RU2513185C1 - Transformerless voltage converter - Google Patents
Transformerless voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513185C1 RU2513185C1 RU2012151338/07A RU2012151338A RU2513185C1 RU 2513185 C1 RU2513185 C1 RU 2513185C1 RU 2012151338/07 A RU2012151338/07 A RU 2012151338/07A RU 2012151338 A RU2012151338 A RU 2012151338A RU 2513185 C1 RU2513185 C1 RU 2513185C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stabilizer
- output
- stage
- voltage
- node
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
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.Transformerless voltage converter belongs to the field of electrical engineering and is intended for use in secondary power sources of instruments and devices of measuring equipment, in particular, for powering electronic electricity meters, electronic voltmeters, various protection relays and automation, powered by a controlled network.
Предшествующий уровень техникиState of the art
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.Power sources are known (Horowitz P., Hill W. The art of circuitry. In 3 volumes. Vol. 1. Transl. From English. - 4th ed. Revised and enlarged. - M.: Mir, 1993. - 413 p. ill., Fig. 1.80), containing a power transformer, a rectifier, a smoothing filter, a series-type compensation voltage regulator, in which the regulating element is connected in series with the load and plays the role of a controlled ballast resistance. The presence of a compensation voltage stabilizer allows you to get a stable supply voltage, and the presence of a transformer allows you to get a low active power consumption and, if necessary, connect the neutral wire of the network to a common point of the source. However, the presence of a transformer is the main drawback of such sources, increasing their size and cost.
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.Also known is a transformerless converter on a MOS transistor (Schreiber G. 300 power supply circuits. Rectifiers. Switching power supplies. Linear stabilizers and converters: Translated from French. - M.: DMK, 2000. - 224 s: ill. (To help the radio amateur ), Fig. 246), containing a half-wave bridge rectifier, a quenching resistor, a filter, a parametric stabilizer on a zener diode, a voltage reference, a dual operational amplifier, a control element, and a network voltage divider. The principle of operation of a transformerless converter on a MOS transistor is that at the beginning of each half-wave, the rectified voltage through an open regulating element charges a capacitive filter connected to the load. When the resistor in the voltage divider reaches the value of the reference voltage, the operational amplifier closes the control element, and the charge of the capacitive filter stops. The main disadvantage of such a power source is the presence of ripples at the output, impairing the operation of most devices of measuring equipment, and the lack of a fixed potential of one of the output points relative to the mains voltage.
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.The closest technical solution to the proposed device is a transformerless power supply (Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2077111, IPC6 Н02М 7/155, G05F 1/585, priority 01.06.1993. Published on 04/10/1997, Bull. No. 10), in which the excess voltage damping unit consists of two sections with equal alternating current resistance, each section of the excess voltage damping unit is made in the form of a series-connected resistor and capacitor, the common connection point of which is connected to the corresponding the corresponding output for connecting the power source, and the free terminals of the capacitors and resistors of the first and second sections of the excess voltage suppression unit are connected to the inputs of the first and second bridge rectifiers, respectively, while the outputs of the first and second bridge rectifiers are connected in parallel and connected through a filter to the voltage regulator . The voltage stabilizer is made in two stages, in which the first stage of the stabilizer is made on a zener diode, and the second stage of the stabilizer contains a master element on the zener diode, a current stabilization unit of the master element, and an operational amplifier fed from the first stage. The inverting input of the operational amplifier through the first resistor is connected to the terminal for connecting the first load, and through the second resistor is connected to the terminal for connecting the second load, also connected to the output terminal of the current stabilization unit of the master element, the non-inverting input of the amplifier is connected through the third and fourth resistors with equal resistances to the terminals for connecting the power source, the output of the operational amplifier is connected to the terminal for connecting the first load. A transformerless power supply with a two-stage stabilizer provides high stability of the supply voltage and fixing the potential of one of the output terminals relative to the “artificial zero” point with the potential of half the supply voltage, and the main drawback of such a power supply is the high active power consumption.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
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.The objective of the invention is to provide a transformerless voltage converter with a half-wave rectifier and fixing the potential of one of the output points relative to the mains voltage, in which the value of the consumed active power is reduced and the stability of the output voltage is increased.
