис. 1.16) может быть соз­дан инвертор напряжения . Рабочая частота преобразова­ния — 18 кГц, скважность импульсов — 1,2.

Как и для других подобных устройств, выходное напряже-ние преобразователя существенно зависит от тока нагрузки.

ТТЛ и /СМОГ/-микросхемы могут быть использованы для выпрямления тока. Развивая тему, автор этой идеи Д. Катберт предложил бестрансформаторный преобразователь напряжения-инвертор на основе ГГ//-микросхем (рис. 1.17).

Устройство содержит две микросхемы: DDI и DD2. Первая из них работает в качестве генератора прямоугольных импульсов с частотой 7 кГц (элементы DDI .1 и DDI .2), к выходу которого под­ключен инвертор DD1.3 — DDI.6. Вторая микросхема (DD2) вклю­чена необычным образом (см. схему): она выполняет функцию

Схема формирователя напряжения отрицательной полярности

Рис. 1.17. Схема инвертора напряжения на основе двух микросхем

диодов. Все ее элементы-инверторы для увеличения нагрузочной способности преобразователя включены параллельно.

В результате такого включения на выходе устройства полу­чается инвертированное напряжение-U, примерно равное (по аб­солютной величине) напряжению питания. Напряжение питания устройства с 74НС04 может быть от 2 до 7 В. Примерный отечественный аналог — ГГ//-микросхема типа К555ЛН1 (работает в более узком диапазоне питающих напряже­ний) или /СМОC/-микросхем а КР1564ЛН1.

Максимальный выходной ток преобразователя достигает 10 мА. При отключенной нагрузке устройство практически не по­требляет ток.

В развитие рассмотрен>ной выше идеи использования защит­ных диодов /C/WO/7-микросхем, имеющихся на входах и выходах /СЛ//0/7-элементов, рассмотрим работу преобразователя напряже­ния , выполненного на двух микросхемах DDI и DD2 типа К561ЛА7 {рлс. 1.18). На первой из них собран генератор, работаю­щий на частоте 60 кГц. Вторая микросхема выполняет функцию мостового вьюокочастотного выпрямителя.

Рис. 1.18. Схема точного преобразователя полярности на двух микросхемах К561ЛА7

Малогабаритный прерыватель тока на КМОП микросхеме

Коммутатор выполнен с задающим генератором на КМОП инверторах. Частота автогенератора зависит от номиналов C2-R1. Так как полевой транзистор с изолированным затвором управляется статическим зарядом и не требует большого тока в…….

Стабилизатор напряжения на компаратореОсновные технические характеристики:Выходное напряжение, В ……………………………………………………. 5Ток нагрузки, А …………………………………………………………………… 2Напряжение пульсаций, мВ ………………………………………………..50Коэффициент стабилизации…………………………………………….100Частота переключения, кГц ………………………………………………..25Стабилизатор напряжения работает следующим образом. Пилообразное образцовое напряжение компаратор сравнивает…….

Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого на нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широко применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в…….

Использование в преобразователе частоты трехуровневого инвертора позволяет повысить напряжение системы. Если не требуется рекуперация электроэнергии в питающую сеть, то целе­сообразно применение 12-пульсного диодного выпрямителя с последовательным соединением трехфазных мостов. Если…….

Иногда возникает необходимость иметь повышенное напряжение для зарядки конденсаторов или питания высоковольтных схем. Такой напряжения может быть использован для маломощных гаусс-пушек и т.п. Преобразователь не имеет импульсного трансформатора, что резко уменьшает размеры печатной платы.

Повышение входного напряжения происходит благодаря использованному дросселю. Накопительный дроссель имеет индуктивность 1000 микроГенри, именно от добротности дросселя зависит КПД преобразователя в целом.

Генератор импульсов настроен на частоту 14 кГц, но можно увеличить рабочую частоту, этим сокращая витки дросселя. Сам дроссель может быть намотан на Ш-образном сердечнике или в крайнем случае на стержне, размеры не критичны.

Провод, использованный для намотки дросселя, может иметь диаметр от 0,2 мм, поскольку выходной ток преобразователя не превышает 7-8 мА.

Полевой транзистор — буквально любой, который может работать при напряжении более 400 Вольт, я ставил даже биполярные, но с полевыми однозначно лучше. Мощность преобразователь можно увеличить несколькими способами, которые взаимосвязаны между собой.

1) Увеличение напряжения питания.
2) Использование более мощных транзисторов.
3) Использование дополнительного драйвера на выходе микросхемы.
4) Использование более толстого провода для намотки дросселя.

Но все эти способы могут увеличить выходной ток устройства всего на несколько миллиампер. Именно из-за ничтожной выходной мощности (не более 2-х ватт) схема не нашла широкого применения, но иногда она просто незаменима. Вместо микросхемы NE555 можно использовать мультивибратор, который будет настроен на ту же частоту (14 кГц).

Полевой транзистор не нуждается в теплоотводе, поскольку рассеиваемая мощность слишком мизерная.

Для полной зарядки высоковольтной емкости в 1000 мкФ устройству понадобится порядка 5 минут, так что если собрались использовать такой преобразователь в , то должны ждать, но зато устройство очень простое, компактное и экономичное.

Здесь будут рассмотрены бестрансформаторные преобразователи напряжения
, как правило, состоящие из генератора прямоугольных импульсов и умножителя напряжения.

Обычно таким образом удается повысить без заметных потерь напряжение не более чем в несколько раз, а также получить на выходе преобразователя напряжение другого знака. Ток нагрузки подобных преобразователей крайне невелик — обычно единицы, реже десятки мА.

Задающий генератор

Задающий генератор бестрансформаторных преобразователей напряжения может быть выполнен по типовой схеме, базовый элемент 1 которой (рис. 1) выполнен на основе симметричного мультивибратора.

В качестве примера элементы блока могут иметь следующие параметры: R1=R4=1 кОм; R2=R3=10 кОм С1=С2=0,01 мкФ. Транзисторы — маломощные, например, КТ315. Для повышения мощности выходного сигнала использован типовой блок усилителя 2.

Рис. 1. Схемы базовых элементов бестрансформаторных преобразователей: 1 — задающий генератор; 2 — типовой блок усилителя.

Бестрансформаторный преобразователь напряжения

Бестрансформаторный преобразователь напряжения состоит из двух типовых элементов (рис. 2): задающего генератора 1 и двухтактного ключа-усилителя 2, а также умножителя напряжения (рис. 2).

Преобразователь работает на частоте 400 Гц и обеспечивает при напряжении питания 12,5 В
выходное напряжение 22В
при токе нагрузки до 100 мА
(параметры элементов: R1=R4=390 Ом. R2- R3=5,6 кОм, C1=C2=0,47 мкФ). В блоке 1 использованы транзисторы КТ603А — б; в блоке 2 — ГТ402В(Г) и ГТ404В(Г).

Рис. 2. Схема бестрансформаторного преобразователя с удвоением напряжения.

Рис. 3. Схемы преобразователей напряжения на основе типового блока.

Преобразователь напряжения построенный на основе типового блока, описанного выше (рис. 1), можно применить для получения выходных напряжений разчой полярности
так, как это показано на рис. 3.

Для первого варианта на выходе формируются напряжения +10 В и -10 В; для второго — +20 В и -10 В при питании устройства от источника напряжением 12В.

Схема преобразователя для питания тиратронов 90В

Для питания тиратронов напряжением примерно 90 В применена схема преобразователя напряжения по рис. 4 с задающим генератором 1 и параметрами элементов: R1=R4=-1 кОм, R2=R3=10 кОм, С1 =С2=0,01 мкФ.

Здесь могут быть использованы широко распространенные маломощные транзисторы. Умножитель имеет коэффициент умножения 12 и при имеющемся напряжении питания можно было бы ожидать на выходе примерно 200В, однако реально из-за потерь это напряжение составляет всего 90 В, и величина его быстро падает с увеличением тока нагрузки.

Рис. 4. Схема преобразователя напряжения с многокаскадным умножителем.

Инвертор полярности напряжения из (+) в (-)

Для получения инвертированного выходного напряжения также может быть использован преобразователь на основе типового узла (рис. 1). На выходе устройства (рис. 5) образуется напряжение, противоположное по знаку напряжению питания.

Рис. 5. Схема инвертора напряжения.

По абсолютной величине это напряжение несколько ниже напряжения питания, что обусловлено падением напряжения (потерями напряжения) на полупроводниковых элементах. Чем ниже напряжение питания схемы и чем выше ток нагрузки, тем больше эта разница.

Преобразователь (удвоитель) напряжения

Преобразователь (удвоитель) напряжения (рис. 6) содержит задающий генератор 1 (1 на рис. 1.1), два усилителя 2 (2 на рис. 1.1) и выпрямитель по мостовой схеме (VD1 — VD4).

Рис. 6. Схема удвоителя напряжения повышенной мощности.

Блок 1: R1 =R4=100 Ом; R2=R3=10 кОм; C1=C2=0,015 мкФ, транзисторы КТ315.

Известно, что мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную, пропорциональна рабочей частоте преобразования, поэтому одновременно с ее ростом уменьшаются емкости конденсаторов и, следовательно, габариты и стоимость устройства.

Данный преобразователь обеспечивает выходное напряжение 12В
(на холостом ходу). При сопротивлении нагрузки 100 Ом выходное напряжение снижается до 11 В; при 50 Ом — до 10 В; а при 10 Ом — до 7 В.

Двуполярный преобразователь со средней точкой

Преобразователь напряжения (рис. 7) позволяет получить на выходе два разнополярных напряжения с общей средней точкой. Такие напряжения часто используют для питания операционных усилителей. Выходные напряжения близки по абсолютной величине напряжению питания устройства и при изменении его величины изменяются одновременно.

Рис. 7. Схема преобразователя для получения разнополярных выходных напряжений.

Транзистор VT1 — КТ315, диоды VD1 и VD2—Д226.

Блок 1: R1=R4=1,2 кОм; R2=R3=22 кОм; С1=С2=0,022 мкФ, транзисторы КТ315.

Блок 2: транзисторы ГТ402, ГТ404.

Выходное сопротивление удвоителя — 10 Ом. В режиме холостого хода суммарное выходное напряжение на конденсаторах С1 и С2 равно 19,25 В при токе потребления 33 мА. При увеличении тока нагрузки от 100 до 200 мА это напряжение снижается с 18,25 до 17,25 В.

Преобразователи-инверторы с задающим генератором на КМОП-элементах

Задающий генератор преобразователя напряжения (рис. 8) выполнен на двух КМОП-элементах, К его выходу подключен каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2. Инвертированное напряжение на выходе устройства с учетом потерь преобразования на несколько процентов (или десятков процентов — при низковольтном питании) меньше входного.

Рис. 8. Схема преобразователя напряжения-инвертора с задающим генератором на КМОП-элементах.

Похожая схема преобразователя изображена на следующем рисунке (рис. 9). Преобразователь содержит задающий генератор на КМОП-микросхеме, каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2, схемы удвоения выходного импульсного напряжения, конденсаторные фильтры и схему формирования искусственной средней точки на основе пары стабилитронов.

На выходе преобразователя формируются следующие напряжения: +15 б при токе нагрузки 13… 15 мА и -15 В при токе нагрузки 5 мА.

Рис. 9. Схема преобразователя напряжения для формирования разнополярных напряжений с задающим генератором на КМОП-элементах.

На рис. 10 показана схема выходного узла бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Рис. 10. Схема выходного каскада бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Этот узел фактически является усилителем мощности. Для управления им можно использовать генератор импульсов, работающий на частоте 10 кГц.

Без нагрузки преобразователь с таким усилителем мощности потребляет ток около 5 мА. Выходное напряжение приближается к 18 В (удвоенному напряжению питания). При токе нагрузки 120 мА выходное напряжение уменьшается до 16 б при уровне пульсаций 20 мВ. КПД устройства около 85%, выходное сопротивление — около 10 Ом.

При работе узла от задающего генератора на КМОП-элементах установка резисторов R1 и R2 не обязательна, но для ограничения выходного тока микросхемы желательно соединить ее выход с транзисторным усилителем мощности через резистор сопротивлением в несколько кОм.

