Преобразующее устройство

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована в источниках вторичного электропитания, электроприводах переменного тока, а также в установках, в которых требуется регулирование частоты.
В настоящее время на рынке появилось большое количество аудио и видео техники, домашние кинотеатры, качество работы которых в значительной степени зависит от качества питающего напряжения. Предложения по улучшению качества питающей сети не так широки и имеют высокую цену. Более того, при изготовлении встроенной в аппаратуру системы вторичного электропитания, выполненной на трансформаторе, для бытовой техники стараются всячески экономить на материалах. При изготовлении трансформатора предельно уменьшают число витков, массогабаритные размеры сердечника трансформатора и как результат: при включении в стандартную для Российской Федерации питающую сеть 220 В 50 Гц на пиках потребляемой мощности трансформатор входит в насыщение и на вторичной его обмотке появляются искажения и помехи, которые по цепям питания попадают в аппаратуру.
Из уровня техники известен стабилизатор однофазного напряжения сети, патент РФ №2468411, опубликован 27.11.2012, содержащий основной трансформатор с первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками, добавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, выпрямитель, мостовой измерительный элемент, делитель напряжения и усилитель мощности. Данный стабилизатор обеспечивает поддержание номинального напряжения, но не имеет средств для регулирования частоты выходного напряжения.
Известен стабилизатор напряжения сети, патент РФ №2419830, опубликован 27.05.2011, содержащий автотрансформатор, первичный и три вторичных выпрямителя, источник пороговых напряжений, два компаратора, детектор, дешифратор, три Д-триггера, три оптоэлектронных ключа, три мостовые схемы и три мощных полевых транзистора. Сложная схема позволяет уменьшить искажение формы кривой синусоидального напряжения и уменьшить коммутационные помехи в сети, но не решает задачу подстройки параметров сети для оптимальной работы встроенной в аппаратуру системы вторичного электропитания, выполненной на трансформаторе.
Известен преобразователь частоты, патент РФ №2470438, опубликован 20.12.2012, содержащий трансформатор, выпрямитель, CLC-фильтр, конденсаторы, дроссель, резистор, диод, инвертор, блок управления и защиты, блокирующее устройство управления инвертором и пороговое устройство. Схема позволяет обеспечить защиту управления мостового инвертора, но из описания не следует возможный диапазон регулировки частоты выходного напряжения.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является разработка преобразующего устройства для улучшения работы встроенной в аппаратуру системы вторичного электропитания, выполненной на трансформаторе, от стандартной питающей сети, путем изменения частоты и амплитуды питающего напряжения.
Технический результат достигается тем, что преобразующее устройство содержит последовательно соединенные схему фильтрации, выпрямляющую схему и накопитель, выход которой соединен с входом синусоидального инвертора. Вход схемы фильтрации является входом преобразующего устройства. Синусоидальный инвертор, выход которого является выходом преобразующего устройства, выполнен с возможностью изменения частоты и амплитуды выходного напряжения. Кроме того, синусоидальный инвертор может содержать генератор тестового сигнала, анализатор искажений и решающее устройство.
На чертеже фиг. 1 условно изображена структурная схема преобразующего устройства. На входе преобразующее устройство содержит схему фильтрации 1, соединенную с выпрямляющей схемой 2. Выпрямляющая схема 2 соединена с накопителем 3, выход которого соединен с входом синусоидального инвертора 4. Выход синусоидального инвертора является выходом преобразующего устройства.
Работает преобразующее устройство следующим образом. На вход схемы фильтрации 1 подается напряжение стандартной сети 220 В 50 Гц. Схема фильтрации 1 известна и в простейшем случае является CLC-фильтром. Далее напряжение поступает на выпрямляющую схему 2. Выпрямляющая схема 2 тоже сама по себе известна и в данном случае образует диодный мост, содержащий входные контакты, соединенные со схемой фильтрации 1. Выпрямленное напряжение далее поступает на накопитель 3, который является конденсатором соответствующей емкости. С выхода накопителя 3 напряжение требуемой величины подается на вход синусоидального инвертора 4. Синусоидальный инвертор 4 может быть построен как однополярный модулятор с использованием известного схемного решения на микросхеме EG8010 фирмы EG micro corp. Микросхема EG8010 является многофункциональным контроллером управления для построения чистого синусоидального инвертора. Контроллер EG8010 позволяет перестраивать частоту в двух диапазонах: от 0 до 100 Гц и от 0 до 400 Гц, что выгодно для любого прибора нагрузки. Контроллер EG8010 способен управлять различными типами драйверов, например TLP250, для преобразования напряжения требуемой величины. При этом амплитуда и частота выходного напряжения устанавливается вручную с помощью переменных резисторов, регулировка производится под нагрузкой до величины, обеспечивающей чистую синусоиду питающего напряжения на нагрузке. Возможен вариант автоматического управления амплитудой и частотой выходного сигнала синусоидального инвертора. При этом синусоидальный инвертор содержит генератор тестового сигнала, анализатор искажений и решающее устройство, выполненные на микросхеме ADAU1702 фирмы Analog Devices. Схема построения генератора тестового сигнала, анализатора искажений и решающего устройства приведена в описании микросхемы ADAU1702. Решающее устройство по минимуму измеренных искажений на выходе нагрузки управляет характеристиками питающего напряжения: амплитудой и частотой.
При проведении макетирования предлагаемого технического решения в качестве нагрузки была выбрана системы вторичного электропитания, выполненной на трансформаторе, Monster Power Center Signature HTS 5100. При работе от стандартной сети 220 В 50 Гц на выходе HTS 5100 наблюдалась ступенчатая характеристика выходного напряжения, что соответственно передавалось на DVD-проигрыватель как шумы. При подключении HTS 5100 к сети 220 В 50 Гц через предлагаемое преобразующее устройство, на котором была произведена соответствующая регулировка частоты и амплитуды выходного напряжения, на выходах HTS 5100 наблюдалась чистая синусоида выходного напряжения. Как результат, применение преобразующего устройства совместно с HTS 5100 внесло значительное улучшение в звучание DVD-проигрывателя.