RU2251200C2 - Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion - Google Patents

Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion Download PDF

Info

Publication number
RU2251200C2
RU2251200C2 RU2002133155/09A RU2002133155A RU2251200C2 RU 2251200 C2 RU2251200 C2 RU 2251200C2 RU 2002133155/09 A RU2002133155/09 A RU 2002133155/09A RU 2002133155 A RU2002133155 A RU 2002133155A RU 2251200 C2 RU2251200 C2 RU 2251200C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
output
rectifier
control unit
cell
Prior art date
Application number
RU2002133155/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002133155A (en
Inventor
Г.В. Кожуховский (RU)
Г.В. Кожуховский
Original Assignee
Кожуховский Георгий Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кожуховский Георгий Васильевич filed Critical Кожуховский Георгий Васильевич
Priority to RU2002133155/09A priority Critical patent/RU2251200C2/en
Publication of RU2002133155A publication Critical patent/RU2002133155A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2251200C2 publication Critical patent/RU2251200C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering; secondary power supplies for various applications.
SUBSTANCE: proposed method boils down to dividing each half-cycle of supply mains voltage into n time intervals; dividing source voltage into n equal voltage components including change of their values by definite number of times; separating absolute values of components and changing instant absolute voltage values during each interval by adding instant absolute values of voltage and current components conditioned by absolute values of voltage components. In addition, amplitudes of m or 2m components may amount to 1/2m of remaining ones. Origin of each of n intervals and their quantity are found from relevant formulas. Device implementing this method has power transformer with n or n/2 secondary windings connected, respectively, to n or n/2 rectifying elements. First and second outputs of elements are interconnected by two series circuits set up of n - 1 or (n/2) - 1 diodes and every second output of element is connected to first output of next one through n - 1 or (n/2) - 1 semiconductor switch. Control inputs of switches are connected to control unit. Signals arriving from control unit function to set rectifying element in series and/or parallel mode of operation during each interval of half-cycle.
EFFECT: reduced distortions of input current waveform and enlarged functional capabilities.
18 cl, 16 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано как для питания различной радио-электронной аппаратуры, так и в промышленности в силовых цепях выпрямителей.The invention relates to electrical engineering, in particular to sources of secondary power supply, and can be used both for powering various radio-electronic equipment, and in industry in rectifier power circuits.

Известен способ преобразования напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока и устройство для его осуществления (см. авт. свид. СССР №966828, МКИ Н 02 М 7/02, 1982). Он включает операции разбиения каждого полупериода исходного напряжения на временные интервалы, при этом каждый интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений исходного напряжения, и выделения абсолютных значений напряжения переменного тока.A known method of converting AC voltage to DC voltage and a device for its implementation (see ed. Certificate. USSR No. 966828, MKI N 02 M 7/02, 1982). It includes the operations of dividing each half-period of the initial voltage into time intervals, with each interval consisting of two sections located symmetrically with respect to the amplitude values of the initial voltage, and extracting the absolute values of the alternating current voltage.

В этом способе разбиения на временные интервалы производят на стороне исходного напряжения, что требует применения высоковольтных селекторов временных интервалов и полупроводниковых ключей. Разделение на составляющие и изменения мгновенных значений переменного напряжения производят за счет дополнительных трансформаторов, что увеличивает массу и габариты устройства. Операцию сложения проводят с переменным напряжением, что не позволяет производить сложение токов.In this method, time intervals are produced on the side of the initial voltage, which requires the use of high voltage time interval selectors and semiconductor switches. The separation into components and changes in the instantaneous values of the alternating voltage are produced by additional transformers, which increases the mass and dimensions of the device. The addition operation is carried out with alternating voltage, which does not allow the addition of currents.

В качестве прототипа выбран способ преобразования напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока (см. авт. свид. СССР №1451822, МКИ Н 02 М 7/12, 1989), включающий операции разбиения каждого полупериода напряжения на временные интервалы, при этом каждый интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений исходного напряжения, выделения абсолютных значений составляющих напряжений и сложение токов, обусловленных выделенными абсолютными значениями составляющих.As a prototype, the method of converting AC voltage to DC voltage (see ed. Certificate of the USSR No. 1451822, MKI N 02 M 7/12, 1989), including the operation of dividing each voltage half-period into time intervals, each interval consisting of from two sections located symmetrically relative to the amplitude values of the initial voltage, the allocation of the absolute values of the component voltages and the addition of currents due to the selected absolute values of the components.

В этом способе операцию разбиения каждого полупериода напряжения на временные интервалы производят на стороне исходного напряжения, что требует применения в ряде случаев высоковольтных селекторов временных интервалов и полупроводниковых ключей. Разбиение на временные интервалы производится без учета соотношения мгновенных абсолютных значений напряжений с постоянным выходным напряжением, что приводит к искажению потребляемого тока.In this method, the operation of dividing each half-period of voltage into time intervals is performed on the side of the initial voltage, which requires the use in some cases of high-voltage selectors of time intervals and semiconductor switches. The division into time intervals is carried out without taking into account the ratio of the instantaneous absolute values of the voltages with a constant output voltage, which leads to a distortion of the current consumption.

Устройство для осуществления этого способа содержит сетевой трансформатор, n выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит мостовый выпрямитель, входами подключенный к вторичной обмотке, размещенной на трансформаторе.A device for implementing this method comprises a network transformer, n rectifier cells, each of which contains a bridge rectifier, connected to the secondary windings located on the transformer by inputs.

Разделение на составляющие и изменения мгновенных значений переменного напряжения производят за счет n-1 дополнительных трансформаторов, которые работают только часть полупериода, что увеличивает массу и габариты устройства. Составляющие работают только в режиме сложения токов в нагрузке.The separation into components and changes in the instantaneous values of the alternating voltage is carried out due to n-1 additional transformers that operate only part of the half-cycle, which increases the mass and dimensions of the device. Components work only in the mode of addition of currents in the load.

В качестве прототипа выбрано устройство (см. Патент России №1561069, МКИ G 05 F 1/56, 1993), содержащее трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу выпрямителя, n/2 выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит диод, первый полупроводниковый ключевой элемент, мостовой выпрямитель и обмотку с отводом от середины, размещенную на трансформаторе, при этом концы этой обмотки подключены к входу мостового выпрямителя, а диод и первый ключевой элемент включены последовательно между отводом обмотки и первым выходом мостового выпрямителя, при этом точка соединения диода и первого ключевого элемента выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов первой последовательной цепи, а вторые выходы мостовых выпрямителей n/2 выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход мостового выпрямителя n/2-ой выпрямительной ячейки соединен с общим проводом, а точка соединения диода и первого ключевого элемента первой выпрямительной ячейки соединена с конденсатором фильтра и выходом выпрямителя, кроме того, (n/2)-1 вторых полупроводниковых ключевых элементов соединяют второй выход мостового выпрямителя каждой из (n/2)-1 выпрямительных ячеек с точкой соединения диода и первого ключевого элемента следующей выпрямительной ячейки,A device was selected as a prototype (see Russian Patent No. 1561069, MKI G 05 F 1/56, 1993), containing a transformer, a filter capacitor connected to the rectifier output, n / 2 rectifier cells, each of which contains a diode, the first semiconductor key an element, a bridge rectifier and a winding with a tap from the middle, placed on the transformer, while the ends of this winding are connected to the input of the bridge rectifier, and the diode and the first key element are connected in series between the tap of the winding and the first output of the bridge rectifier, etc. this connection point of the diode and the first key element of the rectifier cells are connected in series through (n / 2) -1 of the corresponding diodes of the first series circuit, and the second outputs of the bridge rectifiers n / 2 rectifier cells are connected in series through (n / 2) -1 of the corresponding diodes of the second series circuit, and the second output of the bridge rectifier of the n / 2nd rectifier cell is connected to a common wire, and the connection point of the diode and the first key element of the first rectifier cell is connected to the filter capacitor output of the rectifier, in addition, (n / 2) -1 second key semiconductor elements connect the second output of the bridge rectifier of each of (n / 2) -1 rectifier diode cells with the point of the first compound and the key element next cell rectifier,