Преобразователь напряжения для управления варикапами

Простая схема преобразователя напряжения для управления варикапами многократно воспроизведена в различных журналах. Преобразователь вырабатывает 20 В при питании от 9 б, и такая схема показана на рис. 11.

На транзисторах VT1 и VT2 собран генератор импульсов, близких к прямоугольным. Диоды VD1 — VD4 и конденсаторы С2 — С5 образуют умножитель напряжения, а резистор R5 и стабилитроны VD5, VD6 — параметрический стабилизатор напряжения.

Рис. 11. Схема преобразователя напряжения для варикапов.

Преобразователь напряжения на КМОП микросхеме

Рис. 12. Схема преобразователя напряжения на КМОП микросхеме.

Простой преобразователь напряжения
на одной лишь КМОП-микросхеме
с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме на рис.12.

Основные параметры преобразователя при разных напряжениях питания и токах нагрузки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры преобразователя напряжения (рис. 12):

Uпит, В

Івых. мА

Uвых, В

Двуполярный преобразователь

Рис. 13. Схема выходного каскада формирователя двухполярного напряжения.

Для преобразования напряжения одного уровня в двухполярное выходное напряжение может быть использован преобразователь с выходным каскадом по схеме на рис. 13.

При входном напряжении преобразователя 5В на выходе получаются напряжения +8В и -8В при токе нагрузки 30 мА. КПД преобразователя составил 75%. Значение КПД и величину выходного напряжения можно увеличить за счет использования в выпрямителе-умножителе напряжения диодов Шотки. При увеличении напряжения питания до 9 В выходные напряжения возрастают до 15 В.

Приблизительный аналог транзистора 2N5447 — КТ345Б; 2N5449 — КТ340Б. В схеме можно использовать и более распространенные элементы, например, транзисторы типа КТ315, КТ361.

Для схем преобразователей напряжения, построенных по принципу умножителей импульсного напряжения, могут быть использованы самые разнообразные генераторы сигналов прямоугольной формы.

Такие генераторы часто строят на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 14) . Выходной ток этой микросхемы достаточно большой (100 мА) и часто можно обойтись без каскадов дополнительного усиления.

Генератор на микросхеме DA1 (КР1006ВИ1) вырабатывает прямоугольные импульсы, частота следования которых определяется элементами R1, R2, С2. Эти импульсы с вывода 3 микросхемы подаются на умножитель напряжения.

К выходу умножителя напряжения подключен резистивный делитель R3, R4, напряжение с которого поступает на вход «сброс» (вывод 4) микросхемы DA1.

Параметры этого делителя подобраны таким образом, что, если выходное напряжение по абсолютной величине превысит входное (напряжение питания), генерация прекращается. Точное значение выходного напряжения можно регулировать подбором сопротивлений резисторов R3 и R4.

Рис. 14. Схема преобразователя-инвертора напряжения с задающим генератором на микросхеме КР1006ВИ1.

Характеристики преобразователя — инвертора напряжения (рис 14) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики преобразователя-инвертора напряжения (рис. 14).

Uпит, В

Івых, мА

Iпотр, мА

КПД, %

Умощненный преобразователь-инвертор на микросхеме КР1006ВИ1

На следующем рисунке показана еще одна схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 15). Рабочая частота задающего генератора 8 кГц.

На его выходе включен транзисторный усилитель и выпрямитель, собранный по схеме удвоения напряжения. При напряжении источника питания 12 б на выходе преобразователя получается 20 В. Потери преобразователя обусловлены падением напряжения на диодах выпрямителя-удвоителя напряжения.

Рис. 15. Схема преобразователя напряжения с микросхемой КР1006ВИ1 и усилителем мощности.

Инвертор полярности напряжения на микросхеме КР1006ВИ1

На основе этой же микросхемы (рис. 16) может быть создан инвертор напряжения. Рабочая частота преобразования — 18 кГц, скважность импульсов — 1,2.

Рис. 16. Схема формирователя напряжения отрицательной полярности.

Преобразователь напряжения-инвертор на основе ТТЛ-микросхем

Как и для других подобных устройств, выходное напряжение преобразователя существенно зависит от тока нагрузки.

ТТЛ и КМОП-микросхемы могут быть использованы для выпрямления тока. Развивая тему, автор этой идеи Д. Катберт предложил бестрансформаторный преобразователь напряжения-инвертор на основе ТТЛ-микросхем (рис. 7).

Рис. 17. Схема инвертора напряжения на основе двух микросхем.

Устройство содержит две микросхемы: DD1 и DD2. Первая из них работает в качестве генератора прямоугольных импульсов с частотой 7 кГц (элементы DD1.1 и DD1.2), к выходу которого подключен инвертор DD1.3 — DD1.6.

Вторая микросхема (DD2) включена необычным образом (см. схему): она выполняет функцию диодов. Все ее элементы-инверторы для увеличения нагрузочной способности преобразователя включены параллельно.

В результате такого включения на выходе устройства получается инвертированное напряжение -U, примерно равное (по абсолютной величине) напряжению питания. Напряжение питания устройства с КМОП-микросхемой 74НС04 может быть от 2 до 7 В. Примерный отечественный аналог — ТТЛ-микросхема типа К555ЛН1 (работает в более узком диапазоне питающих напряжений) или КМОП-микросхема КР1564ЛН1.

Максимальный выходной ток
преобразователя достигает 10 мА
. При отключенной нагрузке устройство практически не потребляет ток.

Преобразователь напряжения на микросхеме К561ЛА7

В развитие рассмотренной выше идеи использования защитных диодов КМОП-микросхем, имеющихся на входах и выходах КМОП-элементов, рассмотрим работу преобразователя напряжения, выполненного на двух микросхемах DD1 и DD2 типа К561ЛА7 (рис. 18).

На первой из них собран генератор, работающий на частоте 60 кГц. Вторая микросхема выполняет функцию мостового высокочастотного выпрямителя.

Рис. 18. Схема точного преобразователя полярности на двух микросхемах К561ЛА7.

В процессе работы преобразователя на выходе формируется напряжение отрицательной полярности, с большой точностью при высокоомной нагрузке повторяющее напряжение питания во всем диапазоне паспортных значений питающих напряжений (от 3 до 15 В).

Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобразование переменного и постоянного тока
(10+)

Бестрансформаторные источники питания — Повышающие

Этот процесс иллюстрирует рисунок:

Синим помечена область, где конденсаторы C заряжаются, а красным, где они отдают накопленный заряд в конденсатор C1 и в нагрузку.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.

Добрый вечер. Как ни старался, не смог по приведенным формулам для рис 1.2 пол учить значения ёмкостей конденсаторов С1 и С2 при приведенных значениях данных в вашей таблице (Uвх~220V, Uвых 15V, Iвых 100мА, f 50Hz). У меня проблема, включить катушку малогабаритного реле постоянного тока на рабочее напряжение -25V в сеть ~220V, рабочий ток катушки I= 35мА. Возможно я что то не

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р…
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ…

Измерение действующего (эффективного) значения напряжения, силы тока. …
Схема прибора для измерения действующего значения напряжения / силы тока…

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Силовой ключ — б…
Как сконструировать обратноходовый импульсный источник питания. Как выбрать мощн…

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания приборов и устройств измерительной техники. Технический результат — снижение значения потребляемой активной мощности и повышение стабильности выходного напряжения. Преобразователь напряжения состоит из двух одинаковых секций узла гашения избыточного напряжения, выполненных в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, включенных соответственно в оба провода между выводами для подключения источника питания и входами первого и второго мостовых выпрямителей, выход первого выпрямителя подключен параллельно со входом стабилизатора напряжения, а в обоих проводах на выходе второго выпрямителя введены первый и второй регулирующие элементы, которые включены последовательно со входом стабилизатора напряжения. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2513185

Область техники

Бестрансформаторный преобразователь напряжения относится к области электротехники и предназначен для использования во вторичных источниках электропитания приборов и устройств измерительной техники, в частности, для питания электронных счетчиков электроэнергии, электронных вольтметров, различных реле защиты и автоматики, питаемых от контролируемой сети.

Предшествующий уровень техники

Известны источники питания (Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах. Т.1. Пер с англ. — 4-е изд. перераб и доп. — М.: Мир, 1993. — 413 с, ил., рис.1.80), содержащие силовой трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа, в котором регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Наличие компенсационного стабилизатора напряжения позволяет получить стабильное напряжение питания, а наличие трансформатора позволяет получить низкую активную мощность потребления и при необходимости соединить нейтральный провод сети с общей точкой источника. Однако именно наличие трансформатора является основным недостатком таких источников, увеличивающим их габариты и стоимость.

Известен также бестрансформаторный преобразователь на МОП транзисторе (Шрайбер Г. 300 схем источников питания. Выпрямители. Импульсные источники питания. Линейные стабилизаторы и преобразователи: Пер. с франц. — М.: ДМК, 2000. — 224 с: ил. (В помощь радиолюбителю), рис.246), содержащий двухполупериодный мостовой выпрямитель, гасящий резистор, фильтр, параметрический стабилизатор на стабилитроне, источник опорного напряжения, сдвоенный операционный усилитель, регулирующий элемент и делитель напряжения сети. Принцип работы бестрансформаторного преобразователя на МОП транзисторе состоит в том, что в начале каждой полуволны выпрямленное напряжение через открытый регулирующий элемент заряжает емкостной фильтр, подключенный к нагрузке. При достижении на резисторе в делителе напряжения значения опорного напряжения операционный усилитель закрывает регулирующий элемент, и заряд емкостного фильтра прекращается. Основным недостатком такого источника питания является наличие пульсаций на выходе, ухудшающих работу большинства устройств измерительной техники, и отсутствие фиксированного потенциала одной из выходных точек относительно напряжения сети.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является бестрансформаторный источник электропитания (Описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2077111, МПК6 Н02М 7/155, G05F 1/585, приоритет 01.06.1993. Опубликовано 10.04.1997, Бюл. № 10), в котором узел гашения избыточного напряжения состоит из двух секций с равными сопротивлениями по переменному току, причем каждая секция узла гашения избыточного напряжения выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, общая точка соединения которых подключена к соответствующему выводу для подключения источника питания, а свободные выводы конденсаторов и резисторов первой и второй секции узла гашения избыточного напряжения соединены с входами соответственно первого и второго мостовых выпрямителей, при этом выходы первого и второго мостовых выпрямителей соединены согласно и параллельно и подключены через фильтр к стабилизатору напряжения. Стабилизатор напряжения выполнен двухступенчатым, в котором первая ступень стабилизатора выполнена на стабилитроне, а вторая ступень стабилизатора содержит задающий элемент на стабилитроне, узел стабилизации тока задающего элемента и операционный усилитель, питаемый от первой ступени. Инвертирующий вход операционного усилителя через первый резистор соединен с выводом для подключения первой нагрузки, а через второй резистор соединен с выводом для подключения второй нагрузки, соединенным также с выходным выводом узла стабилизации тока задающего элемента, неинвертирующий вход усилителя через третий и четвертый резисторы с равными сопротивлениями подключен к выводам для подключения источника питания, выход операционного усилителя подключен к выводу для подключения первой нагрузки. В бестрансформаторном источнике электропитания с двухступенчатым стабилизатором обеспечивается высокая стабильность напряжения питания и фиксация потенциала одной из выходных клемм относительно точки «искусственный нуль» с потенциалом половины питающего напряжения сети, а основным недостатком такого источника электропитания является большая активная мощность потребления.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание бестрансформаторного преобразователя напряжения с двухполупериодным выпрямителем и фиксацией потенциала одной из выходных точек относительно напряжения сети, в котором снижено значение потребляемой активной мощности и повышена стабильность выходного напряжения.

