RU2138113C1 - Secondary power supply - Google Patents
Secondary power supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2138113C1 RU2138113C1 RU98104664A RU98104664A RU2138113C1 RU 2138113 C1 RU2138113 C1 RU 2138113C1 RU 98104664 A RU98104664 A RU 98104664A RU 98104664 A RU98104664 A RU 98104664A RU 2138113 C1 RU2138113 C1 RU 2138113C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- voltage
- transistor
- input
- capacitor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям переменного (входного) напряжения в постоянное (выходное), которые обеспечивают снижение величины выходного напряжения по отношению ко входному. The invention relates to electrical engineering, namely to converters of alternating (input) voltage to constant (output), which provide a reduction in the magnitude of the output voltage relative to the input.
Известны источники вторичного электропитания, у которых переменное напряжение сети выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсаторным фильтром (Сергеев Б. С. Анализ ИВЭП с конденсаторным снижением напряжения // Техника средств связи. Сер. Средства вторичного электропитания. М.: ВНИИ Эталон.- 1992, вып. 2.- С. 10, рис.1, а). Недостатком таких источников питания является невысокая стабильность выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки и входного напряжения. There are known sources of secondary power supply, in which the alternating voltage of the network is rectified by a diode bridge and smoothed by a capacitor filter (Sergeev B.S. Analysis of IEPP with capacitor voltage reduction // Communication equipment. Ser. Means of secondary power supply. M .: VNII Etalon.- 1992, issue 2.- S. 10, Fig. 1, a). The disadvantage of such power sources is the low stability of the output voltage when changing the load resistance and input voltage.
Повышение стабильности выходного напряжения обеспечивается при использовании источников вторичного электропитания с включением на выходе стабилитрона (Сергеев Б.С. Исследование возможности применения конденсаторных ИВЭП // Электросвязь.- 1994, N6.- С.25, рис. 1, а). Однако энергетическая эффективность, то есть КПД, подобных устройств невелики из-за высокой мощности рассеиваемой стабилитроном при больших сопротивлениях нагрузки, то есть при малых мощностях нагрузки. Improving the stability of the output voltage is provided by using sources of secondary power supply with the inclusion of a zener diode (Sergeev BS Study of the possibility of using capacitor IVEP // Elektrosvyaz.- 1994, N6.- P.25, Fig. 1, a). However, the energy efficiency, that is, the efficiency, of such devices is small due to the high power dissipated by the zener diode at high load resistances, that is, at low load capacities.
Более высоким КПД обладают известные устройства, у которых введен диод, стабилитрон и тиристор, включающийся при достижении выходного напряжения заданного уровня и шунтирующий выход диодного моста (Сергеев Б.С. Исследование возможности применения конденсаторных ИВЭП // Электросвязь.- 1994, N 6.- С. 25, рис. 1, б). Недостатком такого источника вторичного электропитания является наличие больших импульсных токов, протекающих с выхода диодного моста через тиристор при его включении. Это обусловлено тем, что включение тиристора происходит в моменты времени наличия напряжения на выходе диодного моста. Known devices have a higher efficiency, in which a diode, a zener diode and a thyristor are introduced, which turns on when the output voltage reaches the specified level and shunts the output of the diode bridge (Sergeyev B.S. S. 25, Fig. 1, b). The disadvantage of this secondary power supply is the presence of large pulsed currents flowing from the output of the diode bridge through the thyristor when it is turned on. This is due to the fact that the thyristor is turned on at times when voltage is present at the output of the diode bridge.
Известны также источники вторичного электропитания с применением в схемах управления логических интегральных схем (ИС), в том числе и КМОП (Кадель В. И. Силовые электронные системы автономных объектов.- М.: Радио и связь. 1990.- С. 178, рис. 5.26). Secondary power sources are also known using logical integrated circuits (IS) in control circuits, including CMOS (V. Kadel. Power electronic systems of autonomous objects. - M.: Radio and communications. 1990.- P. 178, fig. . 5.26).
Наиболее близким по схемотехнике и сущности происходящих процессов является источник вторичного электропитания, у которого в значительной степени уменьшены импульсные токи за счет того, что тиристор включается в моменты времени наличия достаточно малого значения напряжения на выходе диодного моста (Сергеев Б.С. Предельные возможности применения конденсаторных источников вторичного электропитания // Электросвязь.- 1996, N 2. 1996. С. 40, рис. 5 - прототип). The closest to the circuitry and the nature of the processes is the secondary power source, which has significantly reduced impulse currents due to the fact that the thyristor turns on at times when there is a sufficiently small voltage value at the output of the diode bridge (Sergeev B.S. Limit possibilities of using capacitor sources of secondary power supply // Electrosvyaz.- 1996, N 2. 1996. P. 40, Fig. 5 - prototype).