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.The problem is solved in a transformerless voltage converter containing two sections of the excess voltage damping unit with equal alternating current resistance, two half-wave rectifiers, a filter, two control elements, two operational amplifiers and a voltage stabilizer, each section of the excess voltage damping unit is made in series connected resistor and capacitor, connected by a common point to the corresponding terminal for connecting the power source, free The conclusions capacitors both sections and both sections resistors node quench the excess voltage are respectively connected to the inputs of the first and second bridge rectifiers; the output of the first rectifier is connected in parallel through the filter and in accordance with the input of the voltage regulator, the output of the second rectifier is connected in series and in accordance with the first and second control elements connected in the first and second wires, respectively, with the input of the voltage regulator, and the first control element is made on the n-channel A depleted MOSFET or an n-channel field effect transistor, the second control element is made on a p-channel field effect transistor; the voltage stabilizer is made two-stage, in which the first stage contains the first and second nodes connected in parallel and parallel, the first node is made in the form of a serial connection of the first zener diode and the introduced first resistor, the introduced second node is made in the form of the serial connection of the second zener diode and the second resistor, and the connection point of the cathode of the first zener diode in the first node and the second resistor in the second node is connected to the first wire at the output of the first bridge rectifier, also connected to the source of the first n-channel depleted MOSFET, the common connection point of the anode of the second zener diode in the second node and the first resistor in the first node is connected to the second wire at the output of the first bridge rectifier, also connected to the source of the second p-channel field effect transistor; the drain of the first n-channel depleted MOSFET and the drain of the second p-channel field effect transistor are connected respectively to the first and second wires at the output of the second rectifier; the first n-channel lean-type MOSFET is controlled by the introduced first operational amplifier, the power leads of which are connected to the terminals of the first zener diode in the first node of the first stage of the stabilizer, the inverting input of the first amplifier through the introduced third and fourth resistors with equal resistances is connected to the terminals of the first zener diode, a non-inverting input the first amplifier through resistors with equal resistances is connected to the terminals for connecting the power source, the output of the first amplifier is connected the control gate of the first n-channel MOS transistor is depleted type; the second r-channel field-effect transistor is controlled by the introduced second operational amplifier, the power leads of which are connected to the terminals of the second zener diode in the second node of the first stabilizer stage, the inverting input of the second amplifier is connected to the output of the input reference voltage source, the non-inverting input of the second amplifier is connected to the common connection point of the anode of the first the zener diode and the first resistor in the first node of the first stage of the stabilizer, the output of the second amplifier is connected to the control gate of the second r-ka cial field-effect transistor; the second stage of the stabilizer is made according to the scheme of a series voltage stabilizer and consists of a master element on the zener diode, a node for stabilizing the current of the master element and an operational amplifier fed from the output of the first stabilizer stage, namely, fed from the first zener diode in the first node of the first stabilizer stage, a non-inverting amplifier input in the second stage of the stabilizer is connected to a non-inverting input of the introduced first amplifier, also connected through resistors with equal resistances to the terminals for connecting the power source, the inverting input of the amplifier in the second stage of the stabilizer is connected through resistors to the terminals for connecting the first and second loads, the output for connecting the second load is also connected to the output terminal of the current stabilization unit of the setting element, the output of the amplifier in the second stage of the stabilizer is connected to output for connecting the first load.
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.It is due to the implementation of the unit for suppressing excess voltage in the form of two identical sections with equal AC resistance, made in the form of a series connection of a capacitor and a resistor, respectively connected in both wires between the terminals for connecting the power source and the inputs of the first and second bridge rectifiers, introducing both wires at the output of the second bridge rectifier in series with the input of the voltage regulator of the first and second regulatory elements, which are controlled respectively the first and second operational amplifiers are introduced, two-stage voltage stabilizers are implemented, the first stage of which consists of first and second zener diodes connected in accordance with and parallel to the first and second zener diodes, from which the first and second operational amplifiers are fed, respectively, introducing the corresponding resistors and the reference source voltage, as well as performing the second stage of the stabilizer with a node for stabilizing the current of the master element on the zener diode and operating device a half-wave rectification, preliminary symmetry of the output voltage in the first stage of the stabilizer and fixing the potential of one of the output terminals of the inventive device in the second stage of the stabilizer relative to the second voltage stabilizer in the first node of the first stabilizer stage, with the above connection of the elements with each other and with other circuit elements points with the potential of half the supply voltage of the network, the active power consumption decreases, the output stability increases th voltage.