В этом устройстве выпрямительные ячейки включаются последовательно или параллельно, а т.к. выпрямитель работает в режиме получения n ступеней постоянного напряжения, то управляющий сигнал на ключи формируется в соответствии с выходным постоянным напряжением и не зависит от величины и формы сетевого напряжения, это приводит к тому, что форма потребляемого тока соответствует форме тока обычного выпрямителя, т.е. форма тока имеет большие искажения.In this device, rectifier cells are connected in series or in parallel, and since the rectifier operates in the mode of obtaining n steps of constant voltage, the control signal to the keys is formed in accordance with the output constant voltage and does not depend on the size and shape of the mains voltage, this leads to the fact that the shape of the current consumption corresponds to the current shape of a conventional rectifier, i.e. . the shape of the current has large distortions.

Задачей изобретения является уменьшение искажений формы потребляемого тока и расширения функциональных возможностей при работе выпрямителя на емкостной фильтр.The objective of the invention is to reduce the distortion of the shape of the current consumption and to expand the functionality during operation of the rectifier on a capacitive filter.

Поставленная задача достигается тем, что согласно способу преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, включающему операции разбиения каждого полупериода напряжения на n временных интервалов, при этом каждый интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений исходного напряжения, выделения абсолютных значений составляющих напряжений и сложение токов, обусловленных выделенными абсолютными значениями составляющих, в начале производят деление исходного напряжения на n равных составляющих напряжений с изменением значений составляющих напряжения в определенное число раз, затем производят выделения абсолютных значений измененных составляющих напряжений, после этого в каждом интервале производят изменения общего мгновенного абсолютного значения напряжений, путем сложения мгновенных абсолютных значений составляющих напряжений и токов, обусловленных абсолютными значениями составляющих напряжений, и начало (ti) каждого из n интервалов, кроме первого, определяют из формулThe problem is achieved in that according to the method of converting AC voltage to DC voltage, including the operation of dividing each half-period of voltage into n time intervals, each interval consists of two sections located symmetrically with respect to the amplitude values of the initial voltage, highlighting the absolute values of the component voltages and the addition of currents due to the selected absolute values of the components at the beginning produce the division of the initial voltage n equal component voltages with a change in the values of the voltage components a certain number of times, then the absolute values of the changed voltage components are extracted, then in each interval the total instantaneous absolute values of the voltages are changed by adding the instantaneous absolute values of the component voltages and currents due to absolute the values of the component voltages, and the beginning (t i ) of each of the n intervals, except the first, is determined from the formulas

ti=arcsin(U=/BiU2), и/илиt i = arcsin (U = / B i U 2 ), and / or

ti=arcsin{(rвн.(i-1)-Kпirвн.i)U=/(rвн.(i-1)Bi-Kпirвн.iB(i-1))U2},t i = arcsin {(r ext. (i-1) -K pi r extra.i ) U = / (r ext. (i-1) B i -K pi r r.i B (i-1) ) U 2 },

где n≥i>1, Bi=(n-i+1), B(i-1)=(n-i+2), U= - постоянное выходное напряжение, U2 - максимальное значение составляющей напряжения, rвн.i и rвн.(i-1) - суммарное внутреннее сопротивление всех составляющих соответственно в i-ом и i-1 интервале; Кпi - коэффициент перехода, определяемый отношением тока в начале i-того интервала (I(i).н) к току в конце предыдущего (I(i-1)к) и кроме этого из всех n составляющих напряжений m или 2m получены при условии, что амплитуда каждой из этих составляющих равна U2/2m и разбиение производится на (n-m)2m или (n-2m+1)2m-1 интервала и начало (ti) каждого из этих интервалов определяют по формулам при условии, чтоwhere n≥i> 1, B i = (n-i + 1), B (i-1) = (n-i + 2), U = is the constant output voltage, U 2 is the maximum value of the voltage component, r int .i and r int. (i-1) - total internal resistance of all components in the i-th and i-1 interval, respectively; To pi is the transition coefficient determined by the ratio of the current at the beginning of the i-th interval (I (i) .н ) to the current at the end of the previous (I (i-1) к ) and, in addition, from all n components of the voltage, m or 2m are obtained at provided that the amplitude of each of these components is equal to U 2/2 m and is made on the partition (nm) 2 m or (n-2m + 1) 2 m -1 interval and the beginning (t i) of each of these intervals is determined according to the formulas at provided that

если (n-m)2m, то Вi=(n+1-m-i/2m), B(i-1)=(n+1+1/2m-m-i/2m), и n>m и/илиif (nm) 2 m , then B i = (n + 1-mi / 2 m ), B (i-1) = (n + 1 + 1/2 m -mi / 2 m ), and n> m and /or

если (n-2m+1)2m-1, то при m=1 Вi=(n-0,5-i/2), B(i-1)=(n-i/2),if (n-2m + 1) 2 m -1, then for m = 1 V i = (n-0,5-i / 2), B (i-1) = (ni / 2),

а при m>1 Bi=(n-2m-1-1/2m-i/2m), В(i-1)=(n-2m-i/2m), и n>2m.and for m> 1 B i = (n-2 m-1 -1/2 m -i / 2 m ), B (i-1) = (n-2m-i / 2 m ), and n> 2m.

Предложенный способ может быть осуществлен устройством, содержащим трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу выпрямителя, n выпрямительных ячеек, содержащих мостовой выпрямитель, входами подключенный к обмотке, размещенной на трансформаторе, второй выход которого соединен со вторым выходом ячейки, первые выхода ячеек соединены последовательно через n-1 соответствующих диодов первой последовательной цепи, вторые выхода - через n-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход n-ой выпрямительной ячейки соединен с общим проводом, а первый выход первой ячейки соединен с конденсатором фильтра и выходом выпрямителя, кроме того, n-1 полупроводниковых ключевых элементов соединяют второй выход каждой из n-1 выпрямительных ячеек с первым выходом следующей, а первый выход мостового выпрямителя подключен к первому выходу ячейки и дополнительно введен блок управления, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, второй - к первому выходу n-ой выпрямительной ячейки, а выходы - к управляющим входам ключевых элементов.The proposed method can be implemented by a device containing a transformer, a filter capacitor connected to the output of the rectifier, n rectifier cells containing a bridge rectifier, inputs connected to a winding located on the transformer, the second output of which is connected to the second output of the cell, the first outputs of the cells are connected in series through n-1 corresponding diodes of the first series circuit, second outputs through n-1 of the corresponding diodes of the second series circuit, the second output of the nth rectifying the first cell is connected to the common wire, and the first output of the first cell is connected to the filter capacitor and the output of the rectifier, in addition, n-1 semiconductor key elements connect the second output of each of the n-1 rectifier cells to the first output of the next, and the first output of the bridge rectifier is connected a control unit is introduced to the first output of the cell, the first input of which is connected to the output of the rectifier, the second to the first output of the nth rectifier cell, and the outputs to the control inputs of key elements.