Это устройство обладает следующими недостатками. В схеме применен тиристор, включение которого невозможно при малых напряжениях на его электродах анод-катод, вследствие чего невозможно полное исключение импульсных токов. Использование в источнике вторичного электропитания тиристора и биполярного транзистора затрудняет реализацию схемы в интегральном виде из-за несовместимых технологических операций полупроводниковой технологии современных наиболее дешевых и распространенных КМОП ИС с тиристорами, или, в частности, с биполярными транзисторами. This device has the following disadvantages. The thyristor is used in the circuit, the inclusion of which is impossible at low voltages at its electrodes, the anode-cathode, as a result of which it is impossible to completely exclude the pulse currents. The use of a thyristor and a bipolar transistor in the secondary power source makes it difficult to integrate the circuit due to incompatible technological operations of the semiconductor technology of the modern cheapest and most common CMOS ICs with thyristors, or, in particular, with bipolar transistors.
Целью изобретения является устранение этих недостатков, а именно полное исключение импульсных токов на выходе диодного моста и использование однотипных полупроводниковых элементов, например, типа полевых транзисторов и КМОП ИС. The aim of the invention is to eliminate these disadvantages, namely the complete elimination of pulsed currents at the output of the diode bridge and the use of the same type of semiconductor elements, for example, type field-effect transistors and CMOS ICs.
Указанная цель достигается тем, что выход диодного моста шунтируется полевым или биполярным транзистором, открывание которого не зависит от уровня напряжения на его силовых электродах. При этом, так как включение транзистора будет происходить даже при нулевом уровне напряжения на выходе диодного моста, то импульсные токи через него будут исключены полностью. Формирование сигнала на включение транзистора осуществляется при достаточно малом мгновенном значении напряжения на выходе диодного моста. Кроме того, для того, чтобы иметь возможность выполнить предлагаемую схему в виде монолитной ИС, в устройстве использованы логические элементы. Если использовать в качестве их логических КМОП ИС, то транзистор, для однотипности технологических процессов изготовления, наиболее целесообразно выполнить полевым. Аналогичные рассуждения можно распространить и на биполярные полупроводниковые элементы. This goal is achieved by the fact that the output of the diode bridge is shunted by a field or bipolar transistor, the opening of which is independent of the voltage level at its power electrodes. Moreover, since the switching on of the transistor will occur even at a zero voltage level at the output of the diode bridge, the pulse currents through it will be completely excluded. The formation of the signal to turn on the transistor is carried out at a sufficiently small instantaneous value of the voltage at the output of the diode bridge. In addition, in order to be able to perform the proposed scheme in the form of a monolithic IP, the device uses logic elements. If you use ICs as their logical CMOS, then the transistor, for the same type of manufacturing processes, is most expedient to perform field. Similar considerations can be extended to bipolar semiconductor elements.
На чертеже приведена схема источника вторичного электропитания. Источник содержит диодный мост 1, входные выводы которого через последовательно включенный первый конденсатор 2 подключены к сети переменного напряжения 3. Положительный выходной вывод моста 1 подключен к аноду диода 4, к первому силовому электроду транзистора 5 и к первому выводу первого резистора 6. Отрицательный выходной вывод моста 1 соединен с первым выводом второго резистора 7, анодом стабилитрона 8, вторым силовым электродом транзистора 5, общим выводом делителя напряжения 9, первым выводом второго конденсатора 10 и с отрицательным выходом 11 источника вторичного электропитания, положительный выход 12 которого подключен ко второму выводу второго конденсатора 10, входу делителя напряжения 9 и к катоду диода 4. Вторые выводы первого 6 и второго 7 резисторов соединены с катодом стабилитрона 8 и с первым входом логического инвертора 13 типа ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к "R" входу RS-триггера 14 и инверсному выходу компаратора 15. Выход инвертора 13 соединен с "S" входом триггера 14, прямой выход которого подключен к управляющему электроду транзистора 5. Управляющий вход компаратора 15 соединен с выходом делителя напряжения 5. The drawing shows a diagram of a secondary power source. The source contains a diode bridge 1, the input terminals of which are connected through a series-connected first capacitor 2 to an alternating voltage network 3. The positive output terminal of bridge 1 is connected to the anode of diode 4, to the first power electrode of transistor 5 and to the first terminal of the first resistor 6. Negative output terminal bridge 1 is connected to the first output of the second resistor 7, the anode of the zener diode 8, the second power electrode of the transistor 5, the common output of the voltage divider 9, the first output of the second capacitor 10 and with a negative output house 11 of the secondary power source, the positive output 12 of which is connected to the second terminal of the second capacitor 10, the input of the voltage divider 9 and the cathode of the diode 4. The second terminals of the first 6 and second 7 resistors are connected to the cathode of the zener diode 8 and to the first input of the logical inverter 13 type OR -NOT, the second input of which is connected to the "R" input of the RS flip-flop 14 and the inverse output of the comparator 15. The output of the inverter 13 is connected to the "S" input of the trigger 14, the direct output of which is connected to the control electrode of the transistor 5. The control input is compa Ora 15 is connected to the output of the voltage divider 5.
