CS250805B1

CS250805B1 - Connecting a stabilized source to suppress the amplitude variation of the sinusoidal waveform

Info

Publication number: CS250805B1
Application number: CS837747A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Indruch
Original assignee: Jaroslav Indruch
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1987-05-14
Also published as: CS774783A1

Abstract

Zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového prů běhu sítového napětí pracuje na principu fázového řízení výkonu v primárním obvodu transformátoru. K tomuto transformátoru je po usměrnění v dvojcestném usměrňovači připojen do série spínací prvek automaticky zapínající v každé půlperiodě sítového napětí. Okamžik tohoto spínání je jednoznačně odvozen v řídicím obvodu z velikosti amplitudy sítového napětí.The connection of a stabilized source to suppress the amplitude fluctuations of the sinusoidal waveform of the mains voltage works on the principle of phase control of the power in the primary circuit of the transformer. After rectification in a two-way rectifier, a switching element is connected in series to this transformer, which automatically switches on in each half-period of the mains voltage. The moment of this switching is unambiguously derived in the control circuit from the magnitude of the mains voltage amplitude.

Description

Vynález se týká zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového průběhu sítového napětí, pracujícího na principu fázového řízení výkonu v primárním obvodu transformátoru.The invention relates to a stabilized power supply for suppressing the sinusoidal waveform of the line voltage, operating on the principle of phase power control in the transformer primary circuit.

Kolísání amplitudy sítového napětí je nežádoucí, parazitní jev, který má nepříznivý vliv na Činnost, životnost a funkci přístrojů a zařízení v mnoha oborech a odvětvích průmyslu. Jedná se především o vliv na regulační a měřící zařízení, na osvětlovací techniku,například v optickém průmyslu, na topné a vytápěcí zařízení apod.The fluctuation of the line voltage amplitude is an undesirable, parasitic phenomenon, which has an adverse effect on the operation, durability and function of devices and equipment in many industries and industries. These are mainly influences on control and measuring equipment, lighting technology, for example in the optical industry, heating and heating equipment, etc.

U známých stabilizovaných zdrojů se využívá jednak magnetických vlastností některých materiálů v magnetických obvodech (ferorenezančních obvodech). Zařízení, pracující na těchto principech jsou poměrně objemná a hmotná a rovněž finančně nákladná. Dále se využívá fázové a cyklové řízení napětí s poměrně složitou a nákladnou automatizací. Jsou známy rovněž stabilizované zdroje, u kterých je sítové napětí nejprve transformováno a pak stabilizováno ve výkonových tranzistorových obvodech, takže se jedná vlastně o napájecí stejnosměrné zdroje. Taková zařízení jsou složitá stejně jako měniče, které pracují na kmitočtu několika desítek kilohertzů.In the case of known stabilized sources, the magnetic properties of some materials in magnetic circuits (ferorescent circuits) are used. Devices working on these principles are relatively bulky and tangible and also costly. Phase and cycle voltage control with relatively complex and expensive automation is also used. Stabilized power supplies are also known in which the mains voltage is first transformed and then stabilized in the power transistor circuits, so that they are actually DC power supplies. Such devices are as complex as converters that operate at a frequency of several tens of kilohertz.

Tyto nevýhody řeší zapojení stabilizovaného zdroje pro potlačení kolísání amplitudy sinusového průběhu sítového napětí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že paralelně ke svorkám sítového napětí jn připojen odrušovací obvod. Na jeho první svorku je dále připojeno první svorkou primární vinutí transformátoru, na jehož svorky sekundárního vinutí je připojena zátěž. Mezi druhou svorku primárního vinutí transformátoru a druhou svorku odrušovacího obvodu je připojen obvod usměrňovače, k jehož výstupu je paralelně připojen spínací obvod a řídící obvod, přičemž řídicí výstup řídicího obvodu je připojen na řídicí vstup spínacího obvodu.These disadvantages are solved by the connection of a stabilized power supply for suppressing the sinusoidal variation of the line voltage amplitude according to the invention, which consists in that a suppression circuit is connected in parallel to the line voltage terminals. The transformer primary winding is connected to its first terminal and the load is connected to the secondary winding terminals. A rectifier circuit is connected between the second terminal of the transformer primary winding and the second suppression circuit terminal, the output of which is connected in parallel to the switching circuit and the control circuit, the control output of the control circuit being connected to the control input of the switching circuit.