Поставленная задача решается в бестрансформаторном преобразователе напряжения, содержащем две секции узла гашения избыточного напряжения с равными сопротивлениями по переменному току, два двухполупериодных выпрямителя, фильтр, два регулирующих элемента, два операционных усилителя и стабилизатор напряжения, причем каждая секция узла гашения избыточного напряжения выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенных общей точкой к соответствующему выводу для подключения источника питания, свободные выводы конденсаторов обеих секций и резисторов обеих секций узла гашения избыточного напряжения соединены соответственно с входами первого и второго мостовых выпрямителей; выход первого выпрямителя соединен через фильтр параллельно и согласно со входом стабилизатора напряжения, выход второго выпрямителя соединен через последовательно и согласно включенные в первом и во втором проводах соответственно введенные первый и второй регулирующие элементы со входом стабилизатора напряжения, причем первый регулирующий элемент выполнен на n-канальном МОП транзисторе обедненного типа или n-канальном полевом транзисторе, второй регулирующий элемент выполнен на р-канальном полевом транзисторе; стабилизатор напряжения выполнен двухступенчатым, в котором первая ступень содержит первый и второй узлы, включенные согласно и параллельно, первый узел выполнен в виде последовательного соединения первого стабилитрона и введенного первого резистора, введенный второй узел выполнен в виде последовательного соединения второго стабилитрона и второго резистора, причем общая точка соединения катода первого стабилитрона в первом узле и второго резистора во втором узле подключена к первому проводу на выходе первого мостового выпрямителя, соединенному также с истоком первого n-канального МОП транзистора обедненного типа, общая точка соединения анода второго стабилитрона во втором узле и первого резистора в первом узле подключена ко второму проводу на выходе первого мостового выпрямителя, соединенному также с истоком второго р-канального полевого транзистора; сток первого n-канального МОП транзистора обедненного типа и сток второго р-канального полевого транзистора подключены соответственно к первому и второму проводам на выходе второго выпрямителя; первым n-канальным МОП транзистором обедненного типа управляет введенный первый операционный усилитель, выводы питания которого подключены к выводам первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора, инвертирующий вход первого усилителя через введенные третий и четвертый резисторы с равными сопротивлениями подключен к выводам первого стабилитрона, неинвертирующий вход первого усилителя через резисторы с равными сопротивлениями подключен к выводам для подключения источника питания, выход первого усилителя подключен к управляющему затвору первого n-канального МОП транзистора обедненного типа; вторым р-канальным полевым транзистором управляет введенный второй операционный усилитель, выводы питания которого подключены к выводам второго стабилитрона во втором узле первой ступени стабилизатора, инвертирующий вход второго усилителя подключен к выходу введенного источника опорного напряжения, неинвертирующий вход второго усилителя подключен к общей точке соединения анода первого стабилитрона и первого резистора в первом узле первой ступени стабилизатора, выход второго усилителя подключен к управляющему затвору второго р-канального полевого транзистора; вторая ступень стабилизатора выполнена по схеме последовательного стабилизатора напряжения и состоит из задающего элемента на стабилитроне, узла стабилизации тока задающего элемента и операционного усилителя, питаемого с выхода первой ступени стабилизатора, а именно, питаемого от первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора, неинвертирующий вход усилителя во второй ступени стабилизатора соединен с неинвертирующим входом введенного первого усилителя, подключенного также через резисторы с равными сопротивлениями к выводам для подключения источника питания, инвертирующий вход усилителя во второй ступени стабилизатора подключен через резисторы к выводам для подключения первой и второй нагрузок, вывод для подключения второй нагрузки соединен также с выходным выводом узла стабилизации тока задающего элемента, выход усилителя во второй ступени стабилизатора подключен к выводу для подключения первой нагрузки.

Именно за счет выполнения узла гашения избыточного напряжения в виде двух одинаковых секций с равными сопротивлениями по переменному току, выполненных в виде последовательного соединения конденсатора и резистора, включенных соответственно в оба провода между выводами для подключения источника питания и входами первого и второго мостовых выпрямителей, введения в обоих проводах на выходе второго мостового выпрямителя последовательно со входом стабилизатора напряжения первого и второго регулирующих элементов, которыми управляют соответственно введенные первый и второй операционные усилители, выполнения стабилизатора напряжения двухступенчатым, первая ступень которого состоит из включенных согласно и параллельно первого и второго узлов, содержащих соответственно первый и второй стабилитроны, от которых питаются соответственно первый и второй операционные усилители, введения соответствующих резисторов и источника опорного напряжения, а также выполнения второй ступени стабилизатора с узлом стабилизации тока задающего элемента на стабилитроне и операционным усилителем, питаемым от первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора, с вышеуказанным соединением элементов между собой и с другими элементами схемы осуществляется двухполупериодное выпрямление, предварительная симметрия выходного напряжения в первой ступени стабилизатора и фиксация потенциала одной из выходных клемм заявляемого устройства во второй ступени стабилизатора относительно точки с потенциалом половины питающего напряжения сети, уменьшается активная мощность потребления, повышается стабильность выходного напряжения.

Действительно, введение первого и второго регулирующих элементов, выполняющих функцию управляемых балластных сопротивлений, уменьшает ток в цепях с гасящими резисторами, что приводит к снижению активной мощности потребления.

Разбиение узла гашения избыточного напряжения на две секции и синхронное изменение сопротивления первого регулирующего элемента, управляемого первым операционным усилителем, относительно изменения сопротивления второго регулирующего элемента обеспечивает предварительную симметрию выходного напряжения первой ступени стабилизатора относительно точки с потенциалом половины питающего напряжения сети, а применение операционного усилителя во второй ступени стабилизатора, питаемого от первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора, позволяет отследить потенциал одной из выходных клемм устройства относительно точки с потенциалом половины питающего напряжения сети.

Введение первого резистора в первом узле первой ступени стабилизатора, а также источника опорного напряжения и второго операционного усилителя, который управляет вторым регулирующим элементом, позволяет поддерживать в первом узле первой ступени стабилизатора входной постоянный ток, равный отношению эталонного опорного напряжения к сопротивлению первого резистора, и снизить пульсации напряжения на выходе первой ступени стабилизатора, а именно, снизить пульсации напряжения на первом стабилитроне в первом узле первой ступени стабилизатора, от которого питается операционный усилитель во второй ступени стабилизатора.

Выполнение второй ступени стабилизатора с узлом стабилизации тока задающего элемента позволяет исключить пульсации выходного напряжения, вызванные некоторым смещением выходного напряжения первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора относительно точки с потенциалом половины питающего напряжения сети.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит две одинаковые секции 1 узла 2 гашения избыточного напряжения, два мостовых выпрямителя 3 и 4, фильтр 5, стабилизатор напряжения 6, введены два регулирующих элемента, причем первый регулирующий элемент выполнен на n-канальном МОП транзисторе 7 обедненного типа (или n-канальном полевом транзисторе), второй регулирующий элемент выполнен на р-канальном полевом транзисторе 8, введены первый операционный усилитель 9 и второй операционный усилитель 10.

Секции 1 узла 2 гашения избыточного напряжения, состоящие из конденсатора 11 и резистора 12, подключены с одной стороны к клеммам 13 и 14 для подключения сети, а с другой стороны подключены к входам мостовых выпрямителей 3 и 4, причем конденсаторы 11 подключены к входу первого мостового выпрямителя 3, а резисторы 12 подключены к входу второго мостового выпрямителя 4.

Выход первого мостового выпрямителя 3 через фильтр 5 включен согласно и параллельно с входом стабилизатора напряжения 6.

Стабилизатор напряжения 6 выполнен двухступенчатым. Первая ступень стабилизатора напряжения 6 содержит первый узел 15 и второй узел 16, которые включены согласно и параллельно. Первый узел 15 выполнен в виде последовательного соединения стабилитрона 17 и введенного первого резистора 18. Введенный второй узел 16 выполнен в виде последовательного соединения стабилитрона 19 и резистора 20.

В первом и во втором проводах на выходе второго мостового выпрямителя 4 включены согласно и последовательно со входом стабилизатора напряжения 6 соответственно транзисторы 7 и 8. Сток транзистора 7 подключен к первому проводу на выходе второго выпрямителя 4. Исток транзистора 7 подключен к общей точке соединения катода стабилитрона 17 в первом узле 15 и резистора 20 во втором узле 16 первой ступени стабилизатора 6, а также к первому проводу на выходе первого выпрямителя 3.

Сток транзистора 8 подключен ко второму проводу на выходе второго выпрямителя 4. Исток транзистора 8 подключен к общей точке соединения резистора 18 в первом узле 15 и анода стабилитрона 19 во втором узле 16 первой ступени стабилизатора 6, а также ко второму проводу на выходе первого выпрямителя 3.

Выводы питания операционного усилителя 9 подключены к стабилитрону 17, неинвертирующий вход усилителя 9 через резисторы 21 и 22 с равными сопротивлениями подключен к клеммам 13 и 14 для подключения сети, инвертирующий вход усилителя 9 через введенные резисторы 23 и 24 с равными сопротивлениями подключен к выводам стабилитрона 17 в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6, а выход усилителя 9 подключен к управляющему затвору транзистора 7.

Выводы питания операционного усилителя 10 подключены к стабилитрону 19, инвертирующий вход усилителя 10 подключен к выходу источника опорного напряжения 25, выполненного на стабилитроне 26 и ограничительном резисторе 27, неинвертирующий вход усилителя 10 подключен к общей точке соединения анода стабилитрона 17 и резистора 18 в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6, выход усилителя 10 подключен к управляющему затвору транзистора 8.

Вторая ступень стабилизатора напряжения 6 выполнена по известной схеме последовательного стабилизатора напряжения и состоит из задающего элемента на стабилитроне 28, узла 29 стабилизации тока задающего элемента, выполненного на транзисторе 30, резисторах 31, 32, 33 и диоде 34, эмиттерного повторителя на транзисторе 35.

Во второй ступени стабилизатора 6 содержится также операционный усилитель 36, питаемый от стабилитрона 17 в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6. Неинвертирующий вход усилителя 36 через резисторы 21 и 22 с равными сопротивлениями подключен к клеммам 13 и 14 для подключения сети, инвертирующий вход усилителя 36 подключен через резисторы 37 и 38 к выходным клеммам 39 и 40 соответственно, выход операционного усилителя 36 подключен к выходной клемме 39.

Кроме того, для ограничения максимального падения напряжения между стоком и истоком транзистора 7 подключен резистор 41, а между стоком и истоком транзистора 8 подключен резистор 42. Резисторы 41 и 42 выбираются с равными сопротивлениями.

Принцип работы устройства состоит в следующем.

Входное напряжение сети подается на клеммы 13 и 14 устройства, понижается на конденсаторах 11 и резисторах 12 в обеих секциях 1 узла 2 гашения избыточного напряжения, выпрямляется на первом и втором двухполупериодных выпрямителях 3 и 4, а также понижается на первом и втором транзисторах 7 и 8, которыми управляют соответственно первый и второй операционные усилители 9 и 10, после чего сглаживается фильтром 5, стабилизируется в двухступенчатом стабилизаторе 6 и поступает на выходные клеммы 39 и 40.

Первая ступень стабилизатора 6 содержит параллельно включенные узлы 15 и 16, в которых стабилитроны 17 и 19 выбираются с равными напряжениями стабилизации, а сопротивление резистора 18 выбирается значительно меньше сопротивления резистора 20, поэтому входной ток в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6 значительно больше, чем во втором узле 16.

Входной ток в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6 равен сумме выпрямленных токов с выходов первого и второго выпрямителей 3, 4 и сдвинутых по фазе на 90° относительно друг друга. Сдвиг тока по фазе на выходе первого выпрямителя 3 относительно тока на выходе второго выпрямителя 4 образован благодаря сдвигу тока в конденсаторе 11 на 90° относительно тока в резисторе 12. На выходе первого выпрямителя 3 протекает двухполупериодный выпрямленный ток, мгновенное значение которого пропорционально сопротивлению конденсаторов 11, а на выходе второго выпрямителя 4 протекает выпрямленный ток, мгновенное значение которого пропорционально сумме сопротивлений резисторов 12 и изменяющихся сопротивлений транзисторов 7 и 8, играющих роль управляемых балластных сопротивлений.

