Безтрансформаторне джерело електроживлення

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания, в частности, предназначенным для питания электронных счетчиков электроэнергии, электронных вольтметров и ваттметров, различных реле защиты и автоматики, питаемых от контролируемой сети. Основной особенностью таких устройств является наличие общей точки с сетью. Известны источники питания, содержащие трансформатор, выпрямитель и фильтр (1). Наличие трансформатора позволяет при необходимости соединить нейтральный провод сети с общей точкой источника. Однако именно наличие трансформатора является основным недостатком таких источников, так как увеличивает их габариты и стоимость. Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является бестрансформаторные источники питания, содержащие балластный элемент (резистор или чаще конденсатор) для гашения избыточного напряжения, а также выпрямитель и фильтр (2). При двухполупериодном выпрямлении такие источники не имеют общей точки с сетью. Общую точку можно создать при однополупериодном выпрямлении (1), однако в этом случае вдвое уменьшается выходная мощность источника и возрастают пульсации выходного напряжения. Задачей изобретения является создание бестрансформаторного источника электропитания, имеющего общую точку с сетью, и с выходной мощностью и коэффициентом пульсаций практически соответствующим двухполупериодному выпрямлению, т. в. уменьшение коэффициента пульсаций. Поставленная задача решается в бестрансформаторном источнике питания, содержащем балластный элемент и симметричные преобразовательные блоки (один или два - по числу полярностей выходных напряжений), каждый из которых состоит из выпрямительного диода и фильтрующего конденсатора и дополнительно содержит накопительный конденсатор, два развязывающих диода, транзистор с типом проводимости обратной полярности выходного напряжения, и два резистора, причем развязывающие диоды включены согласно и последовательно между собой и с полярностью обратной выходному напряжению параллельно фильтрующему конденсатору, накопительный конденсатор включен одной обкладкой к средней точке развязывающих диодов, а другой вместе с эмиттером транзистора - к выпрямительному диоду со стороны выпрямленного тока, база транзистора через один из резисторов подсоединена к выпрямительному диоду со стороны переменного тока, а коллектор через другой резистор - к фильтрующему конденсатору. Именно за счет введения накопительного конденсатора, двух развязывающих диодов, транзистора и двух резисторов и соответствующего вышеуказанного подсоединения к другим элементам схемы решается задача создания бестрансформаторного источника питания, имеющего общую точку с сетью; и с выходной мощностью и коэффициентом пульсаций, практически соответствующим двухполупериодному выпрямлению. Действительно, применение накопительного конденсатора, подзаряжающегося синхронно и тем же током с фильтрующим конденсатором и отдающего ему часть своего заряда при закрытом выпрямительном диоде, создает эффект двухполупериодного выпрямления. Принципиальная электрическая схема устройства в двухканальном (с положительной и отрицательной полярностью выходного напряжения) исполнении показана на чертеже). Заявляемое устройство содержит балластный элемент 1 (резистор или конденсатор, иногда может быть применена индуктивность) и два симметричных преобразовательных блока 2 и 3 (для положительной и отрицательной полярности выходного напряжения, соответственно). Каждый преобразовательный блок содержит выпрямительный диод 4, накопительный 5 и фильтрующий 6 конденсаторы, развязывающие диоды 7 и 8, транзистор 9 (р п р - для положительной и п р п - для отрицательной полярностей выходного напряжения) и резисторы 10,11. Сетевое напряжение (как правило, 220 В) подается в преобразовательные блоки 2, 3 через балластный элемент, служащий для гашения избыточного напряжения, так как выходное напряжение источника, снимаемое с конденсатора 6, составляет обычно 6-20 В (для питания электронных схем). Развязывающие диоды 7, 8 включены согласно последовательно между собой и с полярностью обратной выходному напряжению параллельно конденсатору 6. Конденсатор 5 подключен между средней точкой диодов 7 и 8 и общей точкой диода 4 и эмиттера транзистора 9, база которого через резистор 10 подключается к диоду 4 со стороны переменного тока, а коллектор через резистор 11 к конденсатору 6. Поскольку схема симметрична рассмотрим ее работу для одного, например, положительного выходного напряжения (блок 2). В установившемся режиме в положительную полуволну тока, когда диод 4 открыт, накопительный 5 и фильтрующий 6 конденсаторы включены последовательно и подзаряжаются от сети через балластный элемент 1 и открытые диоды 4 и 7. При этом диод 8 и транзистор 9 закрыты, т. к. к его базе прикладывается прямое падение напряжения на диоде 4 положительной полярности относительно эмиттера. В отрицательную полуволну тока, когда диоды 4 и 7 закрыты, открывается транзистор 9 (за счет базового тока под действием отрицательного напряжения на диоде 4) и конденсатор 5 через транзистор 9, резистор 10 и диод 8 отдает часть своего заряда конденсатору 6, т. е. конденсатор 6 подзаряжается в оба полупериода сетевого напряжения. При относительно малом в сравнении с напряжением сети напряжении на конденсаторах 5 и 6 сеть и балластный элемент по существу является источником тока, поэтому мощность заявляемого устройства и соответственно коэффициент пульсаций оказываются практически такими же, что и при двухполупериодном выпрямлении, при этом выходные напряжения имеют общую точку с сетью. При необходимости каждый канал может быть снабжен стабилизатором выходного напряжения (на схеме не показано). В одноканальном исполнении при использовании в качестве балластного элемента 1 конденсатора или индуктивности целесообразно для возврата реактивной энергии в сеть устанавливать диод 12 (как показано на фиг. 1 пунктиром - для положительного выходного напряжения).