PL221972B1 - Separowany prostownik napięć przemiennych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest separowany prostownik napięć przemiennych przeznaczony do budowy dowolnej ilości odseparowanych źródeł zasilania napięcia stałego.

W znanym z polskiego zgłoszenia wynalazku P 395962 układ izolowanego prostownika, wyjście ujemne stanowi dren drugiego tranzystora, a na wyjściu włączony jest kondensator filtrujący. Źródła tranzystorów połączone są z jednymi z końców uzwojeń wtórnych transformatorów sterujących. Wejście pierwsze połączone jest z anodą diody pierwszej i z początkiem uzwojenia pierwotnego transformatora pierwszego, którego początek uzwojenia wtórnego połączony jest ze źródłem tranzystora pierwszego. Wejście drugie połączone jest z katodą diody drugiej i z początkiem uzwojenia pierwotnego transformatora drugiego, którego początek uzwojenia wtórnego połączony jest z bramką tranzystora drugiego. Anoda diody pierwszej połączona jest z końcem uzwojenia pierwotnego transformatora drugiego, którego koniec uzwojenia wtórnego połączony jest ze źródłem tranzystora drugiego, a katoda diody drugiej połączona jest z końcem uzwojenia pierwotnego transformatora pierwszego, którego koniec uzwojenia wtórnego połączony jest z bramką tranzystora pierwszego. Katoda diody pierwszej połączona jest z anodą diody trzeciej i z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego, którego biegun ujemny połączony jest z anodą diody drugiej i z katodą diody czwartej. Katoda diody trzeciej połączona jest z drenem tranzystora pierwszego, a anoda diody czwartej połączona jest ze źródłem tranzystora drugiego. Moc każdego z transformatorów: pierwszego i drugiego nie przekracza 1 W.

Znany układ prostownika, chociaż umożliwia zamianę napięcia przemiennego na napięcie stałe odizolowane od źródła napięcia przemiennego, to jednak wymaga stosowania transformatorów sterujących ograniczających miniaturyzację układu prostownika oraz powodujących wzbudzanie zmiennego pola magnetycznego w otoczeniu układu, które może zakłócać inne urządzenia elektroniczne współpracujące z prostownikiem.

Istota separowanego prostownika napięć przemiennych według wynalazku polega na tym, że wejście pierwsze połączone jest z końcówką pierwszą szeregowo połączonych rezystorów: pierwszego, drugiego i trzeciego, których końcówka druga połączona jest z wejściem drugim. Wspólny węzeł rezystorów: pierwszego i drugiego połączony jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego i z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego. Wspólny węzeł rezystorów: drugiego i trzeciego połączony jest z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego. Emiter transoptora pierwszego połączony jest z bazą bipolarnego tranzystora pierwszego, a emiter transoptora drugiego połączony jest z bazą bipolarnego tranzystora drugiego. Kolektor transoptora pierwszego połączony jest z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego, a kolektor transoptora drugiego połączony jest z kolektorem bipolarnego tranzystora drugiego. Katoda diody trzeciej połączona jest z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego, a anoda diody czwartej połączona jest z emiterem bipolarnego tranzystora drugiego. Dopuszczalne napięcie kolektor-emiter tranzystorów bipolarnych: pierwszego i drugiego oraz transoptorów: pierwszego i drugiego jest, co najmniej dwukrotnie wyższe od amplitudy napięcia wejściowego. Dopuszczalne napięcia zaporowe diod: pierwszej, drugiej, trzeciej i czwartej są, co najmniej dwukrotnie wyższe od amplitudy napięcia wejściowego.

Separowany prostownik napięć przemiennych według wynalazku pozwala na odseparowanie wejścia zasilającego źródła napięcia przemiennego na jego wejściu, od napięcia wyprostowanego na jego wyjściu, bez generowania pól magnetycznych, występujących przy stosowaniu transformatorów. W przypadku prostowanych napięć z sieci elektroenergetycznych, zastosowanie tranzystorów bipolarnych i transoptorów o niskich prądach upływności kolektor-emiter w stanie wyłączenia oraz diod prostowniczych o małych prądach wstecznych, umożliwia uzyskanie separacji wejścia układu od jego wyjścia, na poziomie zapewniającym bezpieczeństwo przed porażeniem wysokim napięciem stałym, gdy prąd rażenia przepływa do ziemi. Dzięki odseparowaniu zakłóceń na wejściu prostownika od napięcia wyprostowanego na jego wyjściu, prostownik pełni funkcję filtra przepięć i eliminuje krótkotrwałe zaniki napięć. Nadto zastosowanie tranzystorów bipolarnych i transoptorów pozwoliło uzyskać układ o małych gabarytach i znacznie zmniejszyć koszty jego wykonania w porównaniu do gabarytów i kosztów wykonania znanych układów z transformatorami.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy separowanego prostownika napięć przemiennych.