Изменением сопротивления транзистора 8 управляет операционный усилитель 10, который работает по принципу обратной связи. Напряжение на резисторе 18, пропорциональное входному току в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6, поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 10 и сравнивается с эталонным значением опорного напряжения на стабилитроне 26, поступающим на инвертирующий вход операционного усилителя 10. При изменении мгновенного значения напряжения сети с выхода операционного усилителя 10 подается управляющее напряжение на затвор транзистора 8, изменяя его сопротивление так, что падение напряжения на резисторе 18 в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6 поддерживается на уровне эталонного напряжения, задаваемого стабилитроном 26. То есть при номинальном действующем значении напряжения сети входной ток в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6, проходящий через резистор 18 и стабилитрон 17 без подключения нагрузки, стремится иметь постоянное значение, равное отношению эталонного напряжения на стабилитроне 26 к сопротивлению резистора 18. Таким образом, поддержание постоянного значения величины входного тока в первом узле 15 первой ступени стабилизатора 6 позволяет снизить пульсации напряжения на стабилитроне 17, от которого питается операционный усилитель 36 во второй ступени стабилизатора 6.

Одновременно с изменением сопротивления транзистора 8 синхронно изменяется сопротивление транзистора 7. Изменением сопротивления транзистора 7 управляет операционный усилитель 9, который работает по принципу обратной связи. Если потенциал общей точки соединения резисторов 21 и 22 в делителе сетевого напряжения пополам рассматривать как потенциал точки «искусственный нуль», то синхронное изменение сопротивления транзистора 7 относительно изменения сопротивления транзистора 8 обеспечивается, когда потенциал общей точки соединения резисторов 23 и 24 с равными сопротивлениями в делителе выходного напряжения на стабилитроне 17 первого узла 15 первой ступени стабилизатора 6 равен потенциалу точки «искусственный нуль».

Потенциал общей точки соединения резисторов 23 и 24 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 9 и сравнивается с потенциалом точки «искусственный нуль» на неинвертирующем входе операционного усилителя 9, а управляющее напряжение с выхода операционного усилителя 9 поступает на затвор транзистора 7, изменяя его сопротивление так, что потенциал общей точки соединения резисторов 23 и 24 стремится фиксироваться относительно потенциала «искусственного нуля». Таким образом, обеспечивается предварительная симметрия выходного напряжения на стабилитроне 17 в первой ступени стабилизатора 6 относительно точки «искусственный нуль».

Во второй ступени стабилизатора 6 операционный усилитель 36, питаемый от стабилитрона 17, по принципу обратной связи фиксирует потенциал средней точки резисторов 37 и 38 в делителе выходного напряжения относительно точки «искусственный нуль» при смене полярности входного питающего напряжения сети и других дестабилизирующих факторах. Кроме того, для исключения зависимости выходного напряжения стабилизатора 6, связанной с возможным изменением тока в стабилитроне 28 при изменении напряжения между катодами стабилитронов 17 и 28, применяется узел 29 стабилизации тока в стабилитроне 28 на базе схемы токового зеркала с элементами 30, 31, 32, 33, 34, в которой ток коллектора транзистора 30 не зависит от напряжения коллектор-база.

При равных резисторах 37 и 38 выходное напряжение источника на клеммах 39 и 40 оказывается симметричным относительно «искусственного нуля». Если резистор 37 закоротить, то потенциал клеммы 39 будет равен «искусственному нулю».

Для ограничения максимального падения напряжения между стоком и истоком транзистора 7 включен резистор 41, а между стоком и истоком транзистора 8 включен резистор 42. Резисторы 41 и 42 выбираются с равными сопротивлениями.

Так как р-канальные полевые транзисторы 7 имеют низкое напряжение пробоя, то второй регулирующий элемент может быть выполнен также на р-канальном МОП транзисторе.

На фиг.2 показан фрагмент принципиальной электрической схемы с применением в качестве второго регулирующего элемента р-канального МОП транзистора 43, которым управляет операционный усилитель 10. В этом случае вводится интегральный конвертор 44 напряжения, входные выводы которого подключаются параллельно стабилитрону 19, и конденсаторы 45 и 46. Выводы питания операционного усилителя 10 подключаются, соответственно, к катоду стабилитрона 19 и к выводу конвертора 44 с отрицательной полярностью выходного напряжения.

Промышленная применимость.

Испытания макетных образцов предлагаемого устройства подтвердили его полную работоспособность, решение поставленной задачи и возможность промышленной применимости.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Бестрансформаторный преобразователь напряжения, содержащий две одинаковые секции узла гашения избыточного напряжения с равными сопротивлениями по переменному току, каждая секция узла гашения избыточного напряжения выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенных общей точкой к соответствующему выводу для подключения источника питания, свободные выводы конденсаторов обеих секций и свободные выводы резисторов обеих секций узла гашения избыточного напряжения соединены соответственно с входами первого и второго мостовых выпрямителей, выходы первого и второго мостовых выпрямителей включены согласно и параллельно и подключены через фильтр к стабилизатору напряжения, стабилизатор напряжения выполнен двухступенчатым с узлом стабилизации тока задающего элемента на стабилитроне и операционным усилителем, питаемым от первой ступени стабилизатора, неинвертирующий вход усилителя через резисторы с равными сопротивлениями подключен к выводам для подключения источника питания, инвертирующий вход усилителя через резисторы соединен с выводами для подключения первой и второй нагрузок, вывод для подключения второй нагрузки соединен также с выходным выводом узла стабилизации тока задающего элемента, выход операционного усилителя подключен к выводу для подключения первой нагрузки, отличающийся тем, что выход второго мостового выпрямителя соединен через последовательно и согласно включенные в первом и во втором проводах соответственно введенные первый и второй регулирующие элементы со входом двухступенчатого стабилизатора напряжения, причем первый регулирующий элемент выполнен на n-канальном полевом транзисторе, а второй регулирующий элемент выполнен на р-канальном полевом транзисторе, первая ступень стабилизатора состоит из первого и второго узлов, включенных согласно и параллельно, первый узел стабилизатора выполнен в виде последовательного соединения первого стабилитрона и введенного первого резистора, введенный второй узел стабилизатора выполнен в виде последовательного соединения второго стабилитрона и второго резистора, причем общая точка соединения катода первого стабилитрона в первом узле и второго резистора во втором узле первой ступени стабилизатора подключена к истоку первого n-канального полевого транзистора, соединенному также с первым проводом на выходе первого мостового выпрямителя, общая точка соединения первого резистора в первом узле и анода второго стабилитрона во втором узле первой ступени стабилизатора подключена к истоку второго р-канального полевого транзистора, соединенному также со вторым проводом на выходе первого мостового выпрямителя, сток первого n-канального и сток второго р-канального полевых транзисторов подключены соответственно к первому и второму проводам на выходе второго мостового выпрямителя, управляющий затвор первого n-канального полевого транзистора подключен к выходу введенного первого операционного усилителя, выводы питания которого, а также выводы питания операционного усилителя во второй ступени стабилизатора, подключены к выводам первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора, инвертирующий вход первого усилителя через введенные третий и четвертый резисторы с равными сопротивлениями подключен к выводам первого стабилитрона в первом узле первой ступени стабилизатора, неинвертирующий вход первого усилителя соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя во второй ступени стабилизатора, а также подключен через резисторы с равными сопротивлениями к выводам для подключения источника питания, управляющий затвор второго р-канального полевого транзистора подключен к выходу введенного второго операционного усилителя, выводы питания которого подключены к выводам второго стабилитрона во втором узле первой ступени стабилизатора, неинвертирующий вход второго усилителя подключен к общей точке соединения анода первого стабилитрона и первого резистора в первом узле первой ступени стабилизатора, инвертирующий вход второго усилителя подключен к выходу введенного источника опорного напряжения.

Бестрансформаторный преобразователь напряжения

 

Использование: в преобразователях постоянного напряжения, где первичным напряжением служит сеть промышленной частоты 220 В или более. Сущность изобретения: устройство содержит каскадный делитель напряжения, состоящий из диодно-конденсаторных ячеек. Конденсаторы, соединенные последовательно, заряжаются во время максимума амплитуды положительного значения синусоиды переменного напряжения на шинах. Разряд их на питающие входы силового импульсного каскада осуществляется при отрицательном значении синусоиды переменного напряжения и при параллельном соединении этих конденсаторов. Вспомогательный транзистор позволяет уменьшить мощность, требующуюся для управления выходным транзистором, и снизить рассеиваемую им мощность. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике к устройствам преобразования электрической энергии переменного напряжения, например промышленных сетей, в постоянные напряжения для питания систем автоматики или радиоэлектроники.

