PL232594B1 - Układ zasilający, zwłaszcza w licznikach energii elektrycznej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ zasilający, zwłaszcza do liczników energii elektrycznej, korzystnie mający zastosowanie w jedno lub wielofazowych przetwornikach i miernikach mocy oraz urządzeniach do pomiaru energii elektrycznej, w których do zasilania wykorzystywane są transformatory sieciowe.

W znanych konstrukcjach konwencjonalnego zasilacza sieciowego, zawierającego transformator sieciowy, występuje problem zasilania w przypadku oddziaływania na zasilacz silnym polem magnetycznym, na przykład za pomocą magnesu neodymowego. Rdzeń transformatora ulega nasyceniu, a sprawność transformacji energii z uzwojenia pierwotnego do wtórnego spada, co w efekcie powoduje, że brakuje energii zasilającej układ elektroniczny po stronie niskonapięciowej i urządzenie przestaje działać.

Znane są zasilacze transformatorowe, w których w celu zwiększenia odporności na zewnętrzne pole magnetyczne stosowane są specjalne ekrany ferromagnetyczne, nad i pod transformatorem lub otaczające transformator ze wszystkich stron.

Znane są również zasilacze beztransformatorowe, nie zawierające elementów indukcyjnych podatnych na oddziaływanie zewnętrznego pola magnetycznego, z rezystorem lub kondensatorem szeregowym, popularnie nazywanym zasilaczem typu „RC”, w których, w czasie normalnej pracy sprawność dostarczania energii jest znacznie niższa niż w zasilaczu transformatorowym.

Układ zasilający, zwłaszcza w licznikach energii elektrycznej, według wynalazku zawierający transformator sieciowy, prostownik i kondensator filtrujący, charakteryzuje się tym, że początek lub koniec uzwojenia pierwotnego transformatora połączony jest z anodą pierwszej diody prostowniczej, katodą drugiej diody prostowniczej, pierwszym zaciskiem diody zabezpieczającej oraz pierwszym zaciskiem rezystora. Drugi zacisk rezystora połączony jest z bazą tranzystora, ponadto katoda pierwszej diody prostowniczej połączona jest z wyjściem dodatnim prostownika i katodą trzeciej diody prostowniczej. Anoda drugiej diody prostowniczej połączona jest z emiterem tranzystora oraz zaciskiem ujemnym kondensatora. Anoda trzeciej diody prostowniczej połączona jest z dodatnim zaciskiem kondensatora oraz z katodą czwartej diody prostowniczej. Drugi zacisk diody zabezpieczającej, kolektor tranzys tora i anoda czwartej diody prostowniczej są połączone z masą.

W odmianie wynalazku układ zasilający, zwłaszcza w licznikach energii elektrycznej, zawierający dwójnik i kondensator filtrujący, charakteryzuje się tym, że początek lub koniec dwójnika połączony jest z anodą pierwszej diody prostowniczej, katodą drugiej diody prostowniczej, pierwszym zaciskiem diody zabezpieczającej oraz pierwszym zaciskiem rezystora. Drugi zacisk rezystora połączony jest z bazą tranzystora. Katoda pierwszej diody prostowniczej połączona jest z katodą trzeciej diody prostowniczej, zaś anoda drugiej diody prostowniczej połączona jest z emiterem tranzystora oraz zaciskiem ujemnym kondensatora. Anoda trzeciej diody prostowniczej połączona jest z dodatnim zaciskiem kondensatora oraz z katodą czwartej diody prostowniczej. Drugi zacisk diody zabezpieczającej, kolektor tranzystora i anoda czwartej diody prostowniczej są połączone z masą.

Proponowane rozwiązanie pozwala na zasilanie układu elektronicznego licznika energii elektrycznej lub innego urządzenia elektrycznego pomimo oddziaływania na zasilacz z transformatorem sieciowym, zewnętrznym silnym polem magnetycznym, na przykład magnesem neodymowym.

Układ dedykowany jest do zasilania obwodów licznika bez oddzielenia galwanicznego od sieci zasilającej.

Układ dodatkowo odzyskuje energię z ujemnej części przebiegu napięcia zasilającego, co nie jest możliwe w przypadku prostego zasilacza, w którym jeden z zacisków zasilania sieciowego jest bezpośrednio połączony z częścią niskonapięciową urządzenia. Układ odzysku energii z ujemnej części przebiegu napięcia zasilającego może być również zastosowany w konstrukcji prostego zasilacza z szeregowym dwójnikiem, w którym konieczne jest połączenie galwaniczne jednego z zacisków sieciowych z pozostałą częścią zasilanego układu.