Wejście pierwsze 1 układu według wynalazku połączone jest z anodą diody pierwszej D1 i z końcówką pierwszą szeregowo połączonych rezystorów: pierwszego R1, drugiego R2 i trzeciego R3.

PL 221 972 B1

Wspólny węzeł rezystorów: pierwszego R1 i drugiego R2 połączony jest z katodami diod elektroluminescencyjnych transoptorów: pierwszego Op1 i drugiego Op2, których emitery połączone są z bazami bipolarnych tranzystorów: emiter transoptora pierwszego Op1 z bazą bipolarnego tranzystora pierwszego T1, a emiter transoptora drugiego Op2 z bazą bipolarnego tranzystora drugiego T2. Wejście drugie 2 połączone jest z katodą diody drugiej D2 i z końcówką drugą szeregowo połączonych rezystorów: pierwszego R1, drugiego R2 i trzeciego R3. Wspólny węzeł rezystorów: drugiego R2 i trzeciego R3 połączony jest z anodami diod elektroluminescencyjnych transoptorów: pierwszego Op1 i drugiego Op2, których kolektory połączone są z kolektorami bipolarnych tranzystorów: kolektor transoptora pierwszego Op1 z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego T1, a kolektor transoptora drugiego Op2 z kolektorem bipolarnego tranzystora drugiego T2. Katoda diody pierwszej D1 połączona jest z anodą diody trzeciej D3 i z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego C1, którego biegun ujemny połączony jest z anodą diody drugiej D2 i z katodą diody czwartej D4. Katoda diody trzeciej D3 połączona jest z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego T1, a anoda diody czwartej D4 połączona jest z emiterem bipolarnego tranzystora drugiego T2. Emiter bipolarnego tranzystora pierwszego T1 połączony jest z biegunem dodatnim kondensatora drugiego C2 i z wyjściem dodatnim Us układu izolowanego prostownika według wynalazku. Kolektor bipolarnego tranzystora drugiego T2 połączony jest z biegunem ujemnym kondensatora drugiego C2 i z wyjściem ujemnym Us układu.

W pierwszym półcyklu zasilającego napięcia przemiennego, dla dodatniego półokresu napięcia na wejściu pierwszym 1 i ujemnego napięcia na wejściu drugim 2, prąd z wejścia Uz układu według wynalazku, ładuje kondensator pierwszy C1 poprzez diody prostownicze: pierwszą D1 i drugą D2. Wyprostowane napięcie stałe na kondensatorze pierwszym C1 poprzez diody: trzecią D3 i czwartą D4 zasila wejścia kluczy tranzystorowych: kolektor bipolarnego tranzystora pierwszego T1 i emiter bipolarnego tranzystora drugiego T2. Tranzystory w pierwszym półcyklu są wyłączone zapewniając izolację wyjść kluczy od wejścia układu Uz. Wyjścia kluczy tranzystorowych: emiter bipolarnego tranzystora pierwszego T1 i kolektor bipolarnego tranzystora drugiego T2, stanowią również wyjście układu Us, które poprzez to, również w pierwszym półcyklu napięcia zasilającego jest odseparowane od kondensatora pierwszego C1 i wejścia Uz układu według wynalazku.