Кроме этого способ может быть осуществлен устройством, содержащим трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу выпрямителя, n/2 выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит диод, первый полупроводниковый ключевой элемент, мостовой выпрямитель и обмотку с отводом от середины, размещенную на трансформаторе, при этом концы этой обмотки подключены к входу мостового выпрямителя, а диод и первый ключевой элемент включены последовательно между отводом обмотки и первым выходом мостового выпрямителя, при этом точка соединения диода и первого ключевого элемента выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов первой последовательной цепи, а вторые выходы мостовых выпрямителей n/2 выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход мостового выпрямителя n/2-ой выпрямительной ячейки соединен с общим проводом, и при этом точка соединения диода и первого ключевого элемента первой выпрямительной ячейки соединена с конденсатором фильтра и выходом выпрямителя, кроме того, (n/2)-1 вторых полупроводниковых ключевых элементов соединяют второй выход мостового выпрямителя каждой из (n/2)-1 выпрямительных ячеек с точкой соединения диода и первого ключевого элемента следующей выпрямительной ячейки, дополнительно в него введен блок управления, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, второй - к отводу от середины n/2-ой выпрямительной ячейки, а выходы - к управляющим входам ключевых элементов.In addition, the method can be implemented by a device containing a transformer, a filter capacitor connected to the output of the rectifier, n / 2 rectifier cells, each of which contains a diode, a first semiconductor key element, a bridge rectifier and a winding with a tap from the middle, placed on the transformer, with the ends of this winding are connected to the input of the bridge rectifier, and the diode and the first key element are connected in series between the tap of the winding and the first output of the bridge rectifier, while the connection point is the iodine and the first key element of the rectifier cells are connected in series through (n / 2) -1 of the corresponding diodes of the first series circuit, and the second outputs of the bridge rectifiers n / 2 rectifier cells are connected in series through (n / 2) -1 of the corresponding diodes of the second series circuit, and the second output of the bridge rectifier of the n / 2nd rectifier cell is connected to a common wire, and the connection point of the diode and the first key element of the first rectifier cell is connected to the filter capacitor and the output of the rectifier In addition, (n / 2) -1 of the second semiconductor key elements connect the second output of the bridge rectifier of each of the (n / 2) -1 rectifier cells with the junction point of the diode and the first key element of the next rectifier cell, an additional control unit is introduced into it whose first input is connected to the output of the rectifier, the second to the tap from the middle of the n / 2nd rectifier cell, and the outputs to the control inputs of the key elements.

А также еще способ может быть осуществлен устройством, содержащим трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу выпрямителя, (n/2)-1 диодов первой последовательной цепи и вторых полупроводниковых ключевых элементов, n/2 выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит первый полупроводниковый ключевой элемент, мостовой выпрямитель и обмотку с отводом от середины, размещенную на трансформаторе, при этом концы этой обмотки подключены к входу мостового выпрямителя, а первый ключевой элемент включен между первым выходом ячейки и первым выходом мостового выпрямителя, а вторые выходы мостовых выпрямителей и n/2-1 выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход мостового выпрямителя n/2-ой выпрямительной ячейки соединен с общим проводом, а первый выход через последовательно соединенные диод и первый ключевой элемент подключен к отводу от середины обмотки, а точка соединения этого диода с первым ключевым элементом подключена к выходу n/2-ой выпрямительной ячейки, и при этом вторые ключевые элементы включены между отводом каждой обмотки и первым выходом ячейки, а точка соединения первого и второго ключевого элемента каждой из (n/2)-2 ячеек соединена с вторым выходом мостового выпрямителя следующей ячейки, и точка соединения диода и первого ключа n/2-ой выпрямительной ячейки подключена к последнему диоду второй последовательной цепи и к точке соединения первого и второго ключа (n/2)-1-ой ячейки, и второй выход мостового выпрямителя первой ячейки подключен к конденсатору фильтра и к выходу выпрямителя, а отводы от середин обмоток (n/2)-1 ячеек соединены между собой через соответствующие диоды первой последовательной цепи, последний диод которой подключен к общему проводу и в него введен блок управления, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, второй - к отводу от середины обмотки (n/2)-ой выпрямительной ячейки, а выходы - к управляющим входам ключевых элементов, и, кроме того, в него введен дроссель с n обмотками и при этом каждая из n или n/2 обмоток трансформатора подключена к мостовому выпрямителю через одну или две обмотки дросселя, и еще, блок управления содержит параллельный аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с первым входом, второй - со вторым входом блока управления, а цифровые выходы подключены к выходами блока управления, кроме этого, в блок управления введен преобразователь кода и параллельный АЦП, цифровыми выходами подключен к входам преобразователя кода, выходы которого являются выходами блока управления, а также блок управления имеет дополнительные входы управления и дополнительно введен двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу младшего разряда параллельного аналого-цифрового преобразователя, а цифровые выходы - к части дополнительных цифровых входов преобразователя кода, вторая часть которых подключена к дополнительным управляющим входам блока управления.And also, the method can be implemented by a device containing a transformer, a filter capacitor connected to the output of the rectifier, (n / 2) -1 diodes of the first series circuit and second semiconductor key elements, n / 2 rectifier cells, each of which contains the first semiconductor key an element, a bridge rectifier and a winding with a tap from the middle, placed on the transformer, while the ends of this winding are connected to the input of the bridge rectifier, and the first key element is connected between the first output of the cell and the first output of the bridge rectifier, and the second outputs of the bridge rectifiers and n / 2-1 rectifier cells are connected in series through the (n / 2) -1 corresponding diodes of the second series circuit, and the second output of the bridge rectifier of the n / 2nd rectifier cell is connected to a common wire and the first output through a series-connected diode and the first key element is connected to the tap from the middle of the winding, and the connection point of this diode with the first key element is connected to the output of the n / 2nd rectifier cell, and the second key ith elements are connected between the tap of each winding and the first output of the cell, and the connection point of the first and second key element of each of (n / 2) -2 cells is connected to the second output of the bridge rectifier of the next cell, and the connection point of the diode and the first key is n / 2- of the rectifier cell is connected to the last diode of the second serial circuit and to the junction point of the first and second switch (n / 2) of the -1st cell, and the second output of the bridge rectifier of the first cell is connected to the filter capacitor and to the rectifier output, and the taps from the middle of the (n / 2) -1 cells are interconnected via the corresponding diodes of the first serial circuit, the last diode of which is connected to a common wire and a control unit is inserted into it, the first input of which is connected to the output of the rectifier, the second to the tap from the middle of the winding (n / 2) of the rectifier cell, and the outputs are to the control inputs of the key elements, and, in addition, a inductor with n windings is introduced into it and each of the n or n / 2 transformer windings is connected to the bridge rectifier through one or two inductor windings , and yet, the control unit with it holds a parallel analog-to-digital converter, the first input of which is connected to the first input, the second to the second input of the control unit, and the digital outputs are connected to the outputs of the control unit, in addition, a code converter and a parallel ADC are introduced into the control unit, digital outputs are connected to the inputs code converter, the outputs of which are outputs of the control unit, as well as the control unit has additional control inputs and an additional binary counter is introduced, the counting input of which is connected to the ml output the last discharge of the parallel analog-to-digital converter, and the digital outputs are to the part of the additional digital inputs of the code converter, the second part of which is connected to the additional control inputs of the control unit.