Wynalazek w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ zasilania w licznikach energii elektrycznej z transformatorem sieciowym, prostownikiem i kondensatorem filtrującym, zaś fig. 2 - układ zasilania z zasilaczem z dwójnikiem szeregowym.

Układ zasilający według wynalazku zawiera transformator sieciowy TR, prostownik BR, kondensator filtrujący C2, diodę ograniczającą napięcie D1, pierwszą diodę prostowniczą D2 oraz układ odzyskiwania energii z ujemnej połowy przebiegu napięcia zasilającego, złożony z rezystora R1, diod prostowniczych, drugiej D3, trzeciej D4 i czwartej D5, tranzystora Q1 i kondensatora C1.

PL 232 594 B1

W układzie zasilającym początek lub koniec uzwojenia pierwotnego p transformatora TR połączony jest z anodą pierwszej diody prostowniczej D2, katodą drugiej diody prostowniczej D3, pierwszym zaciskiem diody zabezpieczającej D1 oraz pierwszym zaciskiem rezystora R1. Drugi zacisk rezystora R1 połączony jest z bazą tranzystora Q1. Katoda pierwszej diody prostowniczej D2 połączona jest z wyjściem dodatnim prostownika BR, katodą trzeciej diody prostowniczej D4 oraz dodatnim zaciskiem kondensatora filtrującego C2. Anoda drugiej diody prostowniczej D3 połączona jest z emiterem tranzystora Q1 oraz zaciskiem ujemnym kondensatora C1. Anoda trzeciej diody prostowniczej D4 połączona jest z dodatnim zaciskiem kondensatora C1 oraz z katodą czwartej diody prostowniczej D5. Drugi zacisk diody zabezpieczającej D1, kolektor tranzystora Q1 i anoda czwartej diody prostowniczej D5 są połączone z masą.

W odmianie układu zasilającego według wynalazku koniec dwójnika 1, który może stanowić dowolne połączenie rezystorów i/lub kondensatorów i/lub cewek indukcyjnych, połączony jest z anodą pierwszej diody prostowniczej D2, katodą drugiej diody prostowniczej D3, pierwszym zaciskiem diody zabezpieczającej D1 oraz pierwszym zaciskiem rezystora R1. Drugi zacisk rezystora R1 połączony jest z bazą tranzystora Q1. Katoda pierwszej diody prostowniczej D2 połączona jest z doda tnim zaciskiem kondensatora filtrującego C2 i katodą trzeciej diody prostowniczej D4. Anoda drugiej diody prostowniczej D3 połączona jest z emiterem tranzystora Q1 oraz zaciskiem ujemnym kondensatora C1. Anoda trzeciej diody prostowniczej D4 połączona jest z dodatnim zaciskiem kondensatora C1 oraz z katodą czwartej diody prostowniczej D5. Drugi zacisk diody zabezpieczającej D1, kolektor tranzystora Q1 i anoda czwartej diody prostowniczej D5 są połączone z masą.

W pierwszym przykładzie realizacji wynalazku w czasie normalnej pracy układu, bez oddziaływania pola magnetycznego, sprawność transformacji transformatora TR jest wysoka, a urządzenie po stronie stałego napięcia DC zasilane jest głównie poprzez uzwojenie wtórne s transformatora TR oraz prostownik BR. Prąd zasilający przepływający przez uzwojenie pierwotne p transformatora TR oraz diodę zabezpieczającą D1 jest niewielki. W sytuacji gdy rdzeń transformatora TR ulega namagnesowaniu na skutek przyłożonego z zewnątrz pola magnetycznego, na przykład za pomocą magnesu neodymowego, sprawność transformacji spada. W tradycyjnym rozwiązaniu w tym przypadku napięcie wyjściowe transformatora na uzwojeniu wtórnym s transformatora TR spada poniżej wartości umożliwiającej poprawną pracę urządzenia. Jednocześnie impedancja uzwojenia pierwotnego p transformatora TR znacząco maleje, a prąd zasilający przepływający przez uzwojenie pierwotne p transformatora TR wzrasta i zaczyna zależeć głównie od rezystancji tego uzwojenia. Prąd zasilający przepływający przez uzwojenie pierwotne p transformatora TR wzrasta do wartości potrzebnej do zasilenia urządzenia po stronie DC. Główną rolę w przekazywaniu energii zasilającej z sieci AC do części DC przejmuje uzwojenie pierwotne p transformatora TR oraz dodatkowy obwód złożony z elementów, diod D1, D2, D3, D4 i D5, tranzystora Q1, rezystora R1 i kondensatora C1.