Известны бестрансформаторные преобразователи напряжения, у которых переменное первичное напряжение выпрямляется мостовым выпрямителем, а затем осуществляется преобразование постоянного напряжения в требуемые выходные с гальванической развязкой импульсным высокочастотным транзисторным силовым каскадом [1] Недостатком таких преобразователей является невысокая надежность работы и недостаточная энергетическая эффективность. Это обусловлено неоптимальной областью безопасной работы современных высоковольтных силовых транзисторов, использующихся в силовых импульсных каскадах, а также невысокими коэффициентами усиления этих транзисторов. Применяются также бестрансформаторные преобразователи напряжения, у которых напряжение питания силового импульсного каскада снижается при помощи импульсного или линейного стабилизатора [2] Недостатком подобных преобразователей является сложность схемы и невысокая надежность работы, так как достаточно высокая частота преобразования в импульсном стабилизаторе требует решения вопросов соблюдения норм безопасной работы силового транзистора этого стабилизатора. В случае использования линейного стабилизатора энергетическая эффективность такого технического решения невысока. Наиболее близким к предлагаемому как по схемотехнике, так и по сущности происходящих процессов является преобразователь, содержащий каскадные диодно-конденсаторные ячейки, соединяемые последовательно или параллельно при помощи выходного транзистора и которые осуществляют снижение первичного напряжения до достаточно низких величин [3] Недостатком этого преобразователя является сложность из-за наличия специальной схемы управления выходным транзистором и мостового сетевого выпрямителя, а также невысокая надежность работы вследствие использования высокой частоты переключения. Целью изобретения является повышение надежности работы за счет упрощения схемы и облегчения режимов работы элементов. Цель достигается тем, что управление выходным транзистором, осуществляющим переключение диодно-конденсаторных ячеек, выполняется сетевым первичным напряжением при помощи вспомогательного транзистора. Кроме того, для ограничения амплитуды коротких коммутационных импульсов тока разряда конденсаторов ячеек вводится дроссель с блокирующим диодом. Для дальнейшего повышения энергетической эффективности преобразователя в схему введены форсирующие транзистор и конденсатор, осуществляющие ускорение начального открывания выходного транзистора. На фиг. 1-3 приведены схемы бестрансформаторных преобразователей напряжения, которые соответствуют: фиг.1 п.1 формулы изобретения; фиг.2 п.2 и 3 формулы; фиг.3 п.4. Бестрансформаторный преобразователь напряжения по схеме фиг.1 содержит N диодно-конденсаторных ячеек, где ячейки с первой по (N-1)-ю содержат зарядные 1.1,1.(N-1) диоды, разрядные 2.1,2.(N-1) диоды, выходные 3.1,3.(N-1) диоды и конденсаторы 4.1,4.(N-1), а N-я ячейка состоит из зарядного 1.N диода и конденсатора 4.N. Анод зарядного диода 1.1 первой ячейки соединен с первой сетевой шиной 5 и первым выводом открывающего резистора 6. Аноды разрядных диодов 2.1,2.(N-1) подключены к второй сетевой шине 7 и отрицательному питающему входу 8 силового импульсного каскада 9. Катоды выходных диодов 3.1,3.(N-1) соединены с эмиттером выходного транзистора 10 р-n-р-типа проводимости и с первым выводом запирающего резистора 11. Катоды зарядных 1.1,1.(N-1) диодов соединены с анодами соответствующих выходных 3.1,3.(N-1) диодов и с первыми выводами конденсаторов 4.1,4. (N-1) соответственно, вторые выводы которых подключены к катодам разрядных 2.1,2.(N-1) диодов соответственно. Кроме того, катоды разрядных диодов 2.1, 2. (N-1) соединены соответственно с анодами зарядных 1.2,1.N диодов последующих ячеек, а катод зарядного диода 1.N подключен к первому выводу конденсатора 4.N, коллектору выходного транзистора 10, второму выводу запирающего резистора 11 и к положительному питающему входу 12 силового импульсного каскада 9. Второй вывод конденсатора 4.N соединен с второй сетевой шиной 7. Точка соединения катода диода 2.(N-1) и анода диода 1.N подключена через коллекторный резистор 13 к коллектору вспомогательного транзистора 14 р-n-р-типа проводимости, эмиттер которого соединен с базой выходного транзистора 10, а база с вторым выводом открывающего резистора 6. Силовой импульсный каскад 9 для наглядности изложения изображен в виде транзисторного однотактного преобразователя постоянного напряжения, где силовой транзистор 15, управляемый блоком 16 управления, соединен через первичную обмотку 17 силового трансформатора 18 с положительным 12 и отрицательным 8 питающими входами. В общем виде тип силового импульсного каскада не влияет на рассматриваемые процессы работы бестрансформаторного преобразователя напряжения. Схема бестрансформаторного преобразователя напряжения по фиг.2 отличается тем, что коллектор выходного транзистора 10 соединен с первым выводом дросселя 19 и с катодом блокирующего диода 20, анод которого подключен к второй сетевой шине 7, а второй выход дросселя 19 соединен с положительным питающим входом 12 силового импульсного каскада 9, вторым выводом открывающего резистора 11 и точкой соединения катода зарядного диода 1.N и первого вывода конденсатора 4.N. В схеме бестрансформаторного преобразователя напряжения по фиг.3, кроме описанных связей и элементов, коллектор транзистора 14 через коллекторный резистор 13 соединен с первым выводом форсирующего конденсатора 21 и эмиттером форсирующего транзистора 22 р-n-р-типа проводимости, коллектор которого подключен к точке соединения катода диода 2.(N-1), анода диода 1.N и второго вывода конденсатора 4.(N-1), а база через базовый резистор 23 соединена с катодом диода 1.N. Второй вывод конденсатора 21 подключен к аноду диода 3.(N-1). Бестрансформаторный преобразователь по схеме фиг.1 работает следующим образом. Рассмотрим установившиеся процессы работы. В исходном состоянии, если не учитывать пульсаций постоянного напряжения, конденсаторы 4.1,4.N заряжены примерно до одинакового напряжения, равного выходному напряжению каскадного делителя напряжения, численно оцениваемого частным от деления амплитудного мгновенного напряжения на сетевых шинах 5 и 7 на количество ячеек каскадного делителя N. Когда мгновенное значение напряжения на сетевых шинах 5 и 7 равно максимальному (амплитудному), конденсаторы 4.1,4.N заряжаются до максимального значения напряжения через зарядные диоды 1.1,1.N. При этом ячейки каскадного делителя оказываются включенными последовательно между собой. После начала снижения напряжения от амплитудного значения диоды запираются, так как суммарное напряжение на последовательно включенных конденсаторах 4.1,4.N становится больше текущего значения напряжения на сетевых шинах 5 и 7. Транзисторы 10 и 14 при этом заперты, так как напряжение, прикладываемое к их базоэмиттерным переходам, имеет запирающую полярность. Ток, протекающий через резистор 11, образует запирающее напряжение на базоэмиттерном переходе транзистора 10. Выбором числа последовательно включенных диодов 3.(N-1) можно изменять величину запирающего напряжения. Далее сетевое напряжение на шинах 5 и 7 уменьшается и полярность его меняется на обратную. Однако транзисторы 10 и 14 остаются запертыми, так как полярность напряжения на базе транзистора 14 запирающая до тех пор, пока напряжение на сетевых шинах 5 и 7 не сравняется с напряжением на конденсаторе 4. N, то есть с напряжением на питающих входах 12 и 8 силового импульсного каскада 9. Когда напряжения сравняются, открываются базоэмиттерные переходы транзисторов 14 и 10 и базовый ток транзистора 10 протекает через открытый транзистор 14 от напряжения на конденсаторе 4.(N-1). Величина тока определяется резистором 13. Таким образом, базовый ток транзистора 10 создается не напряжением на сетевых шинах 5 и 7, а уменьшенным в N раз напряжением на конденсаторе 4.(N-1). Так как напряжение на этом конденсаторе не имеет плавной синусоидальной формы, а постоянно, то фронт напряжения, образующего базовый ток транзистора 10, может быть гораздо более крутым из-за того, что схемотехнически транзисторы 10 и 14 включены по схеме составного транзистора. Это определяет меньшее время включения транзистора 10, а, значит, и меньшую рассеиваемую им мощность на этапах переключения. После открывания транзистора 10 конденсаторы 4.1,4.N соединяются параллельно через выходные диоды 3.1,3.(N-1), коллекторно-эмиттерный переход транзистора 10 и разрядные диоды 2.1,2.(N-1). Так как конденсатор 4.N во время последовательного соединения конденсаторов разряжается на питающие входы 12 и 8 силового импульсного каскада 9, то на остальных конденсаторах 4.1,4. (N-1) к моменту их разряда будет большее напряжение и они разряжаются на подзаряд конденсатора 4.N и в нагрузку. На протяжении рассматриваемого этапа времени сетевое синусоидальное напряжение продолжает уменьшаться, проходя через минимум (то есть через максимум отрицательной полуволны синусоиды). После прохождения минимума напряжение сетевых шин 5 и 7 начинает увеличиваться, имея пока отрицательную полярность. Когда отрицательное напряжение сети, увеличиваясь, достигнет значения напряжения на входах 12 и 8 силового каскада 9, транзисторы 14 и 10 закроются, так как к их базоэмиттерным переходам приложится обратное напряжение. Конденсаторы 4.1,4.(N-1) оказываются отключенными от силового импульсного каскада 9, а конденсатор 4.N будет поддерживать неизменность напряжения на питающих входах 12 и 8 силового импульсного каскада 9. При этом выходные 3.1,3.(N-1) диоды и разрядные 2.1,2.(N-1) диоды запираются. Это состояние поддерживается неизменным до тех пор, пока сетевое напряжение не достигнет уровня положительного напряжения, равного сумме напряжений на последовательно включенных конденсаторах 4.1.4.N. После превышения напряжением сети указанного суммарного напряжения открываются зарядные диоды 1.1,1.(N-1) и конденсаторы 4.1,4.N начинаются заряжаться напряжением сети на протяжении этапа времени достижения максимума положительного значения напряжения сети. Далее процессы заряда и разряда конденсаторов продолжаются аналогично. Заряд конденсатора 4.N за время одного цикла работы, то есть за один период частоты переменного напряжения сети, происходит дважды. То есть, несмотря на однополупериодный режим работы конденсаторов 4.1,4.(N-1), конденсатор 4. N работает в квазидвухполупериодном режиме работы: первый этап его заряда осуществляется во время заряда группы последовательно включенных конденсаторов, а второй при разряде конденсаторов 4.1,4.(N-1) на силовой импульсный каскад 9 и конденсатор 4.N. Это способствует снижению пульсаций напряжения на питающих входах 12 и 8 и дает возможность использовать меньшие емкости конденсаторов. Наличие постоянного напряжения на питающих входах 12 и 8 обеспечивает работу силового импульсного каскада 9. Транзистор 15, управляемый блоком 16 управления, преобразует постоянное напряжение в импульсный ток коллектора, трансформируемый трансформатором 18 в нагрузку. Таким образом, в рассматриваемом устройстве управление выходным транзистором осуществляется от напряжения, меньшего, чем напряжение сети и с более крутыми фронтами включения. Это дает возможность повысить энергетическую эффективность работы устройства, снизить потребляемую мощность и повысить надежность работы преобразователя. Бестрансформаторный преобразователь по схеме фиг.2 работает следующим образом. Максимум амплитуды тока, протекающего через выходной транзистор, имеет место при его включении, когда конденсаторы 4.1,4.(N-1) разряжаются на частично разряженный конденсатор 4.N. Длительность импульса этого тока составляет обычно 2-5% от цикла включенного состояния транзистора 10. Ограничение амплитуды выполняет дроссель 19, индуктивность которого практически должна быть невелика. Для исключения режима непрерывных токов дросселя в переходных режимах включения, выключения или коммутации тока нагрузки используется блокирующий диод 20, обеспечивающий разряд тока, накопленного в индуктивности дросселя 19. Таким образом, введение дросселя 19 и диода 20 дает возможность ограничить ток через транзистор 10 и обеспечить отсутствие коммутационных перенапряжений на этом транзисторе при возникновении режима непрерывных токов дросселя 19, который может вызвать коммутационные перенапряжения на коллекторе транзистора 10. Бестрансформаторный преобразователь напряжения по схеме фиг.3 работает следующим образом. Форсирование тока базы транзистора 10 для уменьшения времени разряда конденсаторов 4.1,4.(N-1) на заряд конденсатора 4.N и уменьшения мощности, рассеиваемой этим транзистором на рассматриваемом этапе времени, требуется на сравнительно небольшом промежутке времени, как это было сказано выше. Остающийся гораздо более длительный интервал времени не требует большего тока базы транзистора 10. Поэтому формирование форсированного импульса тока базы осуществляется от заряженного конденсатора 21, емкость которого существенно меньше емкости конденсатора 4.(N-1). При открытом транзисторе 14, когда транзистор 10 открывается, начальный ток разряда конденсатора 21 обеспечивает форсирование базового тока транзистора 10, который затем по мере разряда конденсатора 21 снижается, уменьшаясь до нуля к концу интервала времени включенного состояния транзистора 10. Заряд конденсатора 21 происходит во время заряда последовательно включенных конденсаторов 4.1,4.N от сетевого напряжения на шинах 5 и 7. Остальные процессы работы схемы не отличаются от рассмотренных выше. Таким образом, введение форсирования базового тока транзистора 10 дает возможность ускорить процесс заряда конденсатора 4.N и снизить мощность, рассеиваемую этим транзистором во время коммутационных процессов. Следовательно, предложенное устройство позволяет повысить надежность работы бестрансформаторного преобразователя напряжения за счет упрощения схемы и уменьшения рассеиваемой элементами мощности.

Формула изобретения

1. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий N диодно-конденсаторных ячеек, каждая из которых, кроме N-й, состоит из зарядного, разрядного и выходного диодов и конденсатора, катод зарядного диода соединен с анодом выходного диода и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к катоду разрядного диода, причем катоды выходных диодов ячеек, кроме N-й, соединены с эмиттером выходного транзистора p-n-p-типа проводимости и с первым выводом запирающего резистора, анод зарядного диода первой ячейки подключен к первой сетевой шине и к первому выводу открывающего резистора, аноды зарядных диодов последующих ячеек соединены с катодами разрядных диодов предыдущих ячеек с первой по (N-1)-ю соответственно, аноды которых подключены к второй сетевой шине, к отрицательному питающему входу силового импульсного каскада и второму выводу конденсатора N-й ячейки, первый вывод которого соединен с положительным питающим входом силового импульсного каскада и с коллектором выходного транзистора, отличающийся тем, что второй вывод запирающего резистора подключен к коллектору выходного транзистора, соединенному с положительным питающим входом силового импульсного каскада, второй вывод открывающего резистора соединен с базой введенного вспомогательного транзистора p-n-p-типа проводимости, эмиттер которого подключен к базе выходного транзистора, а коллектор через коллекторный резистор к аноду зарядного диода N-й ячейки. 2. Преобразователь напряжения по п. 1, отличающийся тем, что указанное соединение коллектора выходного транзистора с положительным питающим входом силового импульсного каскада осуществлено через введенный дроссель, точка соединения которого с указанным входом присоединена к точке соединения первого вывода конденсатора и катода N-й ячейки. 3. Преобразователь напряжения по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что между коллектором выходного транзистора и отрицательным питающим входом силового импульсного каскада катодом и анодом соответственно включен блокирующий диод. 4. Преобразователь напряжения по пп. 1 3, отличающийся тем, что указанное подключение коллектора вспомогательного транзистора через коллекторный резистор к аноду зарядного диода N-й ячейки осуществлено через эмиттер-коллектор соответственно введенного формирующего транзистора p-n-p-типа проводимости, база которого подключена через базовый резистор к коллектору выходного транзистора, а эмиттер через введенный форсирующий конденсатор соединен с анодом выходного диода N-1-й ячейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

(PDF) Преобразователи среднего напряжения — Бестрансформаторные топологии — Обзор литературы

Схема управления

проверена в прототипе для использования в приводе среднего напряжения

.