На фиг.1 изображены временные диаграммы напряжений и потребляемого тока для случая, когда n=4. На фиг.2 приведены упрощенные схемы соединения составляющих напряжений, на фиг.3 - блок-схема первого устройства для осуществления способа, на фиг.4 - второго устройства, а на фиг.5 - схема третьего устройства.Figure 1 shows the timing diagram of the voltage and current consumption for the case when n = 4. Figure 2 shows a simplified diagram of the connection of the component voltages, figure 3 is a block diagram of a first device for implementing the method, figure 4 is a second device, and figure 5 is a diagram of a third device.

Сущность способа поясняется фиг.1, 1-a, б, в, г, где изображены временные диаграммы напряжений и потребляемого тока при разбиении полупериода напряжения на n=4 временных интервала: а - четверть периода переменного напряжения питания; б - выделенное абсолютное значение составляющей на втором входе АЦП и уровни срабатывания АЦП; в - выделенные мгновенные абсолютные значения составляющих напряжений, формируемые устройством в течение четверти полупериода; г) - потребляемый ток; U= - выходное постоянное напряжение, U2 - максимальное значение составляющей. На фиг.1, 2 - а, б, в, г, приведены те же диаграммы напряжений и потребляемого тока при n=4 и m=1, т.е. при разбиении полупериода напряжения на 6 интервалов (n-m)2m=6, а на фиг.1, 3 - а, б, в, г соответственно при n=4, m=2, т.е. 8 интервалов.The essence of the method is illustrated in figure 1, 1-a, b, c, d, which shows the timing diagram of the voltage and current consumption when dividing the half-cycle voltage into n = 4 time intervals: a - a quarter of the period of the alternating voltage; b - the selected absolute value of the component at the second input of the ADC and the response levels of the ADC; in - selected instantaneous absolute values of the component voltages generated by the device for a quarter of a half-period; g) is the consumed current; U = - output constant voltage, U 2 - the maximum value of the component. Figure 1, 2 - a, b, c, d, shows the same diagrams of voltages and current consumption at n = 4 and m = 1, i.e. when dividing the half-period of voltage into 6 intervals (nm) 2 m = 6, and in Figs. 1, 3 - a, b, c, d, respectively, for n = 4, m = 2, i.e. 8 intervals.

Последовательность операций способа преобразования следующая. В начале производят операцию деления исходного напряжения на n равных составляющих напряжений с изменением значений составляющих напряжения в определенное число раз, размещая на одном трансформаторе n или n/2 одинаковых вторичных обмоток с требуемым коэффициентом трансформации. Затем производят выделение абсолютных значений составляющих напряжений, т.е. выпрямления напряжений в выпрямительных ячейках. После этого в каждом интервале производят изменения общего мгновенного абсолютного значения напряжения путем сложения выделенных абсолютных значений составляющих напряжений и тока следующим образом. В первом интервале все выделенные абсолютные значения составляющих напряжений складываются и при четырех составляющих общее напряжение - Ucyм=4U2 (фиг.2а). Во втором интервале производится сложение токов двух составляющих и напряжение трех и общее напряжение - Ucyм=3U2 (фиг.2б). В третьем - по две составляющих в режиме сложения токов и напряжения и общее - Ucум=2U2 (фиг.2в), или три составляющих в режиме сложения токов, а две в режиме сложения напряжения и общее тоже - Ucyм=2U2 (фиг.2г). В четвертом - все в режиме сложения токов и Ucyм=U2 (фиг.2д). Разбиения на интервалы производят таким образом, чтобы в пределах каждого интервала напряжение на выходе выпрямителя было бы больше, чем на конденсаторе фильтра, т.е. сетевой ток будет образован последовательно токами каждого интервала, и он не должен прерываться. Первый интервал начинается в момент t0, время его действия t0-t2, при этом формируется - Ucум=4U2 и в момент t1 должно быть 4U2>U=, т.е. - t1=arcsin(U=/4U2), t1 - начало работы диодов устройства. В момент t2 начинается второй интервал (t2-t3), - Ucyм=3U2 и 3U2>U=, a t2=arcsin(U=/3U2). Для t3 будет соответственно, что t3=arcsin(U=/2U2) и для - t4=arcsin(U=/U2). Таким образом, для любого интервала ti=arcsin{U=/(n-i+1)U2} (1), где n≥i>1.The sequence of operations of the conversion method is as follows. At the beginning, the operation is performed of dividing the initial voltage into n equal voltage components with changing the values of the voltage components a certain number of times, placing n or n / 2 identical secondary windings on the same transformer with the required transformation ratio. Then, the absolute values of the component stresses are extracted, i.e. voltage rectification in rectifier cells. After that, in each interval, the total instantaneous absolute value of the voltage is changed by adding the selected absolute values of the component voltages and current as follows. In the first interval, all selected absolute values of the component voltages add up and for four components the total voltage is U cym = 4U 2 (figa). In the second interval, the currents of two components are added and the voltage of three and the total voltage are U cym = 3U 2 (Fig.2b). In the third - two components in the mode of adding currents and voltages and the total - U sum = 2U 2 (Fig.2c), or three components in the mode of adding currents, and two in the mode of adding voltage and the general - U cym = 2U 2 ( Fig.2d). In the fourth - all in the mode of addition of currents and U cym = U 2 (fig.2d). Dividing into intervals is carried out in such a way that within each interval the voltage at the output of the rectifier would be greater than at the filter capacitor, i.e. the mains current will be generated sequentially by the currents of each interval, and it should not be interrupted. The first interval begins at time t 0 , its action time t 0 -t 2 , while it is formed - U sum = 4U 2 and at time t 1 should be 4U 2 > U = , i.e. - t 1 = arcsin (U = / 4U 2 ), t 1 - the beginning of the diodes of the device. At time t 2 , the second interval begins (t 2 -t 3 ), - U cym = 3U 2 and 3U 2 > U = , at 2 = arcsin (U = / 3U 2 ). For t 3 it will be correspondingly that t 3 = arcsin (U = / 2U 2 ) and for - t 4 = arcsin (U = / U 2 ). Thus, for any interval t i = arcsin {U = / (n-i + 1) U 2 } (1), where n≥i> 1.

