ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОСТОЯННЫЙ ТОК
CONVERTER OF ALTERNATING CURRENT VOLTAGE INTO CONTROLLED DIRECT CURRENT

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в качестве вторичного источника питания, в том числе в устройствах управления светодиодным освещением.
Известен преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток, содержащий источник переменного напряжения, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра и входом стабилизированного источника постоянного напряжения, выход которого подключен через сопротивление к затвору силового ключа на полевом транзисторе, отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления соединен с общей точкой, напряжение питания стабилизированного источника постоянного напряжения подается также на типовую микросхему импульсного регулятора и управляемый генератор широтно-модулированных импульсов, выход этого генератора соединен с управляющим входом типовой микросхемы импульсного регулятора, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов и сглаживающего дросселя с помощью силового ключа на полевом транзисторе, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами типовой микросхемы импульсного регулятора и одним выводом токоограничивающего сопротивления, другой вывод которого подключен к общей точке, сток силового ключа на полевом транзистор подключен к одному выводу сглаживающего дросселя и аноду первого диода обратного тока, другой вывод этого дросселя соединен с катодом цепи последовательно включенных светодиодов, анод которой соединен с катодом первого диода обратного тока и положительной обкладкой конденсатора фильтра, отрицательная обкладка которого подключена к отрицательному полюсу мостовой схемы выпрямления (Р. Василенко, А. Кожемяка, А. Турчин. Микросхема управления светодиодами MLX10801. Инженерная микроэлектроника. Chip News # 9 (92) 2004 г., стр.58-61).
Недостатком известного преобразователя переменного напряжения в управляемый постоянный ток является относительно низкий КПД преобразования электроэнергии из-за значительных динамических потерь в силовом ключа на полевом транзисторе при высокочастотной коммутации. Потери энергии обусловлены тем, что при относительно малых пульсациях постоянного тока в последовательной цепи, состоящей из светодиодов и сглаживающего дросселя, средние значения напряжения на зажимах силового ключа и протекающего через него тока относительно велики в интервале времени перехода ключа в замкнутое состояние. Аналогично в интервале времени перехода силового ключа в разомкнутое состояние коммутация выполняется при наличии в его цепи тока и напряжения.
Технический результат заключается в повышении КПД преобразователя.
Технический результат достигается тем, что преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток, содержит источник переменного напряжения, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра и входом стабилизированного источника постоянного напряжения, выход которого подключен через сопротивление к затвору силового ключа на полевом транзисторе, выводу питания типовой микросхемы импульсного регулятора и выводу питания управляемого генератора широтно-модулированных импульсов. Отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления соединен с общей точкой, отрицательной обкладкой конденсатора фильтра, выводом нулевого потенциала стабилизированного источника постоянного напряжения, входом тестирования и выводом нулевого потенциала типовой микросхемы импульсного регулятора, выводом нулевого потенциала управляемого генератора широтно-модулированных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу типовой микросхемы импульсного регулятора, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов и сглаживающего дросселя с помощью силового ключа на полевом транзисторе, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами типовой микросхемы импульсного регулятора и одним выводом токоограничивающего сопротивления, другой вывод которого подключен к общей точке. Сток силового ключа на полевом транзисторе подключен к одному выводу сглаживающего дросселя и аноду первого диода обратного тока, другой вывод этого дросселя соединен с катодом цепи последовательно включенных светодиодов, анод которой соединен с катодом первого диода обратного тока. Дополнительно включены в схему преобразователя параллельный LC-контур, второй диод обратного тока и высокочастотный конденсатор, один вывод этого контура и катод второго диода обратного тока подключены к аноду цепи последовательно включенных светодиодов и катоду первого диода обратного тока, другой вывод параллельного LC-контура соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, к которому параллельно подключен высокочастотный конденсатор, анод второго диода обратного тока соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра.