C. Предварительная зарядка

Работа преобразователя зависит от того, что каждая ячейка имеет

энергии, достаточной для поддержания номинального постоянного напряжения. Таким образом,

до того, как преобразователь перейдет в нормальный режим работы, необходимо зарядить

элементов накопления энергии до заданного значения,

, что является первым этапом всей процедуры запуска [16].

можно разделить предварительную зарядку в два этапа: один

неконтролируемый, а другой требует схемы управления.

Неуправляемое может быть выполнено двумя способами: один

использует порт переменного тока, а другой использует порт постоянного тока. Для порта переменного тока

используются два трехфазных контактора и резисторы для ограничения пускового тока

. Недостатком является использование еще одного контактора среднего напряжения

и резистора среднего напряжения, которые становятся дорогостоящим решением

.Хотя порт постоянного тока использует шестиимпульсный выпрямитель

для генерации постоянного напряжения, если применить повышающий трансформатор

, можно ограничить пусковой ток с помощью низкого резистора напряжения

и более низкой стоимости по сравнению с портом переменного тока.

раствор.

В конце неуправляемой ступени напряжение конденсатора

ячейки составляет лишь половину номинального напряжения, по этой причине требуется еще одна ступень

с контролем. В конце первого этапа используется контур управления

для увеличения циркулирующего тока и

для увеличения напряжения элемента.

Во время всего этого процесса вспомогательный источник должен обеспечивать

накопленной энергии в конденсаторах и потери ячеек

источников.

Рисунок 5: Схема управления прототипом MMC

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пересмотр основных топологий приводит к выводу, что преобразователи

NPC можно считать основным среди многоуровневых топологий

, однако его использование с модернизированными двигателями

стало экономически невыгодным, в то время как преобразователи CHB

хорошо приняты .FC был ограничен сложностью control

и конденсаторной технологией.

Бестрансформаторная концепция появилась недавно и уже не очень хорошо

заявлено на рынке, некоторые сегменты промышленности могут иметь

улучшений за счет использования этой концепции. Поскольку основные топологии

не подходят для бестрансформаторных приводов, к этим преобразователям были применены последние топологии

, то есть ANPC и

MMC. Матричный преобразователь имеет ограниченное применение, потому что

технология двунаправленных переключателей еще не развита.

MMC — это новейшая топология, которая может быть хорошо принята

, поскольку она очень гибкая для работы с различными конфигурациями.

Конструкция прототипа позволит понять

этой новой топологии и ее применимость для бестрансформаторного преобразователя среднего напряжения

.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы выражают благодарность за вклад

профессору Марсело Л. Хельдвейну и докторанту Геану Дж.S

Майя из отдела электротехники Университета

Federal de Santa Catarina.

ССЫЛКИ

[1] Б. Хорват, «Как изолирующие трансформаторы в приводах среднего напряжения защищают изоляцию двигателя

», Отчет TM GE Automation Systems, Роанок, Вирджиния, апрель

26, 2004

[2] A Набаэ, И. Такахаши и Х. Акаги, «Новый инвертор

PWM с фиксацией нейтральной точки», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. ИА-17, вып. 5, pp. 518–

523, Sep.1981.

[3] Б.-С. Сух и др., «Многоуровневое преобразование мощности — обзор топологий

и стратегий модуляции» на Международной конференции по оптимизации электрического и электронного оборудования

, 1998 г., стр. AD-11-

AD-24

[4] М. Марчесони и др., «Нетрадиционный преобразователь мощности для стабилизации плазмы

», IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 5, pp. 212-

219, 1990.

[5] P. W.Хаммонд, «Новый подход к повышению качества электроэнергии для приводов переменного тока среднего напряжения

», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 33, нет. 1. С. 202–208,

Янв. / Февр. 1997.

[6] М. Малиновски и др., «Обзор каскадных многоуровневых инверторов»,

IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, стр. 2197-2206, июль

2010

[7] Т.А. Мейнард, Х. Фох. «Многоуровневое преобразование: высоковольтные прерыватели

и инверторы источника напряжения», Конференция IEEE-PESC’92

Запись, стр.397-403, 1992

[8] С. Куро и др., «Последние достижения и промышленное применение многоуровневых преобразователей

», IEEE Transactions on Industrial Electronics,

vol. 57, pp. 2553-2580, 2010.

[9] Х. Абу-Руб и др., «Многоуровневые преобразователи среднего напряжения: состояние дел

, проблемы и требования в промышленных приложениях», IEEE

Транзакции по промышленной электронике, т. 57, стр. 2581-2596, июль 2010 г.

[10] Махеш Свами (2008, август.) Явление тока подшипников двигателя,

Yaskawa Electric America Inc., [Online]. Доступно: www.yaskawa.com

[11] (2005, июнь) Явление тока подшипников двигателя и трехуровневый инвертор

Technology, Yaskawa Electric America Inc., [Online]. Доступно:

www.yaskawa.com

[12] IEEE Std 519-1992, «Рекомендуемые методы и требования IEEE

для управления гармониками в электроэнергетических системах», IEEE Std.

[13] P. Barbosa, et al., «Технология многоуровневого преобразователя

с активным нейтралью и фиксацией в точке (ANPC)», Европейская конференция по силовой электронике

и приложениям, 2005 г., стр. 10 с.-стр.10.

[14] М. Зигмановски, Б. Гжесик, Р. Налепа, «Емкость и индуктивность

Выбор модульного многоуровневого преобразователя», Power Electronics and

Applications (EPE), 15-я Европейская конференция, стр. 1-10 , Сентябрь 2013 г.

[15] Г. Дж. С. Майя, «Estudo de Conversores Modulares Multiníveis Uni- e

Bidirecionais», Dept.Eng .. Elétrica, Univ. Federal de Santa Catarina,

Флорианополис, 2014

[16] Я. Сюэ, З. Сю, Г. Тан, «Самостоятельный запуск с последовательной группировкой

Предварительная оплата для системы HVDC на основе C-MMC», IEEE Transactions on

Мощность выдачи, об. 29, pp. 187-198, No. 1, февраль 2014 г.

Электроника | Бесплатный полнотекстовый | Бестрансформаторные повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный с коммутируемой конденсаторной сетью

Рисунок 1.
Предлагаемые преобразователи постоянного тока в постоянный с тремя цепями коммутируемых конденсаторов (3-SCNC): ( a ) Тип 1, ( b ) Тип 2, ( c ) Тип 3 и ( d ) Тип 4.

Рисунок 1.
Предлагаемые преобразователи постоянного тока в постоянный с тремя цепями коммутируемых конденсаторов (3-SCNC): ( a ) Тип 1, ( b ) Тип 2, ( c ) Тип 3 и ( d ) Тип 4.

Рисунок 2.
Метод управления ШИМ для предлагаемого 3-SCNC типа 1 в CCM.

Рисунок 2.
Метод управления ШИМ для предлагаемого 3-SCNC типа 1 в CCM.

Рисунок 3.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 1.( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 3.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 1. ( a ) State 1, ( b ) State 2.

Рисунок 4.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 2. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 4.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 2. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 5.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 3. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 5.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 3. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 6.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 4. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 6.
Эквивалентные схемы предлагаемого 3-SCNC типа 4.( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 7.
Форма рабочего сигнала предлагаемых 3-SCNC в DCM.

Рисунок 7.
Форма рабочего сигнала предлагаемых 3-SCNC в DCM.

Рисунок 8.
Рабочий график предлагаемого 3-SCNC типа 1: ( a ) граничное условие CCM / DCM. ( b ) Коэффициент усиления по напряжению с разными K.

Рисунок 8.
Рабочий график предлагаемого 3-SCNC типа 1: ( a ) граничное условие CCM / DCM.( b ) Коэффициент усиления по напряжению с разными К.

Рисунок 9.
Упрощенная схема для паразитных компонентов. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 9.
Упрощенная схема для паразитных компонентов. ( a ) Состояние 1, ( b ) Состояние 2.

Рисунок 10.
Связь между коэффициентом сопротивления r L / R и коэффициентом усиления по напряжению G.

Рисунок 10.
Связь между коэффициентом сопротивления r L / R и коэффициентом усиления по напряжению G.

Рисунок 11.
Сравнение ( a ) усиления напряжения, ( b ) напряжения переключателя, ( c ) напряжения диода, ( d ) напряжения конденсатора.

Рисунок 11.
Сравнение ( a ) усиления напряжения, ( b ) напряжения переключателя, ( c ) напряжения диода, ( d ) напряжения конденсатора.

Рисунок 12.
Сравнение напряжений по напряжению и току предлагаемых 3-SCNC. ( a ) Напряжение конденсатора, ( b ) Напряжение тока и напряжение переключателя, ( c ) Напряжение напряжения диода, ( d ) Напряжение тока диода.

Рисунок 12.
Сравнение напряжений по напряжению и току предлагаемых 3-SCNC. ( a ) Напряжение конденсатора, ( b ) Напряжение тока и напряжение переключателя, ( c ) Напряжение напряжения диода, ( d ) Напряжение тока диода.

Рисунок 13.
Результаты моделирования предложенных 3-SCNC с V i = 36 В. ( a d ) Сверху вниз: конденсаторы C 1 -C 2 -C 3 напряжение, выходное напряжение входное напряжение, ток индуктора, напряжение переключателей S 1 -S 2 и напряжение диодов D 0 до D 4 .

Рисунок 13.
Результаты моделирования предложенных 3-SCNC с напряжением V и = 36 В.( a d ) Сверху вниз: конденсаторы C 1 -C 2 -C 3 напряжение, выходное напряжение, входное напряжение, ток индуктора, напряжение переключателей S 1 -S 2 , и напряжение диодов от D 0 до D 4 .

Рисунок 14.
ПИ-регулятор напряжения для предлагаемых 3-ТКЯ.

Рисунок 14.
ПИ-регулятор напряжения для предлагаемых 3-ТКЗ.

Рисунок 15.
Экспериментальные формы сигналов с V i = 72 В ( a , c , e ) и V i = 36 В ( b , d , f ). Сверху вниз: ( a , b ) входное напряжение, конденсаторы C 1 , C 2 , C 3 напряжение; ( c , d ) индуктор тока, переключатель S 1 -S 2 напряжение, диод D 1 напряжение; ( e , f ) диод D 2 -D 3 -D 4 -D 0 напряжение.

Рисунок 15.
Экспериментальные формы сигналов с V i = 72 В ( a , c , e ) и V i = 36 В ( b , d , f ). Сверху вниз: ( a , b ) входное напряжение, конденсаторы C 1 , C 2 , C 3 напряжение; ( c , d ) индуктор тока, переключатель S 1 -S 2 напряжение, диод D 1 напряжение; ( e , f ) диод D 2 -D 3 -D 4 -D 0 напряжение.

Рисунок 16.
Осциллограммы экспериментов в DCM. Сверху вниз: ( a ) входное напряжение, конденсаторы C 1 , C 2 , C 3 напряжение; ( b ) индуктор тока, переключатель S 1 -S 2 напряжение, диод D 1 напряжение; ( c ) диод D 2 -D 3 -D 4 -D 0 напряжение.

Рисунок 16.
Осциллограммы экспериментов в DCM. Сверху вниз: ( a ) входное напряжение, конденсаторы C 1 , C 2 , C 3 напряжение; ( b ) индуктор тока, переключатель S 1 -S 2 напряжение, диод D 1 напряжение; ( c ) диод D 2 -D 3 -D 4 -D 0 напряжение.

Рисунок 17.
Кратковременные результаты эксперимента. ( a ) Входное напряжение изменено. ( b ) Нагрузка изменена.