На диаграммах фиг.1г ток показан без учета индуктивности трансформатора (пунктирная линия) и суммарная с учетом индуктивности (сплошная линия), а точками показана синусоида для сравнения. Для уменьшения влияния перепадов тока на границах, т.е. для выравнивания осциллограммы тока достаточно, чтобы ток, обусловленный составляющими на границе интервалов, снижался не до нуля, а на величину, определяемую коэффициентом перехода - Кп, который определяется отношением тока в начале i-того интервала (Ji.н) к току в конце предыдущего (J(i-1).к), т.е. Кп=Ji.н/J(i-1).к, и при этом на каждой границе интервалов Кп может иметь свое значение и выбирается для каждого устройства в зависимости от его мощности. В этом случае границы интервалов будут определяться выражением:In the diagrams of FIG. 1d, the current is shown without taking into account the inductance of the transformer (dashed line) and the total taking into account the inductance (solid line), and the dots show a sine wave for comparison. To reduce the effect of current drops at the boundaries, i.e. to equalize the current waveform, it is sufficient that the current due to the components at the boundary of the intervals does not decrease to zero, but by an amount determined by the transition coefficient - K p , which is determined by the ratio of the current at the beginning of the i-th interval (J i.n ) to the current in end of the previous (J (i-1) .к ), i.e. To p = J i.n / J (i-1) .k , and at the same time at each boundary of the intervals K p can have its own value and is selected for each device depending on its power. In this case, the boundaries of the intervals will be determined by the expression:

ti=arcsin[{(rвн.(i-1)-Кпirвн.i)U=}/{(rвн.(i-1)Вi-Кп irвн.iB(i-1)U2}] (2), где n≥i>1, Bi=(n-i+1), B(i-1)=(n-i+2).t i = arcsin [{(r ext. (i-1) -K p r r ext.i ) U = } / {(r ext. (i-1) B i -K p i r int.i B (i -1) U 2 }] (2), where n≥i> 1, B i = (n-i + 1), B (i-1) = (n-i + 2).

Для того чтобы повысит КПД, нужно уменьшить перепады суммарных напряжений на границах интервалов, для чего амплитуду m или 2m составляющих из всех n принимаем равной U2/2m половине амплитуды остальных, т.е. амплитуды уменьшаются в 2m раз и для первой (m=1) амплитуда 0,5U2, для второй (m=2) - 0,25U2, и чем больше m, тем меньше перепад напряжений на границах, т.к. режим сложений напряжений позволяет максимальный перепад уменьшить в 2m раз, что хорошо видно на диаграммах фиг.1, 1в, 2в, 3в. В этом случае разбиение производится на (n-m)2m (3) или (n-2m+1)2m-1 интервала (4) соответственно для первого и второго с третьим устройствами. Принимаем напряжение одной из четырех составляющих равной 0,5U2, т.е. m=1, и тогда получим вид диаграмм для напряжения на фиг.1, 2 - а, б, в и для тока 2г и соответственно для первого устройства в этом случае (n-m)2m=6, и Вi=(n+1-m-i/2m)=(n-i/2), B(i-1)=(n+1+1/2m-m-i/2m)=(n+0,5-i/2), а для второго и третьего устройства число интервалов - (n-2m+1)2m-1 иIn order to increase efficiency, reduce total stress gradients at the boundaries of the intervals for which the amplitude m or 2m components of all taken equal to n U 2/2 m the remaining half of the amplitude, i.e. the amplitudes decrease by 2 m times and for the first (m = 1) the amplitude is 0.5U 2 , for the second (m = 2) - 0.25U 2 , and the larger m, the smaller the voltage drop across the boundaries, because the mode of addition of stresses allows the maximum drop to be reduced by 2 m times, which is clearly visible in the diagrams of figures 1, 1B, 2B, 3B. In this case, the partition is performed into (nm) 2 m (3) or (n-2m + 1) 2 m -1 intervals (4) for the first and second with the third devices, respectively. We take the voltage of one of the four components equal to 0.5U 2 , i.e. m = 1, and then we get the type of diagrams for the voltage in Fig. 1, 2 - a, b, c and for the current 2d and, accordingly, for the first device in this case (nm) 2 m = 6, and B i = (n + 1-mi / 2 m ) = (ni / 2), B (i-1) = (n + 1 + 1/2 m -mi / 2 m ) = (n + 0,5-i / 2), and for the second and third devices, the number of intervals is (n-2m + 1) 2 m -1 and

при m=1 Вi=(n-0,5-i/2), B(i-1)=(n-i/2),with m = 1 V i = (n-0,5-i / 2), B (i-1) = (ni / 2),

при m>1 Bi=(n-2m-1-1/2m-i/2m), B(i-1)=(n-2m-1-i/2m).for m> 1 B i = (n-2 m-1 -1/2 m -i / 2 m ), B (i-1) = (n-2 m-1 -i / 2 m ).

При m=2 для первого устройства число интервалов будет (n-m)2m=8 и получим диаграммы, приведенные на фиг.1, 3 - а, б, в, г, и сравнивая диаграммы тока фиг.1г, видим, что увеличение m приближает диаграмму тока к форме синусоиды и уменьшает выбросы напряжения фиг.1в, увеличивая этим КПД устройства.When m = 2 for the first device, the number of intervals will be (nm) 2 m = 8 and we will obtain the diagrams shown in Figs. 1, 3 - a, b, c, d, and comparing the current diagrams of Fig. 1d, we see that the increase in m brings the current diagram closer to the shape of the sine wave and reduces the voltage surges of Fig.1B, thereby increasing the efficiency of the device.

На фиг.3 представлена блок-схема первого устройства для осуществления способа. Устройство содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка которого включена в сеть. Вторичная обмотка 2 соединена через обмотку 3 дросселя 4 с входами мостового выпрямителя 5, подключенного первым выходом к первому выходу выпрямительной ячейки 6, к одному выводу конденсатора фильтра 7, подключенному к выходу устройства, и к первому диоду 8 первой последовательной цепи, а второй выход мостового выпрямителя 5 соединен с вторым выходом выпрямительной ячейки 6, первым диодом 9 второй последовательной цепи и с полупроводниковым ключом 10. Второй вывод диода 8 подключен ко второму выводу ключа 10, к диоду 11 первой цепи и первому выходу второй ячейки 12, выполненной на мостовом выпрямителе 13, вторичной обмотке 14 и обмотке 15 дросселя 4. Второй выход ячейки 12 соединен с вторым выводом диода 9, диодом 16 второй цепи и ключом 17. Второй вывод диода 11 подключен к второму выводу ключа 17, к диоду 18 первой цепи и первому выходу третьей ячейки 19, выполненной на мостовом выпрямителе 20, вторичной обмотке 21 и обмотке 22 дросселя 4. Второй выход ячейки 19 соединен со вторым выводом диода 16, диодом 23 второй цепи и ключом 24. Второй вывод диода 18 подключен ко второму выводу ключа 24, первому выходу четвертой ячейки 25, выполненной на мостовом выпрямителе 26, вторичной обмотке 27 и обмотке 28 дросселя 4. Второй выход ячейки 25 соединен со вторым выводом диода 23, с общим проводом и выходом устройства. Управляющие входы всех ключей подключены к выходам блока управления 29, первых вход которого соединен с конденсатором 7 и выходом устройства, а второй - с первым выходом ячейки 25. Блок управления 29 содержит параллельный АЦП 30, первый вход которого подключен к первому входу блока управления 29, второй - ко второму, а цифровые выходы - к выходам блока управления и соответственно первый выход к управляющему входу ключа 10, второй выход - ключу 17 и третий выход - к ключу 24.Figure 3 presents a block diagram of a first device for implementing the method. The device contains a power transformer 1, the primary winding of which is included in the network. The secondary winding 2 is connected through the winding 3 of the inductor 4 to the inputs of the bridge rectifier 5, connected by the first output to the first output of the rectifier cell 6, to one output of the filter capacitor 7, connected to the output of the device, and to the first diode 8 of the first serial circuit, and the second output of the bridge rectifier 5 is connected to the second output of the rectifier cell 6, the first diode 9 of the second serial circuit and with a semiconductor key 10. The second output of the diode 8 is connected to the second output of the key 10, to the diode 11 of the first circuit and the first output the second cell 12, made on the bridge rectifier 13, the secondary winding 14 and the winding 15 of the inductor 4. The second output of the cell 12 is connected to the second output of the diode 9, the diode 16 of the second circuit and the key 17. The second output of the diode 11 is connected to the second output of the key 17, to the diode 18 of the first circuit and the first output of the third cell 19, made on the bridge rectifier 20, the secondary winding 21 and the winding 22 of the inductor 4. The second output of the cell 19 is connected to the second output of the diode 16, the diode 23 of the second circuit and the key 24. The second output of the diode 18 is connected to the second output of the key 24, the first output even ertoy cell 25 formed on the bridge rectifier 26, secondary winding 27 and winding 28, the choke 4. The second cell output 25 is connected to the second terminal of diode 23 to ground and the output device. The control inputs of all keys are connected to the outputs of the control unit 29, the first input of which is connected to the capacitor 7 and the output of the device, and the second to the first output of the cell 25. The control unit 29 contains a parallel ADC 30, the first input of which is connected to the first input of the control unit 29, the second to the second, and the digital outputs to the outputs of the control unit and, accordingly, the first output to the control input of key 10, the second output to key 17 and the third output to key 24.