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.Indeed, the introduction of the first and second control elements that perform the function of controlled ballast resistances reduces the current in the circuits with damping resistors, which leads to a decrease in the active power consumption.
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.Splitting the damping unit of excess voltage into two sections and synchronously changing the resistance of the first regulating element controlled by the first operational amplifier with respect to changing the resistance of the second regulating element provides preliminary symmetry of the output voltage of the first stage of the stabilizer relative to a point with a potential of half the mains voltage, and the use of an operational amplifier in the second steps of the stabilizer, fed from the first zener diode in the first node of the first stupa and a stabilizer allows one to track the potential of the output terminals of the device relative to the point with the potential of half the supply voltage.
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.The introduction of the first resistor in the first node of the first stage of the stabilizer, as well as the reference voltage source and the second operational amplifier that controls the second regulating element, allows you to maintain the input DC current equal to the ratio of the reference voltage to the resistance of the first resistor in the first node of the stabilizer and reduce voltage ripple at the output of the first stage of the stabilizer, namely, reduce voltage ripple at the first zener diode in the first node of the first stage of the stabilizer the atom from which the operational amplifier is fed in the second stage of the stabilizer.
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.The implementation of the second stage of the stabilizer with a node for stabilizing the current of the driving element eliminates the ripple of the output voltage caused by some bias in the output voltage of the first zener diode in the first node of the first stage of the stabilizer relative to a point with a potential of half the supply voltage of the network.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
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.Figure 1 shows a circuit diagram of the proposed device. The device contains two identical sections 1 of the overvoltage suppression unit 2, two bridge rectifiers 3 and 4, a filter 5, a voltage regulator 6, two control elements are introduced, the first regulatory element being made on an depleted type n-channel MOS transistor 7 (or n-channel field transistor), the second control element is made on the p-channel field effect transistor 8, the first operational amplifier 9 and the second
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.Sections 1 of the overvoltage suppression unit 2, consisting of a capacitor 11 and a resistor 12, are connected on one side to terminals 13 and 14 for connecting the network, and on the other hand are connected to the inputs of bridge rectifiers 3 and 4, and the capacitors 11 are connected to the input of the first bridge rectifier 3, and resistors 12 are connected to the input of the second bridge rectifier 4.
Выход первого мостового выпрямителя 3 через фильтр 5 включен согласно и параллельно с входом стабилизатора напряжения 6.The output of the first bridge rectifier 3 through the filter 5 is connected according to and in parallel with the input of the voltage regulator 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.The voltage stabilizer 6 is made two-stage. The first stage of the voltage regulator 6 contains a first node 15 and a second node 16, which are included according to and in parallel. The first node 15 is made in the form of a serial connection of the zener diode 17 and the introduced first resistor 18. The introduced second node 16 is made in the form of a serial connection of the
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.In the first and second wires at the output of the second bridge rectifier 4 are connected according to and in series with the input of the voltage regulator 6, respectively, transistors 7 and 8. The drain of the transistor 7 is connected to the first wire at the output of the second rectifier 4. The source of the transistor 7 is connected to a common junction point of the zener diode 17 in the first node 15 and the resistor 20 in the second node 16 of the first stage of the stabilizer 6, as well as to the first wire at the output of the first rectifier 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.The drain of the transistor 8 is connected to the second wire at the output of the second rectifier 4. The source of the transistor 8 is connected to a common connection point of the resistor 18 in the first node 15 and the anode of the
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.The power terminals of the operational amplifier 9 are connected to the zener diode 17, the non-inverting input of the amplifier 9 through resistors 21 and 22 with equal resistances is connected to the terminals 13 and 14 for connecting the network, the inverting input of the amplifier 9 through the input resistors 23 and 24 with equal resistances is connected to the terminals of the zener diode 17 in the first node 15 of the first stage of the stabilizer 6, and the output of the amplifier 9 is connected to the control gate of the transistor 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.The power terminals of the
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.The second stage of the voltage stabilizer 6 is made according to the known scheme of a series voltage stabilizer and consists of a driving element on a zener diode 28, a current stabilization unit 29 of a driving element made on a transistor 30, resistors 31, 32, 33 and a diode 34, an emitter follower on a transistor 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.In the second stage of the stabilizer 6 also contains an operational amplifier 36, powered by a zener diode 17 in the first node 15 of the first stage of the stabilizer 6. The non-inverting input of the amplifier 36 is connected through the resistors 21 and 22 with equal resistances to the terminals 13 and 14 for connecting the network, the inverting input of the amplifier 36 connected through resistors 37 and 38 to the output terminals 39 and 40, respectively, the output of the operational amplifier 36 is connected to the output terminal 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.In addition, to limit the maximum voltage drop between the drain and the source of the transistor 7, a resistor 41 is connected, and a
Принцип работы устройства состоит в следующем.The principle of operation of the device is as follows.
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.The input voltage of the network is supplied to the terminals 13 and 14 of the device, decreases on the capacitors 11 and resistors 12 in both sections 1 of the overvoltage suppression unit 2, is rectified on the first and second half-wave rectifiers 3 and 4, and also decreases on the first and second transistors 7 and 8 , which are controlled respectively by the first and second
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.The first stage of the stabilizer 6 contains parallel connected nodes 15 and 16, in which the
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.The input current in the first node 15 of the first stage of the stabilizer 6 is equal to the sum of the rectified currents from the outputs of the first and second rectifiers 3, 4 and phase shifted 90 ° relative to each other. The phase shift of the current at the output of the first rectifier 3 relative to the current at the output of the second rectifier 4 is formed due to a shift of the current in the capacitor 11 by 90 ° relative to the current in the resistor 12. At the output of the first rectifier 3, a half-wave rectified current flows, the instantaneous value of which is proportional to the resistance of the capacitors 11, and at the output of the second rectifier 4, a rectified current flows, the instantaneous value of which is proportional to the sum of the resistances of the resistors 12 and the varying resistances of the transistors 7 and 8, playing role of controlled ballast resistances.
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.The change in the resistance of the transistor 8 is controlled by an
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».Simultaneously with the change in the resistance of the transistor 8, the resistance of the transistor 7 synchronously changes. The change in the resistance of the transistor 7 is controlled by the operational amplifier 9, which operates on the basis of the feedback principle. If the potential of the common connection point of resistors 21 and 22 in half of the mains voltage divider is considered in half as the potential of the “artificial zero” point, then the synchronous change in the resistance of transistor 7 relative to the change in resistance of transistor 8 is provided when the potential of the common connection point of resistors 23 and 24 with equal resistances in the divider the output voltage at the zener diode 17 of the first node 15 of the first stage of the stabilizer 6 is equal to the potential of the point "artificial zero".
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».The potential of the common connection point of the resistors 23 and 24 goes to the inverting input of the operational amplifier 9 and is compared with the potential of the “artificial zero” point at the non-inverting input of the operational amplifier 9, and the control voltage from the output of the operational amplifier 9 goes to the gate of the transistor 7, changing its resistance so that the potential of the common connection point of the resistors 23 and 24 tends to be fixed relative to the potential of "artificial zero". Thus, a preliminary symmetry of the output voltage at the zener diode 17 in the first stage of the stabilizer 6 relative to the point of "artificial zero" is ensured.
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.In the second stage of the stabilizer 6, the operational amplifier 36, fed from the zener diode 17, by the feedback principle fixes the potential of the midpoint of the resistors 37 and 38 in the output voltage divider relative to the "artificial zero" point when the polarity of the input mains voltage and other destabilizing factors are changed. In addition, to eliminate the dependence of the output voltage of the stabilizer 6 associated with a possible change in the current in the zener diode 28 when the voltage changes between the cathodes of the zener diodes 17 and 28, the current stabilization unit 29 in the zener diode 28 is used based on the current mirror circuit with elements 30, 31, 32, 33, 34, in which the collector current of the transistor 30 is independent of the collector-base voltage.