Источник вторичного электропитания работает следующим образом. На вход 3 устройства подается синусоидальное переменное напряжение. Переменный ток, ограничиваемый первым конденсатором 2, выпрямляется диодным мостом 1 и через диод 4 поступает на выходные выводы 12,11 и на подзаряд второго конденсатора 10, осуществляющего сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. При наличии нагрузки на выводах 12, Ни при неработающей схеме предложенного устройства выходное напряжение источника вторичного электропитания зависит от сопротивления нагрузки. При увеличении сопротивления нагрузки оно возрастает, при уменьшении - падает. The secondary power source operates as follows. Input 3 of the device is supplied with a sinusoidal alternating voltage. The alternating current limited by the first capacitor 2 is rectified by the diode bridge 1 and, through the diode 4, is supplied to the output terminals 12.11 and to recharge the second capacitor 10, which smooths out the ripple of the rectified voltage. If there is a load at the terminals 12, None with the idle circuit of the proposed device, the output voltage of the secondary power source depends on the load resistance. With an increase in load resistance, it increases, with a decrease, it decreases.
Функция предложенного устройства заключается в том, чтобы шунтировать транзистором 5 выход диодного моста 1 в моменты времени когда выходное напряжение на выводах 11, 12 увеличивается свыше заданного уровня, который задается опорным напряжением Uоп компаратора 15.The function of the proposed device is to shunt the transistor 5 output of the diode bridge 1 at times when the output voltage at the terminals 11, 12 increases above a predetermined level, which is set by the reference voltage U op comparator 15.
Стабилитроном 8 формируется напряжение для управления транзистором 5. В моменты, когда синусоида сетевого напряжения на входе 3 проходит через нуль, напряжение на входе инвертора 13 кратковременно становится равным нулю. Если напряжение на выводах 11, 12 велико по сравнению с напряжением стабилизации стабилитрона 8, то длительность нулевого импульса на входе инвертора 13, или единичного импульса на его выходе, мала. Для обеспечения нулевого уровня входного сигнала на входе инвертора 13 при запертом стабилитроне 8 (когда напряжение мало) служит второй резистор 7. Резистор 6 служит для задания нормированного значения тока через стабилитрон 8. Zener diode 8 generates a voltage to control the transistor 5. At times when the sine wave of the mains voltage at input 3 passes through zero, the voltage at the input of the inverter 13 briefly becomes zero. If the voltage at the terminals 11, 12 is large compared to the stabilization voltage of the zener diode 8, then the duration of the zero pulse at the input of the inverter 13, or a single pulse at its output, is small. To ensure a zero level of the input signal at the input of the inverter 13 when the zener diode 8 is locked (when the voltage is low), the second resistor 7 is used. Resistor 6 is used to set the normalized current value through the zener diode 8.
При отсутствии на втором входе инвертора 13 единичного импульса, появляющийся на выходе инвертора 13 кратковременный единичный импульс подается на "S" вход триггера 14, что переключает последний в такое положение, что на его прямом выходе появляется единичный сигнал, открывающий транзистор 5. На схеме показан полевой транзистор, однако, принципиально здесь может использоваться также и биполярный транзистор, входная цепь которого может быть согласована с выходом триггера 14 при помощи известных схемотехнических решений. If there is no single pulse at the second input of the inverter 13, a short-term single pulse appearing at the output of the inverter 13 is fed to the "S" input of the trigger 14, which switches the latter to such a position that a single signal appears on its direct output, opening the transistor 5. The diagram shows a field effect transistor, however, in principle, a bipolar transistor can also be used here, the input circuit of which can be matched to the output of the trigger 14 using known circuitry solutions.