Устройство при n=4 и m=0 работает следующим образом. Включение ключей 10, 17 и 24, определяющих режим работы устройства, производится сигналом с блока управления 29 во время границы между интервалами. Напряжение, поступающее с конденсатора 7 и выхода устройства на первый вход блока 29, поступает на первый вход параллельного АЦП 30 - вход эталонного напряжения. На второй вход АЦП 30 - вход аналогового сигнала - напряжение (U2 фиг.1, 1б) поступает с выхода ячейки 25 фиг.3. Напряжение, поступающее на первый вход, преобразуется в набор эталонных напряжений в соответствии со значениями, полученными из формулы (1). Первый интервал с начала полупериода – t0 и число разрядов в АЦП - 3, т.е. число разрядов равно числу ключей. Во время первого интервала все ключи открыты. При этом напряжение с выхода ячейки 25 через ключ 24 поступает на диод 23 и закрывает его, а напряжение с выхода ячейки 19 через ключ 24 закрывает диод 18 и в результате ячейка 25 работает в последовательном режиме с ячейкой 19. Через открытый ключ 17 напряжение с выхода ячейки 19 закрывает диод 16, а с выхода ячейки 12 - диод 11 и аналогично ячейкой 12 через ключ 10 закрывается диод 9 и ячейкой 6 - диод 8. В результате все ячейки включены последовательно, т.е. все составляющие работают в режиме сложения напряжения, на выходе - Ucyм=4U2 и их соединение на схеме на фиг.2а. При изменении поступающего мгновенного абсолютного значения напряжения на аналоговый вход на выходе АЦП 30 формируется нормальный единичный код, и на первом младшем выходе АЦП сигнал появится, когда растущее напряжение на втором входе (U2 фиг.1, 1б) будет соответствовать 3U2sinwt=U= - (t2), по этому сигналу ключ 10 закроется и начнется второй интервал - t2. При закрывании ключа 10 ячейка 6 будет работать параллельно ячейке 12, т.к. диод 8 с ячейкой 12 образуют цепь, параллельно которой подключены ячейка 6 и диод 9. В этом случае получаем, что три ячейки 12, 19 и 25 включены последовательно, а ячейка 6 подключена параллельно ячейке 12, т.е. две составляющих работают в режиме сложения токов, а три в режиме сложения напряжения, и, следовательно, формируется напряжение Ucyм=3U2 - их соединение на схеме фиг.2б. Когда напряжение на втором входе АЦП станет соответствовать 2U2sinwt=U=, то на втором выходе появится сигнал, по которому закроется ключ 17 и начнется третий интервал - t3. В результате ячейка 19 подключится параллельно ячейкам 12 и 6, т.е. три составляющих работают в режиме сложения токов и одна в режиме сложения напряжения с тремя другими, и, следовательно, формируется напряжение Uсум=2U2, и их соединение - схема на фиг.2г. Дальнейший рост напряжения на втором входе АЦП 30 приведет к появлению сигнала на третьем выходе АЦП (U2sinwt=U=) и ключ 24 закроется и тогда последняя ячейка 25 подключится параллельно к остальным. В этом случае напряжение с выхода ячейки 25 через цепь диодов 18, 11 и 8 поступает на выход устройства, а напряжение с выхода ячейки 19 - через цепь диодов 11 и 8 и через диод 23. Аналогично выходное напряжение с ячеек 12 и 6 поступает на выход соответственно через диоды 8, 16 и 23 и через диоды 9, 16 и 23. Таким образом, напряжение с выхода каждой ячейки поступает на выход через равное число диодов, и все они формируют одно напряжение, равное напряжению одной ячейки, одной составляющей и равно Uсум=U2, т.е. все ячейки (составляющие) включены параллельно фиг.2д. Затем напряжение на втором входе АЦП 30 начнет уменьшаться и сигналы с выходов будут включать последовательно ключи в обратном порядке - ключ 24, 17 и затем 10, переключая ячейки поочередно в последовательный режим. С началом следующего полупериода процесс повторится. При n=4 и m>0 устройство работает в основном аналогично. Отличие в том, что Ucyм будет изменяется с шагом меньше U2, например при m=1 шаг 0,5U2, при m=2 шаг 0,25U2 и т.д. Интервалов будет больше, чем число ключей (формул 3), и когда составляющая с амплитудой меньше U2 будет подключатся параллельно к другой или ко всем остальным, у которых амплитуда U2, то она будет отключаться, т.к. напряжение, поступающее по диодам последовательных цепей, будет больше, чем напряжение обмотки, и выпрямительный мост этой ячейки будет закрыт.The device with n = 4 and m = 0 works as follows. The inclusion of keys 10, 17 and 24, which determine the operating mode of the device, is a signal from the control unit 29 during the boundary between the intervals. The voltage supplied from the capacitor 7 and the output of the device to the first input of block 29 is supplied to the first input of the parallel ADC 30 — the input of the reference voltage. At the second input of the ADC 30 - the input of the analog signal - voltage (U 2 Fig.1, 1b) comes from the output of the cell 25 of Fig.3. The voltage supplied to the first input is converted to a set of reference voltages in accordance with the values obtained from formula (1). The first interval from the beginning of the half-cycle is t 0 and the number of bits in the ADC is 3, i.e. the number of digits is equal to the number of keys. During the first interval, all keys are open. In this case, the voltage from the output of the cell 25 through the switch 24 enters the diode 23 and closes it, and the voltage from the output of the cell 19 through the switch 24 closes the diode 18 and as a result, the cell 25 operates in series with cell 19. Through the open switch 17, the voltage from the output cell 19 closes the diode 16, and from the output of cell 12 - the diode 11 and similarly cell 12 through the key 10 closes the diode 9 and cell 6 - the diode 8. As a result, all cells are connected in series, i.e. all components work in the mode of voltage addition, at the output - U cym = 4U 2 and their connection in the circuit in Fig. 2a. When the incoming instantaneous absolute voltage value changes to the analog input, the output of the ADC 30 forms a normal single code, and the signal appears at the first junior output of the ADC when the rising voltage at the second input (U 2 of Figs. 1, 1b) corresponds to 3U 2 sinwt = U = - (t 2 ), by this signal, key 10 closes and the second interval begins - t 2 . When closing the key 10, cell 6 will work parallel to cell 12, because diode 8 with cell 12 form a circuit parallel to which cell 6 and diode 9 are connected. In this case, we get that three cells 12, 19 and 25 are connected in series, and cell 6 is connected in parallel to cell 12, i.e. two components operate in the mode of addition of currents, and three in the mode of addition of voltage, and, therefore, the voltage U cym = 3U 2 is formed - their connection in the circuit of Fig.2b. When the voltage at the second input of the ADC starts to correspond to 2U 2 sinwt = U = , then a signal will appear at the second output, according to which the key 17 will close and the third interval will begin - t 3 . As a result, cell 19 is connected in parallel to cells 12 and 6, i.e. three components operate in the mode of addition of currents and one in the mode of addition of voltage with three others, and, therefore, the voltage U sum = 2U 2 is formed , and their connection is the circuit in Fig.2d. A further increase in voltage at the second input of the ADC 30 will lead to the appearance of a signal at the third output of the ADC (U 2 sinwt = U = ) and the key 24 will close and then the last cell 25 will be connected in parallel to the others. In this case, the voltage from the output of the cell 25 through the chain of diodes 18, 11 and 8 is supplied to the output of the device, and the voltage from the output of the cell 19 through the chain of diodes 11 and 8 and through the diode 23. Similarly, the output voltage from the cells 12 and 6 is supplied to the output respectively, through diodes 8, 16 and 23 and through diodes 9, 16 and 23. Thus, the voltage from the output of each cell is output through an equal number of diodes, and they all form one voltage equal to the voltage of one cell, one component and is equal to U sum = U 2 , i.e. all cells (components) are included in parallel fig.2d. Then the voltage at the second input of the ADC 30 will begin to decrease and the signals from the outputs will turn on the keys sequentially in the reverse order - key 24, 17 and then 10, switching the cells one by one in serial mode. With the beginning of the next half-cycle, the process will be repeated. For n = 4 and m> 0, the device works basically the same. The difference is that U cym will change in steps less than U 2 , for example, for m = 1, step 0.5U 2 , for m = 2, step 0.25U 2 , etc. There will be more intervals than the number of keys (formulas 3), and when a component with an amplitude of less than U 2 is connected in parallel to another or to all others with an amplitude of U 2 , then it will be turned off, because the voltage supplied by the diodes of the series circuits will be greater than the voltage of the winding, and the rectifier bridge of this cell will be closed.