Hlavní výhodou vyřešeného stabilizovaného zdroje je jeho jednoduchost, snadná vyrobitelnost a nastavitelnost. Proto lze tento stabilizovaný zdroj s výhodou použít v širokém oboru aplikací, a to i v amatérské oblasti.The main advantage of the solved stabilized power supply is its simplicity, easy manufacturing and adjustability. Therefore, this stabilized source can be advantageously used in a wide range of applications, even in the amateur field.

Dále popsaný řídicí obvod má kromě své jednoduchosti ještě další výhodu v tom, že ho lze pro stejný rozsah tolerance kolísání sítového napětí nastavit i pro jiná jmenovitá sítová napětí. To může mít značný přínos, především u zařízení, která jsou určena pro napájení jiným, než běžným sítovým napětím. Pouhou změnou výchozí hodnoty při nastavování napětí se dá obvod bez jakýchkoliv úprav zcela analogicky nastavit pro toto sítové napětí na výstupní napětí se stejnou přesností stabilizace.In addition to its simplicity, the control circuit described below has the further advantage that it can also be set for other nominal line voltages for the same range of voltage fluctuation tolerance. This can be of great benefit, especially for devices that are designed to supply power other than mains voltage. By simply changing the default value when adjusting the voltage, the circuit can be set to an output voltage with the same stabilization accuracy, without any modification, for this line voltage.

Příkladné provedení nově vyřešeného stabilizovaného zdroje je schematicky znázorněno na přiložených výkresech, kde je na obr. 1 blokové schéma obr. 2 konkrétní provedení obr. 3 graf časového průběhu napětí na zátěži obr. 4 graf optimálního napětí v bodě 3 obr. 5 graf převodní charakteristiky stabilizovaného zdroje podle vynálezuAn exemplary embodiment of a newly solved stabilized power supply is schematically shown in the accompanying drawings, where in Fig. 1 is a block diagram of Fig. 2 a specific embodiment Fig. 3 graph of stress waveform over time Fig. 4 graph of optimal voltage at point 3 Fig. 5 graph stabilized source according to the invention

Z blokového schématu na obr. 1 je patrné, že paralelně ke svorkám sítového napětí Us je připojen odrušovací obvod 00, přičemž na jeho první svorku je dále připojeno první svorkou primární vinutí transformátoru TR, na jehož svorky sekundárního vinutí je připojena zátěž a mezi druhou svorku primárního vinutí transformátoru TR a druhou svorku odrušovacího obvodu 00 je připojen obvod usměrňovače OU, k jehož výstupu je paralelně připojen spínací obvod S0 a řídicí obvod Ř0. Řídicí výstup řídicího obvodu Ř0 je připojen na řídicí vstup spínacího obvodu SO.The block diagram of FIG. 1 shows that the suppression circuit 00 is connected in parallel to the mains voltage terminals Us, and its first terminal is further connected with the first terminal of the primary winding of the transformer TR, to the secondary winding terminals of which a load is connected. The rectifier circuit OU is connected to the output of the transformer primary winding TR and the second suppression circuit 00 is connected to the output of which the switching circuit S0 and the control circuit Ø0 are connected in parallel. The control output of the control circuit Ø0 is connected to the control input of the switching circuit SO.