Открывающийся транзистор 5 шунтирует выход диодного моста 1, чем нагрузка на выводах 11, 12 отключается от источника тока, и на этом интервале времени напряжение на нагрузке уменьшается за счет разряда второго конденсатора 10. Изменения напряжения на выходе источника вторичного электропитания через делитель напряжения 9 передаются на управляющий вход компаратора 15. Если выходное напряжение источника питания (выводы 11, 12) выше нормы задаваемой напряжением Uоп компаратора 15, то на его выходе будет нулевой сигнал, который не изменяет положение триггера 14 относительно рассматриваемого. Как только напряжение на выходе источника снизится до уровня Uоп компаратора 15, последний переключится и на его выходе появится единичный уровень сигнала. Это приведет к переключению триггера 14 в другое состояние, вследствие чего на его прямом выходе сигнал сменится с единичного на нулевой, что приведет к запиранию транзистора 5.The opening transistor 5 shunts the output of the diode bridge 1, by which the load at the terminals 11, 12 is disconnected from the current source, and at this time interval the voltage at the load decreases due to the discharge of the second capacitor 10. Changes in the voltage at the output of the secondary power source through voltage divider 9 are transmitted to the control input of the comparator 15. If the output voltage of the power supply (terminals 11, 12) defined above the normal voltage U op comparator 15, its output signal will be zero, which does not change position rigger 14 with respect to the reporting. As soon as the voltage at the source output decreases to the level U op of the comparator 15, the latter switches and a single signal level appears at its output. This will lead to the switching of the trigger 14 to another state, as a result of which at its direct output the signal will change from a single to a zero, which will lead to the blocking of the transistor 5.
Конденсатор 10 начнет заряжаться от тока с выхода диодного моста 1 и напряжение на нагрузке (выводы 11, 12) будет увеличиваться. Для того, чтобы исключить включение транзистора 5 в ненадлежащие моменты времени при появлении коротких импульсов с выхода инвертора 13 служит связь с выхода компаратора 15 со вторым входом инвертора 13. В этом случае, если выходное напряжение составляет такую величину, при которой необходимо иметь запертое состояние транзистора 5, импульсами нулевого уровня, поступающими со стабилитрона 8, переключения выхода инвертора 13 в единичное состояние не происходит, и не происходит последующего переключения триггера 14 и последующего открывания транзистора 5. The capacitor 10 will begin to be charged from the current from the output of the diode bridge 1 and the voltage across the load (terminals 11, 12) will increase. In order to exclude the inclusion of the transistor 5 at inappropriate times when short pulses appear from the output of the inverter 13, a connection is made from the output of the comparator 15 to the second input of the inverter 13. In this case, if the output voltage is such that it is necessary to have a locked state of the transistor 5, pulses of the zero level coming from the zener diode 8, switching the output of the inverter 13 to a single state does not occur, and there is no subsequent switching of the trigger 14 and the subsequent opening of the tra nzistor 5.
Вместе с этим, включение транзистора 5 в надлежащие моменты времени происходит только в моменты времени, когда поступит нулевой импульс со стабилитрона 8 при одновременном отсутствии единичного импульса с выхода компаратора 15. At the same time, the inclusion of the transistor 5 at appropriate times occurs only at times when a zero pulse arrives from the zener diode 8 with the simultaneous absence of a single pulse from the output of the comparator 15.
Таким образом, включение транзистора 5 происходит только при отсутствии мгновенного значения напряжения на выходе диодного моста 1, то есть при переходе синусоиды переменного напряжения сети 3 через нуль. Выключение транзистора 5 происходит в любой момент времени - при наличии или отсутствии напряжения синусоиды напряжения сети 3, и определяется только напряжением Uоп компаратора 15.Thus, the inclusion of the transistor 5 occurs only in the absence of an instantaneous voltage value at the output of the diode bridge 1, that is, when the sine wave of the alternating voltage of the network 3 passes through zero. The transistor 5 turns off at any moment of time - in the presence or absence of a voltage sine wave voltage of the network 3, and is determined only by the voltage U op comparator 15.