Рисунок 17.
Кратковременные результаты эксперимента. ( a ) Входное напряжение изменено. ( b ) Нагрузка изменена.

Рисунок 18.
КПД предложенных 3-ТНКП при различных выходных мощностях. ( a ) V i = 72 В, ( b ) V i = 36 В.

Рисунок 18.
КПД предложенных 3-ТНКП при различных выходных мощностях. ( a ) V i = 72 В, ( b ) V i = 36 V.

Таблица 1.
Сравнение предлагаемых 3-SCNC с другими преобразователями постоянного тока с высоким повышением напряжения.

Таблица 1.
Сравнение предлагаемых 3-SCNC и других преобразователей постоянного тока с высоким повышением напряжения.

3-ZNC [24] DIESC-SC [21] IESC-SC [29] SL / SC-ANC [30] SC / SL-SBC [31] 3-SCNC, тип 1 3-SCNC, тип 2 3-SCNC, тип 3 3-SCNC, тип 4
Ind. 4 2 3 3 2 1
Колпачок. 2 5 6 3 3 4
Диаметр / шв. 9/1 4/1 5/2 6/2 7/2 5/2
Всего 16 12 16 14 12
V S 1 / V i V S 2 / V i G 1 / (1 — D) 1 / (1 — D) 1 / (1 — D) D)
1 / (1 — D) 2
1 / (1 — D)
(1 + D) / (1 — D)
2D / (1 — 3D)
G / 2
G / 3 G / 3 G / 3
2G / 3
G / 3
2G / 3
V Dx / V i D / (1 — D), 1
2DG / (1 + D)
(1 + D) / (1 — D)
G
1 / (1 — D) 1 / (1 — D)
1 / (1 — D) 2
1
(2 + D) / (1 — D)
D / (1 — D)
G / 2
2D / (1 — 3D)
G / 3
2G / 3
G / 3
2 г / 3
г / 3
2 г / 3
G / 3
2G / 3
V Cy / V i (1 — D) / (1 + D)
G
1 / (1 — D)
D / (1 — D)
1 / (1 — D)
1 / (1 — D) 2
D / (1 — D) 2
(1 + D) / (1 — D) 2D / (1 — 3D)
G / 2
G / 3 G / 3
2DG / 3
G / 3
2G / 3
G / 3
(2 — 2D) G / 3
2G / 3
G (1 + D1 − D) 2 2 + D1 − D 2 + D (1 − D) 2 3 + 3D1 − D 2−2D1−3D 31−2D 31−2D 31−2D 31−2D
ΔI в Высокая Высокая Высокая Высокая Низкая Высокая Высокая Низкая Высокая Высокая

Таблица 2.
Напряжение и токи напряжений предлагаемых 3-SCNC.

Таблица 2.
Напряжение и токи напряжений предлагаемых 3-SCNC.

9 0697 G / 3

/ 3

Тип 1 Тип 2 Тип 3 Тип 4
V C 1 / V i G / 3 9069 G / 3 G / 3
V C 2 / V i G / 3 2DG / 3 2G / 3 (2 — 2D) / (1 — 2D)
V C 3 / V i G / 3 G / 3 G / 3 2G / 3
V S 1 V i G / 3 G / 3 G / 3 G / 3
V S 2 / V i G / 3 G / 3 G / 3 2G / 3 2G / 3
V D 0 / V i 2G / 3 2G / 3 G / 3
V D 1 / V i G / 3 G / 3 G / 3 G / 3
V D 2 D 90 / V i G / 3 G / 3 G / 3 G / 3
V D 3 / V i G / 3 G / 3 G / 3
V D 4 / V i G / 3 G / 3 2G / 3
I S 1 / I o (1 + D) / D (1 — 2D) (1 + D) / D (1 — 2D) (1 + D) / D (1 — 2D) (1 + D) / D (1 — 2D)
I S 2 / I o (1 + D) / D (1 — 2D) (1 + D) / D (1 — 2D) (1 + D) / D (1 — 2D) (1 + D) / D (1 — 2D)
I D 0 / I o 1 / D 1 / D 1 / D 1 / D
I D 1 / I

( 2 — D) / (1 — D) (1 — 2D) (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D) (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D ) (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D)
I D 2 / I o 1 / (1 — D) 1 / (1 — D) (2 — D) / D (1 — 2D) (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D)
I D 3 / I o (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D) (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D) (2 — D) / (1 — D) (1 — 2D) (2 — D) / D (1 — 2D)
I D 4 / I o 1 / (1 — D) 1 / (1 — D) 1 / (1 — D) 1 / (1 — D)

Таблица 3.
Параметры предлагаемых 3-SCNC.

Таблица 3.
Параметры предлагаемых 3-SCNC.

123

Параметр Значения
Входной источник постоянного тока 36 В – 72 В
Выходное напряжение 400 В
123 400

0,5 мГн
Конденсаторы C 1 , C 2 , C 3 7.5 мкФ / 350 В
C 0 45 мкФ / 450 В
Частота переключения 60 кГц

Схема цепи бестрансформаторного источника питания

Низкое напряжение генерации или сеть переменного тока 110 В, очень полезна и необходима в области электроники. Низкое напряжение постоянного тока, такое как 5В, 6В, 9В, 12В, используется в электронных схемах, светодиодных лампах, игрушках и многих предметах бытовой электроники. Обычно для их питания используются батареи, но их необходимо время от времени заменять, что нерентабельно, а также требует нашего времени и энергии.Таким образом, альтернативой является создание постоянного тока из сети переменного тока, для которой доступно множество адаптеров переменного тока в постоянный, но какие схемы они используют внутри?

Простой и прямой подход — использовать понижающий трансформатор для понижения переменного тока, но недостатки использования трансформатора состоят в том, что они дороги по стоимости, тяжелые по весу и большие по размеру. Мы уже рассмотрели этот тип преобразования переменного тока в постоянный с использованием трансформатора в этой статье «Схема зарядного устройства для сотового телефона».И да, мы также можем преобразовать переменный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения без использования трансформатора, это называется Бестрансформаторный источник питания . Основным компонентом цепи бестрансформаторного источника питания является конденсатор падения напряжения или конденсатор класса X, которые специально разработаны для сети переменного тока. Этот конденсатор с номиналом X подключается последовательно к фазной линии переменного тока для падения напряжения. Этот тип бестрансформаторного источника питания называется Capacitor Power Supply .

Конденсатор X-Rated

Как уже упоминалось, они подключены последовательно с фазной линией переменного тока для снижения напряжения, они доступны в номиналах 230 В, 400 В, 600 В переменного тока или выше.

Ниже приведена таблица выходного тока и выходного напряжения (без нагрузки) для различных номиналов конденсаторов X-класса:

Код конденсатора

Емкость конденсатора

Напряжение

Текущий

104к

0.1 мкФ

4 v

8 мА

334 тыс.

0,33 мкФ

10 в

22 мА

474 тыс.

0,47 мкФ

12 v

25 мА

684 тыс.

0,68 мкФ

18 v

100 мА

105 КБ

1 мкФ

24 в

40 мА

225 тыс.

2.2 мкФ

24 в

100 мА

Выбор конденсатора падения напряжения важен, он основан на реактивном сопротивлении конденсатора и величине потребляемого тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:

.

X = 1 / 2¶fC

X = реактивное сопротивление конденсатора

f = частота переменного тока

C = емкость конденсатора номиналом X

Мы использовали 474k означает 0.Конденсатор 47 мкФ и частота сети AV составляет 50 Гц, поэтому реактивное сопротивление X составляет:

.

X = 1/2 * 3,14 * 50 * 0,47 * 10 -6 = 6776 Ом (приблизительно)

Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:

I = V / X = 230/6775 = 34 мА

Вот как рассчитываются реактивное сопротивление и ток.

Описание цепей

Схема проста, конденсатор падения напряжения 0,47 мкФ подключен последовательно с фазной линией переменного тока, это неполяризованные конденсаторы, поэтому его можно подключать с любой стороны.Резистор 470 кОм подключен параллельно конденсатору для разряда накопленного в конденсаторе тока при отключении цепи, что предотвращает поражение электрическим током. Это сопротивление называется Сопротивление кровотечения .

Дополнительный мостовой выпрямитель (комбинация из 4 диодов) был использован для удаления отрицательной половины составляющей переменного тока. Этот процесс называется Rectification . Конденсатор 1000 мкФ / 50 В использовался для фильтрации , означает устранение пульсаций в результирующей волне.И, наконец, стабилитрон на 6,2 В / 1 Вт используется в качестве регулятора напряжения. Как мы знаем, эта схема обеспечивает прибл. На выходе 12 В (см. Таблицу выше), поэтому этот стабилитрон регулирует его до прибл. Напряжение 6,2 В и отток дополнительного тока. Другое значение стабилитрона также может использоваться для желаемого напряжения, такого как 5,1 В, 8 В и т. Д. Светодиод подключается для индикации и тестирования. R3 (100 Ом) используется как токоограничивающий резистор.

Используйте резистор номиналом 1 Вт или выше (5 Вт), особенно резистор R4.В противном случае через некоторое время он загорится. Обычно они толще обычного резистора. Ниже представлена ​​схема для разных типов резисторов:

Преимущества этого бестрансформаторного блока питания перед блоком питания на базе трансформатора заключаются в том, что: Он экономичен, легче и меньше.

Примечания

  • Делайте это на свой страх и риск, работать с сетью переменного тока без надлежащего опыта и мер предосторожности крайне опасно.Соблюдайте особую осторожность при построении этой схемы.
  • Не заменяйте конденсатор номиналом X на обычный конденсатор, иначе он лопнет.
  • Если требуется большее выходное напряжение и выходной ток, используйте конденсатор с номиналом X другого номинала в соответствии с таблицей.
  • Используйте только резистор номиналом 1 Вт или выше (5 Вт) и стабилитрон.
  • Предохранитель на 1 ампер можно также использовать перед конденсатором класса X, последовательно с фазной линией, в целях безопасности.
  • Стабилизатор напряжения

  • IC также может использоваться вместо стабилитрона для регулирования напряжения.

Почему этот адаптер питания бестрансформаторный?

Блок питания, который вы нашли в этом устройстве, относится к типу емкостных капельниц. (Подробнее в статье Википедии «Емкостный источник питания».)

Основная причина, по которой вы часто не видите этот тип блока питания, проста: это небезопасно . Это связано с тем, что одна ветвь источника питания переменного тока по необходимости должна быть подключена непосредственно к цепи. В идеале это должна быть нейтральная ветвь, но это трудно гарантировать — плохо подключенные розетки или неполяризованные вилки могут привести к тому, что часть цепи будет запитана из-за горячей ветви источника переменного тока.

Это емкостный капельный источник питания, как говорили другие, но я собираюсь немного иначе взглянуть на безопасность вещей …..

Если он встроен прямо в резак, то никакая часть резака или цепи зарядки не доступны без использования инструмента (например, аккумулятор, светодиоды, выключатель и т. вход для зарядки, то это нормально и совершенно безопасно. Проблема возникает только тогда, когда вы пытаетесь предоставить средства для подключения такого устройства к внешнему миру, например, для обеспечения, скажем, 10 мА или около того для непрерывной зарядки аккумулятора в аварийном фонаре, такого рода вещи являются очень и очень стандартными.

Зеленая штука — это резистор, в основном он предназначен для ограничения тока, потребляемого при быстрых выбросах, когда конденсатор не очень хорош, большая часть напряжения падает на конденсатор, поэтому рассеивается мало мощности, но коэффициент мощности ужасен .

Есть несколько мест, где расстояние до трещин выглядит немного подозрительно, но в остальном я видел гораздо хуже.

В большинстве стран требуется, чтобы устройства не проводили значительного тока между любым из выводов сетевого питания и любой открытой металлической поверхностью, даже при значительной разнице потенциалов (например.г. 1000 вольт) подается между выводами питания и этой поверхностью.

Устройства могут удовлетворить это требование тремя способами:

  1. Нет связи между устройствами, использующими электричество, и любой открытой металлической поверхностью.