При увеличении мощности индуктивность трансформатора уменьшается, что может привести к искажениям формы тока. Для уменьшения искажений формы тока обмотки трансформатора 2, 14, 21 и 27 подключаются к мостовым выпрямителям соответственно 5, 13, 20 и 26 через обмотки 3, 15, 22 и 28 дросселя 4, т.к. это обмотки одного дросселя, то за счет магнитной свези между собой они выравнивают токи в обмотках трансформатора, а на границах интервалов уменьшают перепады тока, т.е. уменьшают искажения тока.With increasing power, the inductance of the transformer decreases, which can lead to distortion of the current shape. To reduce distortion of the current shape of the transformer windings 2, 14, 21 and 27 are connected to the bridge rectifiers 5, 13, 20 and 26, respectively, through the windings 3, 15, 22 and 28 of the inductor 4, because these are windings of one inductor, due to magnetic coupling between them they equalize currents in the transformer windings, and at the boundaries of the intervals they reduce current drops, i.e. reduce current distortion.

На фиг.4 представлена блок-схема второго устройства для осуществления способа. Устройство содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка которого включена в сеть. Вторичная обмотка 31 соединена с входами мостового выпрямителя 32, подключенного вторым выходом ко второму выходу выпрямительной ячейки 33, первому диоду 34 и второму полупроводниковому ключу 35, а первым - к первому ключу 36. Отвод от середины обмотки 31 через диод 37 соединен с первым выходом ячейки 33, со вторым выводом ключа 36, выходом устройства, конденсатором фильтра 7 и диодом 38. Второй вывод диода 38 соединен с вторым выводом ключа 35 и с первым выходом второй ячейки 39, выполненной на диоде 40, вторичной обмотке 41, ключе 42 и мостовом выпрямителе 43. Мост 43 вторым выходом соединен со вторым выходом ячейки 39, со вторым выводом диода 34 и общим проводом. Первый выход моста 43 соединен через ключ 42 с первым выходом ячейки 39 и диодом 40, который вторым выводом подключен к отводу обмотки 41 и к второму входу блока управления 29, первый вход которого соединен с выходом устройства и конденсатором 7, а выходы с управляющими входами ключей 35, 36 и 42. Блок управления 29 содержит параллельный АЦП 30, первый вход которого подключен к первому входу блока 29, второй - ко второму, а цифровые выходы к входам преобразователя кода 44, соединенного цифровыми выходами с выходами блока 29.Figure 4 presents a block diagram of a second device for implementing the method. The device contains a power transformer 1, the primary winding of which is included in the network. The secondary winding 31 is connected to the inputs of a bridge rectifier 32 connected by a second output to the second output of the rectifier cell 33, the first diode 34 and the second semiconductor switch 35, and the first to the first switch 36. The tap from the middle of the winding 31 through the diode 37 is connected to the first output of the cell 33, with the second output of the key 36, the output of the device, the filter capacitor 7 and the diode 38. The second output of the diode 38 is connected to the second output of the key 35 and to the first output of the second cell 39, made on the diode 40, the secondary winding 41, the key 42 and the bridge rectifier 43. M Ost 43 second output connected to the second output of the cell 39, with the second output of the diode 34 and a common wire. The first output of the bridge 43 is connected via a key 42 to the first output of the cell 39 and the diode 40, which is connected by a second output to the tap of the winding 41 and to the second input of the control unit 29, the first input of which is connected to the output of the device and the capacitor 7, and the outputs to the control inputs of the keys 35, 36 and 42. The control unit 29 contains a parallel ADC 30, the first input of which is connected to the first input of block 29, the second to the second, and the digital outputs to the inputs of the code converter 44 connected by digital outputs to the outputs of block 29.