Преобразователь переменного напряжения в управляемый постоянный ток (фиг.1) включает источник переменного напряжения 1, к которому параллельно подключена мостовая схема выпрямления 2 переменного напряжения в постоянное, соединенная положительным полюсом с положительной обкладкой конденсатора фильтра 3 и входом а стабилизированного источника постоянного напряжения 4, выход b которого подключен через сопротивление 5 к затвору силового ключа на полевом транзисторе 6, выводу питания с типовой микросхемы импульсного регулятора 7 и выводу питания d управляемого генератора широтно-модулированных импульсов 8, отрицательный полюс мостовой схемы выпрямления 2 соединен с общей точкой, отрицательной обкладкой конденсатора фильтра 3, выводом нулевого потенциала е стабилизированного источника постоянного напряжения 4, входом тестирования f и выводом нулевого потенциала g типовой микросхемы импульсного регулятора 7, выводом нулевого потенциала h управляемого генератора широтно-модулированных импульсов 8, выход i которого подключен к управляющему входу j типовой микросхемы импульсного регулятора 7, которая регулирует среднее значение тока в цепи последовательно включенных светодиодов 9 и сглаживающего дросселя 10 с помощью силового ключа на полевом транзисторе 6, включенного истоком последовательно с коммутирующими выводами k и 1 типовой микросхемы импульсного регулятора 7 и одним выводом токоограничивающего сопротивления 11, другой вывод которого подключен к общей точке, сток силового ключа на полевом транзисторе 6 подключен к одному выводу сглаживающего дросселя 10 и аноду первого диода обратного тока 12, другой вывод этого дросселя соединен с катодом цепи последовательно включенных светодиодов 9, анод которой соединен с катодом первого диода обратного тока 12, дополнительно включены параллельный LC-контур 13, второй диод обратного тока 14 и высокочастотный конденсатор 15, один вывод этого контура и катод второго диода обратного тока 14 подключены к аноду цепи последовательно включенных светодиодов 9 и катоду первого диода обратного тока 12, другой вывод параллельного LC-контура 13 соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра 3, к которому параллельно подключен высокочастотный конденсатор 15, анод второго диода обратного тока 14 соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра 3.
Дополнение схемы преобразователя параллельным LC-контуром 13 и диодом обратного тока 14 выполнено с учетом алгоритма программы управления записанной в память типовой микросхемы импульсного регулятора 7. В частности принято во внимание, что интервал времени замкнутого состояния силового ключа на полевом транзисторе 6 определяется скважностью последовательности широтно-модулированных импульсов поступающих на управляющий вход j данной микросхемы, это позволяет регулировать среднее значение тока в цепи светодиодов. Интервал времени разомкнутого состояния силового ключа 6 задан исходными настройками типовой микросхемы импульсного регулятора 7 и остается неизменным в различных режимах работы. Управление силовым ключом на полевом транзисторе 6 выполняется путем подачи постоянного положительного напряжении на его затвор и с помощью выходного ключа микросхемы 7, подключенного к ее выводам k и l. Выходной ключ этой микросхемы коммутирует исток силового ключа 6 на общую точку через сопротивление 11. Параметры элементов параллельного LC-контура 13 выбираются такими, чтобы длительность одного периода его колебаний была равна длительности разомкнутого состояния силового ключа на полевом транзисторе 6, что обеспечивает режим синхронизации и минимальные потери энергии при коммутациях. В интервале времени разомкнутого состояния этого ключа конденсатор контура 13 дважды перезаряжается, на нем формируется напряжение направленное встречно напряжению на конденсаторе фильтра 3 мостовой схемы выпрямления. В интервале времени замкнутого состояния силового ключа 6 накапливается реактивная энергия в индуктивности и емкости параллельного LC-контура 13, которой достаточно для полного перезаряда конденсатора этого контура. Относительно малая доля избыточной энергии, запасенной в LC-контура 13 при переходных процессах, в частности нестабильном источнике переменного напряжения 1, сбрасывается через диод обратного тока 14 в конденсатор фильтра 3. В режиме синхронизации средние значения напряжения на зажимах силового ключа 6 и тока в его цепи пренебрежимо малы в интервале времени перехода ключа в замкнутое состояние, благодаря проводящему состоянию диода обратного тока 13. В интервале времени перехода ключа 6 в разомкнутое состояние среднее значение напряжение на его зажимах пренебрежимо мало, а ток уменьшается от номинального значения до нуля. Реализация изложенного принципа работы преобразователя позволяет снизить динамические потери энергии в силовом транзисторе 6 при высокочастотной коммутации.
По сравнению с известным устройством предлагаемое позволяет повысить КПД преобразователя.