Stabilizovaný zdroj podle vynálezu pracuje na principu fázového řízení výkonu v primárním obvodu transformátoru TR. Spínací obvod SO, zapojený za obvodem usměrňovače OU je s transformátorem TR zapojen do série a je spínán v každé půlperiodě sítového napětí Us, přičemž okamžik každého tohoto sepnutí je jednoznačně odvozen z velikosti každé amplitudy sítového napětí Us. Řízení tohoto spínání probíhá automaticky v řídicím obvodu ŘQ. Zpětnému pronikání rušivých kmitočtů do napájecí sítě je zabráněno odrušovacím obvodem 00.The stabilized power supply according to the invention operates on the principle of phase power control in the primary circuit of the transformer TR. The switching circuit SO connected downstream of the rectifier circuit OU is connected in series with the transformer TR and is switched in each half-period of the mains voltage Us, the instant of each switching being unambiguously derived from the magnitude of each amplitude of the mains voltage Us. Control of this switching takes place automatically in the control circuit ŘQ. The interference interference back to the supply network is prevented by the suppression circuit 00.

Obr. 2 znázorňuje konkrétní případ zapojení stabilizovaného zdroje. Odrušovací obvod 00, připojený ke svorkám sítového napětí lis, je tvořen odrušovacími tlumivkami LI a L2 a odrušovacími kondenzátory C3 a C4. Obvod usměrňovače OU, zapojený mezi svorku primárního vinutí transformátoru TR a druhou svorku odrušovacího obvodu 00, je tvořen čtveřicí diod VI, V2, V3, V4 v můstkovém zapojení.Giant. 2 shows a particular case of a stabilized power supply. The suppression circuit 00 connected to the mains voltage terminals of the press consists of suppression chokes L1 and L2 and suppression capacitors C3 and C4. The rectifier circuit OU, connected between the transformer primary winding terminal TR and the second suppression circuit terminal 00, consists of four diodes VI, V2, V3, V4 in a jumper circuit.

K výstupu obvodu usměrňovače 0U je připojen spínací obvod SO, tvořený tyristorem V5 a komutačním členem Rl, CIL. Paralelně ke spínacímu obvodu S0 je dále připojen řídicí obvod Ř0, který je tvořen tranzistory V10, Vil, odpory R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 a R9, kombinací Zenerových diod V6, V7 a V8 a kondenzátorem £2. Toto zapojení představuje upravený tzv. relaxační generátor. Propojení výstupu řídicího obvodu Ř0 se vstupem spínacího obvodu S0 je realizováno připojením řídicí elektrody tyristoru V5 k emitoru tranzistoru. Vil.To the output of the rectifier circuit 0U is connected a switching circuit SO consisting of a thyristor V5 and a commutating member R1, CIL. In parallel to the switching circuit S0, a control circuit 80 is formed, which is formed by transistors V10, V11, resistors R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 and R9, a combination of Zener diodes V6, V7 and V8 and capacitor 62. This connection represents a modified so-called relaxation generator. The connection of the output of the control circuit Ř0 to the input of the switching circuit S0 is realized by connecting the control electrode of the thyristor V5 to the emitter of the transistor. Vil.

Činnost konkrétního zapojení stabilizovaného zdroje podle obr. 2 je možné popsat následujícím způsobem: Sítové napětí Us, jehož efektivní hodnota činí 220 V s tolerancí +10 % až -15 %, tj. oblast 242 V až 187 V, je přiváděno přes odrušovací obvod 00 a přes primární vinutí transformátoru TR do obvodu usměrňovače OU, kde je usměrněno a v podobě kladných půlperiod je dále přiváděno na tyristor V5.The operation of the particular power supply of the stabilized power supply according to Fig. 2 can be described as follows: The mains voltage Us, whose rms value is 220 V with a tolerance of +10% to -15%, ie range 242 V to 187 V, is fed through the interference suppression circuit 00 and via the primary winding of the transformer TR into the rectifier circuit OU, where it is rectified and in the form of positive half-period is further supplied to the thyristor V5.

Tyristor V5 je v každé půlperiodě sítového napětí Us spínán impulsy z řídicího obvodu Ř0. Na emitor tranzistoru V10 je přiváděno pilovité napětí kondenzátoru C2, který se nabíjí přes odpory R4, R5, a to z napětí, stabilizovaného Zenerovými diodami V6, V7,The thyristor V5 is switched by pulses from the control circuit Ø0 in each half-period of the mains voltage Us. The emitter of transistor V10 is supplied with a sawtooth voltage of capacitor C2, which is charged through resistors R4, R5 from the voltage stabilized by Zener diodes V6, V7,

V8. Na bázi téhož tranzistoru V10 je však přes dělič, tvořený odpory R6, R7, R8 přiváděno napětí, které je přímo úměrné sítovému napětí Us.V8. However, on the basis of the same transistor V10, a voltage proportional to the line voltage Us is applied via a divider formed by resistors R6, R7, R8.

Za těchto okolností bude okamžik sepnutí tranzistoru V10 záviset na velikosti amplitudy sítového napětí Us. V každé půlpeřiodě se kondenzátor C2 nabíjí tak dlouho, až hodnota napětí na něm přesáhne hodnotu na bázi tranzistoru VI0 (cca o 0,7 V). Jakmile tento stav nastane, tranzistory V1Q a Vil sepnou a kondenzátor C2 se vybije přes obvod řídicí elektrody tyristoru V5.Under these circumstances, the moment of switching on of transistor V10 will depend on the magnitude of the line voltage amplitude Us. In each semiconductor, capacitor C2 is charged until the voltage on it exceeds the value based on transistor VI0 (approx. 0.7 V). As soon as this condition occurs, transistors V1Q and Vil close and capacitor C2 discharges through the control electrode circuit of the thyristor V5.

Tento sepne a napájecí sítové napětí Us, zmenšené o úbytek na tyristoru V5 a dvou diod VI, V4 nebo V3, V2 v Grátzově můstku usměrňovače OU se objeví na primárním vinutí transformátoru TR. Tím se pochopitelně v daném transformačním poměru i na zátěži. Řídicí obvod Ř0 je sepnutým tyristorem V5 zkratován a po zbytek půlperiody je mimo funkci.This switches on and the supply voltage Us, reduced by the loss on the thyristor V5 and the two diodes V1, V4 or V3, V2 in the rectifier circuit OU of the rectifier OU, appears on the primary winding of the transformer TR. This, of course, in the given transformation ratio and load. The control circuit Ø0 is short-circuited by the switched-on thyristor V5 and is out of function for the remainder of the half-period.

Při zvýšení amplitudy sítového napětí Us se úměrně zvýší v každé půlperiodě i hodnota napětí na bázi transistoru V10, kondenzátor C2 se bude na toto napětí nabíjet po delší dobu a impuls z relaxačního generátoru je fázově opožděn. Ohel otevření tyristoru V5 se zmenší. Naopak při snížení sítového napětí Us se úměrně sníží napětí na bázi tranzistoru V10 a kondenzátor C2 dosáhne této hodnoty za kratší dobu.As the line voltage amplitude Us increases, the value of the transistor V10 voltage increases proportionally in each half-period, the capacitor C2 will charge to this voltage for a longer period of time and the pulse from the relaxation generator is phase delayed. The opening angle of the V5 is reduced. Conversely, when the line voltage Us is reduced, the voltage based on transistor V10 is reduced proportionally and the capacitor C2 reaches this value in a shorter time.

Impuls z relaxačního generátoru spíná tyristor V5 s fázovým předstihem a úhel otevření tyristoru se tentokrát zvýší. Při zvýšení amplitudy sítového napětí Us je tedy na zátěži nesinusové napětí, jehož pulsy mají sice větší amplitudu než při jmenovitém sítovém napětí Us, ale kratší šířku. Naopak při snížení amplitudy sítového napětí Us je na zátěži napětí, jehož pulsy mají menší amplitudu, ale větší šířku.The pulse from the relaxation generator switches the V5 thyristor in advance and the opening angle of the thyristor is increased this time. Thus, when the amplitude of the line voltage Us increases, the load has a non-sinusoidal voltage whose pulses have a greater amplitude than at the rated line voltage Us but a shorter width. Conversely, when the amplitude of the line voltage Us is reduced, the load has a voltage whose pulses have a smaller amplitude but a greater width.

vin

V grafu na obr. 3 je na ose Y nanesena velikost napětí na zátěži U_z v závislosti na Čase t, nanášením na osu X· Graf tedy znázorňuje časový průběh napětí na zátěži U_z·The graph in Fig. 3 shows the magnitude of the stress on the load U _z as a function of time t on the Y-axis. The graph shows the time course of the stress on the load U _z ·

Pro vysoké sítové napětí Us, jejíž efektivní hodnota činí například 242 V, je úhel otevření tyristoru V5 malý, naopak pro efektivní hodnotu sítového napětí 187 V je úhel otevření ? podstatně větší. Výsledná efektivní hodnota napětí na zátěži U_zzůstává přibližně konstantní. Okamžik otevření tyristoru V5 je automaticky určován v řídicím obvodu ftO v závislosti na velikosti amplitudy sítového napětí Us.For the high mains voltage Us, whose rms value is, for example, 242 V, the opening angle of the thyristor V5 is small; considerably larger. The resulting rms value of the load U _z remains approximately constant. The moment of opening of the thyristor V5 is automatically determined in the control circuit ftO depending on the magnitude of the line voltage amplitude Us.

Pokud se pomocí odporů R5 a R7 nastaví napětí na primárním vinutí zatíženého transformá toru TR na hodnotu cca 130 V pak při kolísání sítového napětí Us 220 V o +10 % až -15 % se změní efektivní hodnota na zátěži U^ _ef pouze asi o -1,5 %.If, using resistors R5 and R7, the voltage on the primary winding of the loaded transformer TR is set to a value of about 130 V, if the mains voltage Us 220 V varies by + 10% to -15%, the effective value on the load U ^ _ef changes only about - 1.5%.

Docílení optimální funkce obvodu je dosaženo správným nastavením odporů R5 a R7.The R5 and R7 resistors are set correctly for optimum circuit performance.

Pomocí nich se nastaví na primárním vinutí zatíženého transformátoru TR efektivní hodnota napětí cca 130 V a současně napětí na bázi tranzistoru V10 (bod 3j ^se nastaví na hodnotu odvozenou od hodnoty napětí na Zenerových diodách VI, V2, V3 (bod 2) . Napětí v bodě _2 se měří ještě před zapojením řídicí elektrody tyristoru V5 k řídicímu obvodu ŘO, přičemž jezdec odporu R7 je vytočen do polohy odpovídající nulové hodnotě, jezdec odporu R5 je vytočen na maximum.Using them, the primary voltage of the loaded transformer TR is set to an effective voltage value of approximately 130 V and at the same time to the voltage based on transistor V10 (point 3j ^is set to the value derived from the voltage value of Zener diodes VI, V2, V3). 2 is measured before the thyristor control electrode V5 is connected to the control circuit MA, with the resistor slider R7 turned to a zero position, the slider resistor R5 turned to the maximum.

Naměřené hodnotě U^_D (bod 2) ^se jednoznačně přiřadí optimální hodnota napětí U^ Opt bodu 3 podle grafu, uvedeného na obr. 4, kde je na ose X nanášeno změřené napětí U„_, v bodě 2 a na ose Y hledané optimální napětí U^ Opt· ^s tohoto grafu tedy vyplývá, že například pro změřené napětí v bodě 2, kde UZD - 14 V je pro jmenovité napětí v síti U_g j_men = 220 V optimální hodnota napětí bodu _3 U^ _t = 3,3 V. Nastavením této hodnoty bodu 2 ^a současným udržováním efektivní hodnoty napětí na primárním vinutí transformátoru TR = 130 V je dosaženo optimálních stabilizačních účinků.The measured value U ^ _D (point 2) ^is unambiguously assigned the optimal value of the voltage U ^ Opt point 3 according to the graph shown in Fig. 4, where the measured voltage U "_ is applied on the X-axis. voltage U ^ · Opt ^with this graph it follows that for example, the measured voltage in point 2 where UZD - 14 V is the rated line voltage U _g j = 220 _men optimal voltage value U ^ _3 point _t = 3.3 V. By setting this value of point 2 ^while maintaining the effective voltage value on the transformer primary winding TR = 130 V, optimum stabilization effects are achieved.

Pro jmenovité sítové napětí U . rovné 240 V bude optimální hodnota UÍI . rovna ^c —s jmen ^r —3 optFor rated line voltage. equal to 240 V, the optimal UI value will be. equal to ^c — with names ^{r —} 3 opt

3,08 V; pro jmenovité napětí v síti U_g j_men rovné 230 V se bude tato optimální hodnota napětí bodu _3 rovnat 3,18 V. Obdobně by bylo možné nastavit tyto hodnoty v bodě 3. i pro jiná jmenovitá sítová napětí.3.08 V; for the mains voltage U _g j equal to 230 _men will this optimum value _3 point voltage equal to 3.18 V. Similarly, it would be possible to set these values in 3. for other nominal mains voltage.

Na obr. 5 je uveden graf, vyjadřující převodní charakteristiku stabilizovaného zdroje podle vynálezu. Na ose X je naneseno sítové napětí Us, na ose Y poměrné napětí na zátěžiFIG. 5 is a graph showing the conversion characteristics of a stabilized power source according to the invention. On the X axis, the line voltage Us is applied, on the Y axis the relative voltage is applied to the load

U vyjádřené v procentech hodnoty jmenovitého napětí na zátěži U . Například pro z z jmen jmenovité napětí zátěže 12 V bude při sífovém napětí Us, rovnajícím se 242 V i 187 V, napětí na zátěži U_z rovno hodnotě cca U_z j_men -1,5 %, tedy cca 11,82 V. Odchylka má u obou mezí tolerančního pole záporné znaménko, takže napětí na zátěži U_z vždy klesá.Expressed as a percentage of the rated load voltage. For example, the names zz Rated load voltage of 12 V when the voltage Us Šífová equal to 242 V and 187 V, the load voltage U equal to the value _of U _of about 1.5% j _smaller, or about 11.82 V. Deviation has for both limits of the tolerance field a negative sign, so that the voltage at the load U _z always decreases.

To má příznivý vliv například na životnost žárovek.This has a beneficial effect, for example, on lamp life.

Popsaný stabilizovaný zdroj je vhodný k použití pro všechna regulační, měřící a osvětlovací zařízení, u kterých není žádoucí kolísání amplitudy sítového napětí a kde není na závadu nesinusový průběh stabilizovaného napětí.The described stabilized power supply is suitable for use in all control, measuring and lighting devices where fluctuations in the line voltage amplitude are not desirable and where the non-sinusoidal stabilized voltage waveform is not impaired.

Claims

A stabilized power supply circuit for suppressing the sinusoidal amplitude of the line voltage, characterized in that a suppression circuit (00) is connected in parallel to the line voltage terminals (Us) and its first terminal is further connected by the first terminal of the transformer primary winding (TR). a load is connected to the secondary winding terminals and a rectifier circuit (OU) is connected between the second transformer primary winding (TR) terminal and the second suppression circuit terminal (00), the output of which is connected in parallel with the switching circuit (S0) and control circuit (Ø0) ), the control output of the control circuit (MA) being connected to the control input of the switching circuit (S0).