Gdy wartość szczytowa napięcia przemiennego na diodzie zabezpieczającej D1 zaczyna przekraczać poziom napięcia DC dostarczanego z uzwojenia wtórnego s transformatora TR poprzez prostownik BR, dodatnia połówka napięcia przemiennego pojawiająca się na diodzie zabezpieczającej D1 przekazywana jest do dalszej części układu przez pierwszą diodę prostowniczą D2. Obwód złożony z elementów: Q1, R1, C1, D3, D4 i D5 odzyskuje energię z ujemnej połowy przebiegu. Ujemna połówka napięcia przemiennego pojawiająca się na diodzie zabezpieczającej D1, poprzez drugą diodę prostowniczą D3 oraz czwartą diodę prostowniczą D5 ładuje kondensator C1. W trakcie trwania dodatniej połówki napięcia przemiennego pojawiającej się na diodzie zabezpieczającej D1 poprzez rezystor R1 odblokowany zostaje tranzystor Q1, który zwiera ujemny zacisk kondensatora C1 do masy. Dzięki temu energia zgromadzona w kondensatorze C1 poprzez trzecią diodę prostowniczą D4 jest przekazywana do obwodu DC.

W innym przykładzie realizacji wynalazku zamiast transformatora i prostownika BR zastosowany jest dwójnik 1, a układ służy do odzyskiwania ujemnej połówki prądu zasilającego, co podnosi sprawność zasilacza. Obwód złożony z elementów: Q1, R1, C1, D3, D4 i D5 odzyskuje energię z ujemnej połowy przebiegu. Ujemna połówka napięcia przemiennego pojawiająca się na diodzie zabezpieczającej D1, poprzez drugą diodę prostowniczą D3 oraz czwartą diodę prostowniczą D5 ładuje kondensator C1. W trakcie trwania dodatniej połówki napięcia przemiennego pojawiającej się na diodzie zabezpieczającej D1 poprzez rezystor R1 odblokowany zostaje tranzystor Q1, który zawiera ujemny zacisk kondensatora C1 do masy. Dzięki temu energia zgromadzona w kondensatorze C1 poprzez trzecią diodę prostowniczą D4 jest przekazywana do obwodu DC.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ zasilający, zwłaszcza w licznikach energii elektrycznej, zawierający transformator sieciowy, prostownik i kondensator filtrujący, znamienny tym, że początek lub koniec uzwojenia pierwotnego (p) transformatora (TR) połączony jest z anodą pierwszej diody prostowniczej (D2), katodą drugiej diody prostowniczej (D3), pierwszym zaciskiem diody zabezpieczającej (D1) oraz pierwszym zaciskiem rezystora (R1), natomiast drugi zacisk rezystora (R1) połączony jest z bazą tranzystora (Q1), ponadto katoda pierwszej diody prostowniczej (D2) połączona jest z wyjściem dodatnim (+) prostownika (BR) i katodą trzeciej diody prostowniczej (D4), zaś anoda drugiej diody prostowniczej (D3) połączona jest z emiterem tranzystora (Q1) oraz zaciskiem ujemnym kondensatora (C1), a anoda trzeciej diody prostowniczej (D4) połączona jest z dodatnim zaciskiem kondensatora (C1) oraz z katodą czwartej diody prostowniczej (D5), ponadto drugi zacisk diody zabezpieczającej (D1), kolektor tranzystora (Q1) i anoda czwartej diody prostowniczej (D5) są połączone z masą.
2. 2. Układ zasilający, zwłaszcza w licznikach energii elektrycznej zawierający dwójnik i kondensator filtrujący, znamienny tym, że początek lub koniec dwójnika (1) połączony jest z anodą pierwszej diody prostowniczej (D2), katodą drugiej diody prostowniczej (D3), pierwszym zaciskiem diody zabezpieczającej (D1) oraz pierwszym zaciskiem rezystora (R1), natomiast drugi zacisk rezystora (R1) połączony jest z bazą tranzystora (Q1), ponadto katoda pierwszej diody prostowniczej (D2) połączona jest z katodą trzeciej diody prostowniczej (D4), zaś anoda drugiej diody prostowniczej (D3) połączona jest z emiterem tranzystora (Q1) oraz zaciskiem ujemnym kondensatora (C1), a anoda trzeciej diody prostowniczej (D4) połączona jest z dodatnim zaciskiem kondensatora (C1) oraz z katodą czwartej diody prostowniczej (D5), ponadto drugi zacisk diody zabezpieczającej (D1), kolektor tranzystora (Q1) i anoda czwartej diody prostowniczej (D5) są połączone z masą.