  2. Для устройств, которым требуется совсем небольшое количество энергии, подключайте к сети только устройства, которые не будут пропускать большой ток ни при каких условиях. Такой подход может быть применим для ЖК-часов, требующих всего 10 мкА, но не может быть практичным для чего-то большего.

  3. Преобразуйте электричество в другую форму энергии, а затем преобразуйте ее обратно в электричество. Для случаев, требующих крайней изоляции, можно использовать двигатель с питанием от сети (который преобразует электричество в движущееся магнитное поле, которое затем вращает вал), подключенный через непроводящий вал к генератору (который использует вращающийся вал для генерации движущегося магнитного поля). поле, которое затем будет использоваться для производства электроэнергии). Трансформатор — более дешевая альтернатива, в которой отсутствуют два средних этапа преобразования, что позволяет избежать связанных с ними потерь преобразования.

Подход №1 — самый дешевый, когда он практичен. Подход №2 редко бывает практичным. Многие устройства не могут использовать №1 или №2, и поэтому реализуют №3. Трансформаторы — не единственный способ достичь №3, но они часто дешевле и практичнее, чем любая альтернатива.

Бестрансформаторный источник питания — от 220 В переменного тока до 9 В постоянного тока


Обзор: Бестрансформаторный источник питания

В этом проекте мы разработаем бестрансформаторный источник питания для слаботочных приложений .По сути, бестрансформаторный источник питания — это просто сеть делителей напряжения, которая принимает 220 В переменного тока в качестве входа и делит его на более низкое напряжение постоянного тока, которое мы хотим. Необходимое переменное напряжение выпрямляется через несколько диодов и регулируется до максимального напряжения. Ранее мы узнали о схеме преобразователя постоянного тока . Но теперь мы преобразуем AC в DC .

Бестрансформаторный блок питания

— это особенно недорогой продукт, в котором снимается стоимость трансформатора .Трансформаторы громоздкие и дорогие. Большинство электроприборов, используемых в нашей повседневной жизни, таких как светодиодные лампы, лампы, ноутбуки и зарядные устройства для аккумуляторов телефона , фен, игрушки и т. Д., Работают при более низком напряжении постоянного тока, например 5 В, 9 В, 12 В или 15 В. Таким образом, нам нужно снизить напряжение 220 В или 110 В переменного тока, чтобы снизить постоянный ток, не делая схему громоздкой и сохраняя размер печатной платы небольшого размера.

Для питания слаботочных логических схем и микропроцессорных схем идеальным решением является бестрансформаторный источник питания .


Спецификация

Ниже приведены компоненты, необходимые для создания этого проекта. Все компоненты можно легко приобрести на Amazon.

S.N. Компоненты Описание Количество
1 Резистор 470 Ом 2
2 Резистор 470 кОм 1
3 Конденсатор 0.47 мкФ, 450 В (электролитический конденсатор) 1
4 Конденсатор 470 мкФ, 25 В (электролитический конденсатор) 1
5 1N4007 Выпрямительный диод 2
6 1N4739A Выпрямительный диод 1

Соображения по конструкции

Существует два типа бестрансформаторных источников питания: емкостный, и резистивный, .Емкостный тип более эффективен по сравнению с резистивным типом из-за низкого тепловыделения и очень низких потерь мощности . Если для схемы требуется очень низкий ток несколько миллиампер , такой источник питания является идеальным решением.

Перед тем, как приступить к проектированию источника питания, нам необходимо рассмотреть некоторые конструктивные особенности . Если неполяризованный конденсатор и резистор включены последовательно с линией питания переменного тока, через резистор может поддерживаться постоянный ток.В этом случае реактивное сопротивление конденсатора должно быть больше сопротивления используемого резистора.

Ток, протекающий через резистор R, зависит от емкости конденсатора C. Чем больше Емкость , тем больше ток в цепи. Ток через конденсатор C зависит от его реактивного сопротивления (X) . Значение тока, проходящего через конденсатор с номиналом X, определяется как:

IRMS = VIN / X

Выбор конденсатора падения напряжения очень важен.он основан на реактивном сопротивлении конденсатора и величине отводимого тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:

.

Мы использовали конденсатор 0,47 мкФ, частота сети 50 Гц, поэтому реактивное сопротивление X составляет:

.
X = 1/2 3,14 50 0,47 10-6 = 6,77 кОм

Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:

I = V / X = 230/6775 = 34 мА


Цепь бестрансформаторного источника питания

В качестве входного напряжения мы использовали 220В, сеть переменного тока .Вы можете подключить предохранитель из соображений безопасности. Затем 220 В переменного тока выпрямляется через несколько диодов . В этой схеме мы использовали 2 диода 1N4007 в качестве полумостового выпрямителя . Обычно делители напряжения постоянного тока изготавливаются с парой резисторов. Вместе они определяют ток, протекающий по пути.

Мы использовали стабилитрон 9 В 1N4739A , чтобы ограничить напряжение до 9 В. Если вам нужно 5 В или 12 В или любое другое выходное напряжение, вам понадобится определенный стабилитрон в соответствии с номинальным напряжением.Вы можете использовать наш самодельный вольтметр для измерения выходного напряжения.

Мы смоделировали схему с помощью программного обеспечения Proteus . Смоделированное изображение показано ниже.

В чем разница между трансформаторным и бестрансформаторным ИБП?

Бестрансформаторные системы ИБП были впервые разработаны в 1990-х годах и предлагали ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами на основе трансформаторов с точки зрения более высокой эффективности, меньшего размера и веса, а также экономии средств.

Бестрансформаторные источники бесперебойного питания теперь широко распространены в центрах обработки данных и в небольших установках. Они представляют собой типичную технологию для наименьших номинальных мощностей (ниже 10 кВА) и доступны до 300 кВА в более высоком диапазоне. Линейка бестрансформаторных решений Riello UPS включает серии Sentryum, Multi Sentry и NextEnergy.

Доступные от 10 кВА и выше, трансформаторные ИБП по-прежнему популярны в промышленных процессах или установках, требующих гальванической развязки.

Трансформатор — это намотанный компонент, состоящий из обмоток вокруг сердечника с ламинатом из листового железа, который можно использовать для изменения уровней напряжения и обеспечения гальванической развязки.

Как работают ИБП с трансформатором и без трансформатора?

В традиционном ИБП на базе трансформатора мощность проходит через выпрямитель, инвертор и трансформатор на выход, а трансформатор используется для повышения уровней переменного напряжения, защиты ИБП от сбоев нагрузки и обеспечения гальванической развязки.

Бестрансформаторный ИБП работает таким же образом, за исключением одного ключевого различия. В нем используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), которые способны работать с высокими напряжениями, устраняя необходимость в повышающем трансформаторе после инвертора. Это повышает энергоэффективность бестрансформаторных источников бесперебойного питания.

Благодаря исследованиям и разработкам и технологическим усовершенствованиям, новейшие трансформаторные ИБП могут достичь такого же уровня эффективности, что и бестрансформаторные системы (95–96%), хотя последние по-прежнему имеют преимущество при более низких нагрузках.

Каковы преимущества ИБП на базе трансформатора?

Есть два основных преимущества ИБП на базе трансформатора. Во-первых, принято считать, что они более надежны — меньше точек отказа. Во-вторых, трансформатор обеспечивает гальваническую развязку, разделение входных и выходных источников питания, что защищает нагрузку от скачков напряжения, скачков напряжения или электрических помех.

ИБП

на базе трансформатора — это типичная технология для 100 кВА и выше, позволяющая достичь больших мощностей в кВт или обеспечить резервирование.

Основные преимущества ИБП на базе трансформатора:

  • Гальваническая развязка
  • Автономные блоки питания
  • Двойная защита нагрузки от постоянного напряжения
  • Обеспечивает более высокий ток короткого замыкания инвертора фаза-нейтраль, чем ток короткого замыкания фаза-фаза
  • Превосходная защита питания при проблемах с качеством электроэнергии
  • Повышенная надежность в отношении защиты от обратного хода

Каковы преимущества бестрансформаторного ИБП?

Очевидным преимуществом бестрансформаторного ИБП является отсутствие большого, громоздкого трансформатора, вырабатывающего тепло.Трансформаторы тоже дороги, поэтому их устранение снижает первоначальные капитальные затраты.

Основные преимущества ИБП Transformeless:

  • Физические: уменьшенный размер и вес (фактор для центров обработки данных с ограниченным пространством)
  • Эксплуатация: более высокая энергоэффективность (особенно при более низких нагрузках), более низкий уровень шума и меньше тепла
  • Стоимость: более низкие затраты на покупку, установку и эксплуатацию (т. Е. Требуется меньше кондиционирования воздуха)

Одним из основных недостатков бестрансформаторных систем ИБП является то, что они не могут устранить и изолировать внутренние неисправности, а также блок на основе трансформатора.

Решением этой проблемы является установка изолирующих трансформаторов, отражающих мощность трансформаторной системы, но это значительно увеличит стоимость и занимаемую площадь, а также создаст дополнительные точки отказа.

Еще одна проблема с бестрансформаторными источниками питания ИБП — это ограничения мощности. Для достижения большей мощности или избыточности необходимо параллельно подключить несколько бестрансформаторных модулей ИБП — чем больше модулей (и компонентов), тем выше вероятность отказа.

Дополнительная литература:

Бестрансформаторный инвертор с высоким повышением частоты для приложений модулей переменного тока с активной развязкой по мощности —

Государственный университет Аризоны

@article {eef5685411854e98b0eb6ecb65dea475,

title = «Бестрансформаторный инвертор с высоким повышением для приложений модулей переменного тока с активной развязкой по мощности

«, аннотация

= «В этой статье исследуется система преобразования мощности для однофазного бестрансформаторного модуля переменного тока. Неизолированный каскад постоянного тока с высоким коэффициентом усиления соединен с дважды заземленным динамическим инвертором постоянного тока для реализации топологии микроинвертора.Входной каскад повышения напряжения увеличивает напряжение одномодульного модуля до более высокого постоянного напряжения, обычно до 200 или 400 В, как требуется для следующего каскада инвертора. Он представляет собой гибрид концепции чередующихся повышающих и переключаемых конденсаторов, способный обеспечить высокий коэффициент усиления при одновременном поддержании пониженного напряжения и токовой нагрузки и, таким образом, снижения коммутационных потерь и потерь проводимости для большинства переключателей. Благодаря прямому подключению нейтрали сети к отрицательному фотоэлектрическому (PV) полюсу, дважды заземленный инвертор качания напряжения имеет преимущество нулевых синфазных токов заземления с емкостной связью, что очень важно для бестрансформаторных фотоэлектрических инверторов.Два звена постоянного тока инверторного каскада разделяют двухпроводную развязку по частоте с комбинацией более высокого значения среднего напряжения и относительно большой составляющей пульсаций 120 Гц — динамический подход с использованием звена постоянного тока. Благодаря алгоритму оптимизации, развязывающая емкость сводится к минимуму, что позволяет реализовать полностью пленочный конденсатор, удовлетворяя при этом рабочие ограничения преобразователя в широком диапазоне коэффициентов мощности. Моделирование, а также экспериментальные результаты прототипа оборудования на основе GaN подтверждают рабочие характеристики преобразователя.»,

ключевые слова =» Активная развязка мощности, преобразователь на основе GaN, инвертор с двойным заземлением, усиление с увеличенным коэффициентом заполнения (EDR), повышение с высоким коэффициентом усиления, микроинвертор, минимизированная емкость, интегрированный в модуль преобразователь мощности, бестрансформаторный фотоэлектрический инвертор » ,

author = «Джиния Рой и Инлай Ся и Раджа Айянар»,

note = «Информация о финансировании: рукопись получена 23 января 2018 г .; пересмотрено 28 апреля 2018 г. и 12 июня 2018 г .; принята к печати 2 июля 2018 г. Дата публикации 3 августа 2018 г .; дата текущей версии 28 декабря 2018.Эта работа была частично поддержана Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, а частично — Министерством энергетики США с Государственным университетом Северной Каролины, Институтом Power America, в рамках гранта DE-EE0006521.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *