ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ AC-DC С ОГРАНИЧЕНИЕМ ПУСКОВОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении источников электропитания.
Известны преобразователи напряжения AC-DC с ограничением пускового тока, в которых для ограничения пускового тока последовательно с одним из входных выводов преобразователя напряжения AC-DC включается токоограничивающий терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления [1]. При подаче входного напряжения пусковой ток такого преобразователя напряжения AC-DC определяется номиналом терморезистора, который во время работы нагревается и уменьшает свое сопротивление.
К недостаткам указанного технического решения можно отнести относительно высокие потери мощности в цепи терморезистора при работе преобразователя напряжения AC-DC и их значительная зависимость от температуры окружающей среды.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задаче является известный преобразователь напряжения AC-DC с ограничением пускового тока, приведенный в [2]. Его функциональная схема показана на фиг.1. Преобразователь напряжения AC-DC с ограничением пускового тока содержит входной выпрямитель, токоограничивающий резистор, первый вывод которого подключен к первому выходу входного выпрямителя, а второй вывод - к первому входу конвертора напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом входного выпрямителя, ключ, первый и второй силовые выводы которого подключены соответственно к первому и второму выводам токоограничивающего резистора, а управляющий вывод - к выходу узла управления с входами обратной связи, которые подключены к выходам входного выпрямителя.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются входной выпрямитель, первый выход которого соединен с первым входом конвертора напряжения, ключ, первый и второй силовые выводы которого подключены соответственно к второму выходу входного выпрямителя и второму входу конвертора напряжения, а управляющий вывод - к выходу узла управления с входами обратной связи.
При подаче входного напряжения через токоограничивающий резистор происходит заряд входных конденсаторов конвертора напряжения. Он включается и на его выходе появляется и увеличивается выходное напряжение. Когда оно достигает значения, близкого к номинальному, узел управления вырабатывает сигнал, открывающий ключ, который в дальнейшем шунтирует токоограничивающий резистор. При таком алгоритме управления потери мощности схемы ограничения пускового тока имеют место только при запуске и близки к нулю в установившемся режиме работы.
К недостаткам рассматриваемого технического решения относится низкая надежность схемы токоограничения во время перегрузки или короткого замыкания на выходе конвертора напряжения. При этом выходное конвертора напряжения не достигает значения, необходимого для открывания ключа и токоограничивающий резистор не шунтируется, перегревается протекающим через него длительное время относительно большим входным током и выходит из строя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности преобразователя напряжения AC-DC с ограничением пускового тока при уменьшении его размеров и веса.
Поставленная техническая задача решается тем, что предлагается преобразователь напряжения AC-DC с ограничением пускового тока, содержащий входной выпрямитель, первый выход которого соединен с первым входом конвертора напряжения, ключ, первый и второй силовые выводы которого подключены соответственно к второму выходу входного
выпрямителя и второму входу конвертора напряжения, а управляющий вывод - к выходу узла управления с входами обратной связи, причем, входы обратной связи узла управления подключены к выходам входного выпрямителя.
Введение в устройства неочевидных связей позволили исключить токоограничивающий резистор, ускорить процесс запуска и повысить надежность преобразователя напряжения AC-DC с ограничением пускового тока.
Предлагаемое устройство изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования и не требует регулировки, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости.
На фиг.2 приведена функциональная схема преобразователя напряжения AC-DC с ограничением пускового тока. Предлагаемый преобразователь напряжения AC-DC с ограничением пускового тока содержит входной выпрямитель 1, ключ 2 с первым и вторым силовыми и управляющим выводами, узел управления 3 с управляющим выходом и выводами обратной связи и конвертор напряжения 4.
В предлагаемом преобразователе напряжения AC-DC с ограничением пускового тока первый выход входного выпрямителя 1 соединен с первым входом конвертора напряжения 4, а второй выход - через ключ 2 - с вторым входом конвертора напряжения 4. Управляющий вход ключа 2 соединен с выходом узла управления 3, выводы обратной связи которого подключены соответственно к выходам входного выпрямителя 1.
Работа предлагаемого преобразователя напряжения AC-DC с ограничением пускового тока происходит следующим образом. Узел управления 3 анализирует мгновенное значение напряжения на выходе входного выпрямителя 1 и открывает ключ 2 в момент, когда мгновенное
значение указанного напряжение переходит через нуль. Поскольку на входе конвертора напряжения 4 установлен конденсатор (емкостью С), а напряжение на входе (и выходе) выпрямителя 1 изменяется по синусоидальному закону, т.е. Uвх=Umax•sin(ω•t), входной ток заряда конденсатора (он же - пусковой ток) определяется из выражения:
Ic=C•d/dt(Uc), где
- d/dt(Uc) - производная по времени от напряжения на конденсаторе.
-6
2
2
Напряжение на конденсаторе во время запуска совпадает с Uвх=Umax•sin(ω•t). Тогда через ключ 2 и конденсатор протекает ток Ic=C•Umax•ω•cos(ω•t), максимальное значение которого равно Ic max=C•Umax•ω. Так, например, для преобразователя напряжения AC-DC мощностью 25 Вт, работающего от входной сети 220 В 50 Гц с Umax=340 В и имеющего на входе конденсатор емкостью 22 мкФ максимальный пусковой ток Iпуск=Ic max=22•10•340•314=2,35 А без дополнительных элементов токоограничения. Причем заряд конденсатора, а с ним и запуск преобразователя, происходят максимум за половину периода сетевого напряжения, а мощность потерь близка к нулю. Для ограничения пускового тока на том же уровне у прототипа необходимо установить токоограничивающий резистор Rогр=145 Ом. При этом на нем будет выделяться мгновенная мощность Pmax=Umax/Rогр=340/145=797 Вт, что требовало установки резистора большой мощности, размеров и веса.
Источники, используемые при написании заявки.
1. Сетевые импульсные блоки питания. - Журнал «Радио», №8, 1999 г., с.51-53, №9, с.38-39.
2. Разработка эффективного ограничителя пускового тока для низковольтных сетей постоянного тока. - Сборник «Ракетно-космическая техника», сер.4 общетехническая, вып.6, 1988 г., с.50-54.