Следовательно, с одной стороны в устройстве исключаются импульсные токи через транзистор 5, с другой - быстродействие схемы сравнительно велико, так как моменты выключения транзистора 5 не определяются периодом (или полупериодом) частоты переменного напряжения сети 3, а зависит только от порогов срабатывания компаратора 15. В частном случае вместо традиционного компаратора аналоговых напряжений 15 может быть использован логический инвертор или последовательное включение нескольких из них (например, КМОП), питание которых должно производиться от источника стабильного напряжения. Тогда порог срабатывания такого "компаратора" будет примерно равен половине напряжения питания инвертора и регулирование выходного напряжения источника вторичного электропитания должно осуществляться изменением коэффициента деления делителя напряжения 9. Разумеется, точность поддержания напряжения на выходах 11, 12 источника вторичного электропитания будет ниже, чем при использовании традиционного компаратора. Однако во многих практических случаях подобной точности вполне достаточно. Другим вариантом замены аналогового компаратора может служить использование КМОП ИС триггера Шмитта. Therefore, on the one hand, pulsed currents through the transistor 5 are eliminated in the device, and on the other hand, the circuit speed is relatively high, since the turning off times of the transistor 5 are not determined by the period (or half period) of the frequency of the AC voltage of the network 3, but depends only on the thresholds of the comparator 15. In the particular case, instead of the traditional analog voltage comparator 15, a logical inverter or a series connection of several of them (for example, CMOS) can be used, the power of which should be produced sya stable voltage from the source. Then the threshold of operation of such a “comparator” will be approximately equal to half the supply voltage of the inverter and the output voltage of the secondary power supply should be regulated by changing the division ratio of the voltage divider 9. Of course, the accuracy of maintaining the voltage at the outputs 11, 12 of the secondary power supply will be lower than when using the traditional comparator. However, in many practical cases, such accuracy is sufficient. Another option for replacing an analog comparator is to use a CMOS Schmitt trigger IC.
Применение предложенного устройства позволяет повысить надежность его работы так как исключаются импульсные токи через транзистор 5 и диодный мост 1. Кроме того, улучшаются массогабаритные и экономические характеристики и повышается надежность работы устройства за счет реализации предлагаемой схемы в виде монолитной интегральной схемы. The application of the proposed device allows to increase the reliability of its operation, since pulsed currents through the transistor 5 and the diode bridge 1 are eliminated. In addition, the overall dimensions and economic characteristics are improved and the reliability of the device is improved by implementing the proposed circuit in the form of a monolithic integrated circuit.
Проверка принципа действия предлагаемого устройства выполнена на схеме, в которой использованы логические ИС серии 564, компаратор 521САЗ, при напряжении на выходе источника электропитания 40 В, выходной мощности 12 Вт, напряжении сети 220 В. Verification of the principle of operation of the proposed device is performed on a circuit in which 564 series logic ICs, a 521CAZ comparator are used, with a voltage at the output of a power supply of 40 V, an output power of 12 W, a voltage of 220 V.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98104664A RU2138113C1 (en) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | Secondary power supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98104664A RU2138113C1 (en) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | Secondary power supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2138113C1 true RU2138113C1 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=20203367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98104664A RU2138113C1 (en) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | Secondary power supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2138113C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174154U1 (en) * | 2017-05-11 | 2017-10-05 | Автандил Вахтангович Джинчарадзе | Multi-mode standalone converter |
-
1998
- 1998-03-06 RU RU98104664A patent/RU2138113C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| фиг. 1. * |
| Электросвязь, 1996, N 2, с. 40, рис. 5. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174154U1 (en) * | 2017-05-11 | 2017-10-05 | Автандил Вахтангович Джинчарадзе | Multi-mode standalone converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4745311A (en) | Solid-state relay | |
| EP0157789A1 (en) | Improvements in or relating to rectifier circuits. | |
| US5168435A (en) | Converter | |
| NL8500154A (en) | SELF-OSCILLATING POWER SUPPLY. | |
| JPS62285665A (en) | Changeover type electric source unit | |
| US4780788A (en) | Two-wire switch with a power transistor | |
| JP2664678B2 (en) | Power supply circuit | |
| US5838555A (en) | Two-wire power supply electronic switch | |
| RU2138113C1 (en) | Secondary power supply | |
| US4709322A (en) | High efficiency transformerless AC/DC converter | |
| SU1594503A1 (en) | Device for controlling temperature | |
| RU2314626C1 (en) | Stabilized transformer of constant voltage | |
| RU2178233C1 (en) | Secondary power supply | |
| SU1035718A1 (en) | Device for monitoring three-phase network phase breaking | |
| SU1032565A1 (en) | Stabilized a.c./d.c.converter | |
| US4153870A (en) | Integral cycling relay | |
| SU1365300A1 (en) | A.c. to d.c. voltage converter | |
| US4099072A (en) | Variable pulse width circuit | |
| SU1023586A1 (en) | One-cycle voltage cavity | |
| RU2046543C1 (en) | Electronic commutator of alternating current supply line | |
| SU1089741A1 (en) | A.c.voltage-to-d.c.voltage converter | |
| SU1153382A1 (en) | Device for control of thyristors connected in parallel opposition | |
| SU1310939A1 (en) | Device for protecting elements of switch sources of secondary electric power supply against overvoltage in a.c.network | |
| RU2001511C1 (en) | Switching device | |
| RU2094936C1 (en) | Direct-to-direct voltage converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080307 |