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».With equal resistors 37 and 38, the output voltage of the source at terminals 39 and 40 is symmetrical with respect to “artificial zero”. If the resistor 37 is shorted, then the potential of terminal 39 will be “artificial zero”.
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.To limit the maximum voltage drop between the drain and the source of the transistor 7, a resistor 41 is connected, and a
Так как р-канальные полевые транзисторы 7 имеют низкое напряжение пробоя, то второй регулирующий элемент может быть выполнен также на р-канальном МОП транзисторе.Since the p-channel field effect transistors 7 have a low breakdown voltage, the second control element can also be performed on the p-channel MOS transistor.
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.Figure 2 shows a fragment of a circuit diagram using as a second regulating element a p-
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Испытания макетных образцов предлагаемого устройства подтвердили его полную работоспособность, решение поставленной задачи и возможность промышленной применимости.Tests of prototypes of the proposed device have confirmed its full performance, the solution of the problem and the possibility of industrial applicability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012151338/07A RU2513185C1 (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | Transformerless voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012151338/07A RU2513185C1 (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | Transformerless voltage converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2513185C1 true RU2513185C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50480683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012151338/07A RU2513185C1 (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | Transformerless voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2513185C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1403298A1 (en) * | 1985-11-04 | 1988-06-15 | В. И. Савельев | A.c. to d.c. voltage converter |
| RU2077111C1 (en) * | 1993-06-01 | 1997-04-10 | Валерий Ефимович Райнин | Transformerless power supply |
| UA21203U (en) * | 2006-05-10 | 2007-03-15 | Univ Vinnytsia Nat Tech | Direct current amplifier |
-
2012
- 2012-11-30 RU RU2012151338/07A patent/RU2513185C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1403298A1 (en) * | 1985-11-04 | 1988-06-15 | В. И. Савельев | A.c. to d.c. voltage converter |
| RU2077111C1 (en) * | 1993-06-01 | 1997-04-10 | Валерий Ефимович Райнин | Transformerless power supply |
| UA21203U (en) * | 2006-05-10 | 2007-03-15 | Univ Vinnytsia Nat Tech | Direct current amplifier |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9872355B2 (en) | Control circuit, control method and LED driving circuit thereof | |
| US10491117B2 (en) | Soft-start circuit for buck converter control | |
| US9391505B2 (en) | PFC circuit | |
| US8710905B2 (en) | Bias voltage generating circuit and switching power supply thereof | |
| US9647552B2 (en) | Constant on time switching converter with DC calibration | |
| US10082812B2 (en) | Low dropout voltage regulator | |
| CN104038053A (en) | Precision Output Control For Dc Voltage Regulators | |
| US9509210B2 (en) | Start-up circuit and method for AC-DC converters | |
| CN100514246C (en) | Low-voltage drop linear voltage regulator | |
| RU2672669C2 (en) | Device for obtaining direct current in load supply circuit (versions) | |
| RU2513185C1 (en) | Transformerless voltage converter | |
| RU2601419C1 (en) | Secondary power supply | |
| RU2339072C1 (en) | Lowering stabiliser | |
| RU114182U1 (en) | LINEAR DC VOLTAGE STABILIZER ON A FIELD TRANSISTOR | |
| CN112987843B (en) | Bootstrap driving circuit, driving method and wireless charging system | |
| CN116225137A (en) | Method and system for outputting high-precision direct-current voltage | |
| CN111198470B (en) | Projection system, driving device and driving method | |
| KR20220110842A (en) | Voltage regulators, chips and electronics | |
| CN209488877U (en) | Optical projection system and driving device | |
| CN107093952B (en) | Circuit arrangement for current filtering | |
| US11848601B1 (en) | Ripple reduction circuit for use with a power supply | |
| Liu et al. | Chip-area-efficient capacitor-less LDO regulator with fast-transient response | |
| RU106973U1 (en) | CURRENT STABILIZER | |
| Nurhuda et al. | A three-topology based, wide input range switched-capacitor DC-DC converter with low-ripple and enhanced load line regulations | |
| WO2020095348A1 (en) | Power supply circuit |