W drugim półcyklu zasilającego napięcia przemiennego, na wejściu pierwszym 1 jest napięcie ujemne, a na wejściu drugim 2 jest napięcie dodatnie, co sprawia wyłączenie diod: pierwszej D1 i drugiej D2 oraz separację kondensatora pierwszego C1 od wejścia Uz układu. Kondensator pierwszy C1 w drugim półcyklu nie jest ładowany. Prąd płynie poprzez szeregowo połączone rezystory: pierwszy R1, drugi R2 i trzeci R3 powodując spadek napięcia na rezystorze drugim R2. Zredukowane napięcie na rezystorze drugim R2, w drugim półcyklu zasilającego napięcia przemiennego zasila diody elektroluminescencyjne transoptorów: pierwszego Op1 i drugiego Op2, w kierunku przewodzenia powodując ich świecenie. Świecenie diod transoptorów: pierwszego Op1 i drugiego Op2 powoduje załączenie tranzystorów transoptorów pierwszego Op1 i drugiego Op2. Załączony tranzystor transoptora pierwszego Op1 zaczyna przewodzić prąd płynący od katody diody D3 poprzez tranzystor transoptora pierwszego Op1 do bazy bipolarnego tranzystora pierwszego T1 i dalej po przejściu przez bazę do emitera bipolarnego tranzystora pierwszego T1 i do wyjścia dodatniego Us układu. Przepływ prądu przez bazę bipolarnego tranzystora pierwszego T1 powoduje jego załączenie. Analogicznie załączony tranzystor transoptora drugiego Op2 zaczyna przewodzić prąd płynący z wyjścia ujemnego Uz do kolektora bipolarnego tranzystora drugiego T2 poprzez tranzystor transoptora drugiego Op2 do bazy bipolarnego tranzystora drugiego T2 i dalej po przejściu przez bazę do emitera bipolarnego tranzystora drugiego T2 i do anody diody czwartej D4. Przepływ prądu przez bazę bipolarnego tranzystora drugiego T2 powoduje jego załączenie. Wówczas bipolarne tranzystory pierwszy T1 i drugi T2 zaczynają przewodzić prąd płynący z kondensatora pierwszego C1 poprzez diody: trzecią D3 i czwartą D4 do kondensatora filtrującego drugiego C2 i do wyjścia Us układu prostownika. Separacja wyjścia Us z wejściem Uz realizowana jest w drugim półcyklu na spolaryzowanych zaporowo diodach pierwszej D1 i drugiej D2. Diody trzecia D3 i czwarta D4 dodatkowo zabezpieczają wyjście Us układu przed niepożądanym kierunkiem przepływu prądu i uszkodzeniem układu. Po zakończeniu drugiego półcyklu zasilania wejścia Uz układu według wynalazku cały cykl się powtarza.

Dopuszczalne napięcie kolektor-emiter bipolarnych tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2 oraz transoptorów: pierwszego Op1 oraz drugiego Op2 jest, co najmniej dwukrotnie wyższe od amplitudy napięcia wejściowego Uz. Napięcia zaporowe diod: pierwszej D1, drugiej D2, trzeciej D3 i czwartej D4 są, co najmniej dwukrotnie wyższe od amplitudy napięcia wejściowego Uz.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Separowany prostownik napięć przemiennych, w którym wejście pierwsze połączone jest z anodą diody pierwszej, a wejście drugie połączone jest z katodą diody drugiej, przy czym katoda diody pierwszej połączona jest z anodą diody trzeciej i z biegunem dodatnim kondensatora pierwszego, którego biegun ujemny połączony jest z anodą diody drugiej i z katodą diody czwartej, a na wyjściu włączony jest kondensator filtrujący, znamienny tym, że wejście pierwsze (1) połączone jest z końcówką pierwszą szeregowo połączonych rezystorów: pierwszego (R1), drugiego (R2) i trzeciego (R3), których końcówka druga połączona jest z wejściem drugim (2), wspólny węzeł rezystorów: pierwszego (R1) i drugiego (R2) połączony jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego (Op1) i z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego (Op2), a wspólny węzeł rezystorów: drugiego (R2) i trzeciego (R3) połączony jest z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego (Op1) i z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego (Op2), emiter transoptora pierwszego (Op1) połączony jest z bazą bipolarnego tranzystora pierwszego (T1), a emiter transoptora drugiego (Op2) połączony jest z bazą bipolarnego tranzystora drugiego (T2), zaś kolektor transoptora pierwszego (Op1) połączony jest z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego (T1), a kolektor transoptora drugiego (Op2) połączony jest z kolektorem bipolarnego tranzystora drugiego (T2), katoda diody trzeciej (D3) połączona jest z kolektorem bipolarnego tranzystora pierwszego (T1), a anoda diody czwartej (D4) połączona jest z emiterem bipolarnego tranzystora drugiego (T2), przy czym dopuszczalne napięcie kolektor-emiter tranzystorów bipolarnych: pierwszego (T1) i drugiego (T2) oraz transoptorów: pierwszego (Op1) i drugiego (Op2) jest, co najmniej dwukrotnie wyższe od amplitudy napięcia wejściowego (Uz), a dopuszczalne napięcia zaporowe diod: pierwszej (D1), drugiej (D2), trzeciej (D3) i czwartej (D4) jest co najmniej dwukrotnie wyższe od amplitudy napięcia wejściowego (Uz).