Работу этого устройства рассмотрим при условии, что две составляющие имеют амплитуды 0,5 остальных, т.е. обмотка 31 формирует напряжение U2, обмотка 41 - 2U2. Одна половина обмоток - одна составляющая напряжений. Включение ключей 35, 36 и 42, определяющих режим работы устройства, производится также сигналом с блока управления 29. Напряжение поступает с конденсатора 7 на первый вход АЦП 30 - вход эталонного напряжения. На второй вход АЦП 30 - вход аналогового сигнала - напряжение (U2 фиг.1, 2б) поступает с отвода от середины обмотки 41 ячейки 39 фиг.4. Напряжение, поступающее на первый вход, преобразуется в набор эталонных напряжений в соответствии со значениями, полученными из формулы (4), при этом количество разрядов АЦП 30 будет - 4, пять интервалов и начало первого интервала - t0. Однако 4>3, т.е. ключей меньше, чем разрядов. Во время первого интервала ключи 35, 36 и 42 открыты. Первые полупроводниковые ключи 36 и 42 переключают ячейки 33 и 39 из режима мостового выпрямления в режим двухполупериодный. Когда они открыты, напряжения с выхода моста 32 и 43 поступают на выходы ячеек 33 и 39 и закрывают соответственно диоды 37 и 40. В этом случае ячейки работают по схемам мостовых выпрямителей и на выходе ячейки 33 - U2, а на выходе ячейки 39 - 2U2. Когда ключ 35 открыт, напряжение с выхода ячейки 39 через ключ 35 поступает на второй выход ячейки 33 и на диод 34 и закрывает последний, а напряжение с выхода ячейки 33 закрывает диод 38. В результате ячейки включены последовательно, т.е. все составляющие в первом интервале работают в режиме сложения напряжения, на выходе - Ucум=3U2 и их соединение на схеме на фиг.2а. Когда возрастающее напряжение на втором входе АЦП 30 достигает первого уровня, соответствующего условию 2,5U2sinwt=U=, то на первом выходе АЦП 30 появляется сигнал, по которому преобразователь кода 44 подает сигнал на ключ 36, который закрывает его. При закрывании ключа 36 мостовой выпрямитель 32 отключается от выхода ячейки 33, открывается диод 37 и ячейка 33 переходит в режим двухполупериодного выпрямления и на ее выходе напряжение 0,5U2, а общее напряжение - Uсум=2,5U2, т.е. две составляющие работают в режиме сложения токов (ячейка 33) и три - сложение напряжений фиг.2б. При дальнейшем увеличении напряжения на втором входе АЦП 30, когда 2U2sinwt=U=, и на втором выходе АЦП 30 появится сигнал, который поступит на второй вход преобразователя 44. По сигналам с первого и второго выходов АЦП 30 преобразователь 44 выдает сигнал для открывания ключа 36 и закрывания ключа 42. В результате ячейка 33 работает в режиме мостового выпрямителя, ее выходное напряжение - U2, а ячейка 39 - двухполупериодный режим - ее выходное напряжение тоже U2 и общее напряжение - Ucум=2U2, т.е. составляющие по 0,5U2 работают в режиме сложения напряжения, а составляющие по U2 в режиме сложения токов между собой и в режиме сложения напряжения с остальными фиг.2е. Затем аналогично на третьем выходе АЦП 30 появиться сигнал, когда 1,5U2sinwt=U=. По сигналам с трех выходов АЦП 30 преобразователь 44 выключит ключ 36 и оставит ключ 42 в выключенном состоянии. Ячейка 33 перейдет в двухполупериодный режим - ее выходное напряжение - 0,5U2, у ячейки 39 выходное напряжение останется U2 и тогда общее - Ucyм=1,5U2, т.е. по две составляющих напряжения работают в режиме сложения токов и напряжений, схема на фиг.2в. На четвертом выходе АЦП 30 появится сигнал, когда U2sinwt=U=, и наступит пятый интервал. По сигналам с четырех выходов АЦП 30 (напряжение на втором входе АЦП превышает все уровни) преобразователь 44 включит ключ 36, выходное напряжение ячейки 33 станет U2, оставит в выключенном состоянии ключ 42 - выходное напряжение ячейки 39 - U2 и выключит ключ 35. В результате этого выходное напряжение ячейки 33 через диод 34 поступит на выход устройства, а выходное напряжение ячейки 39 через диод 38 также поступит на выход устройства, т.е. выпрямительные ячейки работают параллельно, а составляющие по 0,5U2 в режиме сложения напряжения между собой и в режиме сложения токов с остальными, и составляющие по U2 в режиме сложения токов (фиг.2ж) и выходное напряжение Ucyм=U2. В пятом интервале напряжение на втором входе АЦП 30 начинает уменьшаться и сигналы на его выходах исчезают в обратной последовательности и преобразователь 44 по этим сигналам переключает ключи для обеспечения требуемого суммарного выходного напряжения в каждом интервале. Когда число ключей не соответствует количеству разрядов в АЦП 30, преобразователь 44 преобразовывает нормальный единичный код с выхода АЦП 30 в управляющие сигналы для соответствующего количества ключей. В этом устройстве по сравнению с первым составляющие с амплитудой 0,5U2 не отключаются при параллельном подключении к остальным фиг.2ж. Кроме этого общее число диодов меньше, чем в предыдущем, что увеличивает надежность устройства.We consider the operation of this device under the condition that the two components have an amplitude of 0.5 others, i.e. winding 31 generates voltage U 2 , winding 41 - 2U 2 . One half of the windings is one component of the voltage. The inclusion of the keys 35, 36 and 42, which determine the operation mode of the device, is also carried out by a signal from the control unit 29. The voltage is supplied from the capacitor 7 to the first input of the ADC 30 - the input of the reference voltage. The second input of the ADC 30 — the input of the analog signal — the voltage (U 2 of FIGS. 1, 2b) comes from the tap from the middle of the winding 41 of the cell 39 of FIG. 4. The voltage supplied to the first input is converted to a set of reference voltages in accordance with the values obtained from formula (4), while the number of bits of the ADC 30 will be 4, five intervals and the beginning of the first interval will be t 0 . However, 4> 3, i.e. keys less than bits. During the first interval, keys 35, 36, and 42 are open. The first semiconductor switches 36 and 42 switch cells 33 and 39 from a bridge rectification mode to a half-wave mode. When they are open, the voltages from the output of the bridge 32 and 43 go to the outputs of the cells 33 and 39 and close the diodes 37 and 40, respectively. In this case, the cells work according to the bridge rectifier circuits and at the output of the cell 33 - U 2 , and at the output of the cell 39 - 2U 2 . When the key 35 is open, the voltage from the output of the cell 39 through the key 35 enters the second output of the cell 33 and the diode 34 and closes the latter, and the voltage from the output of the cell 33 closes the diode 38. As a result, the cells are connected in series, i.e. all components in the first interval operate in the mode of voltage addition, at the output - U sum = 3U 2 and their connection in the diagram in figa. When the increasing voltage at the second input of the ADC 30 reaches the first level corresponding to the condition 2.5U 2 sinwt = U = , a signal appears at the first output of the ADC 30, by which the code converter 44 supplies a signal to the key 36, which closes it. When closing the key 36, the bridge rectifier 32 is disconnected from the output of the cell 33, the diode 37 is opened, and the cell 33 switches to the half-wave rectification mode and the voltage is 0.5U 2 at its output, and the total voltage is U sum = 2.5U 2 , i.e. two components operate in the mode of addition of currents (cell 33) and three - addition of voltages figb. With a further increase in voltage at the second input of the ADC 30, when 2U 2 sinwt = U = , and at the second output of the ADC 30, a signal will appear that will be transmitted to the second input of the converter 44. According to the signals from the first and second outputs of the ADC 30, the converter 44 gives a signal for opening key 36 and closing the key 42. As a result, cell 33 operates in the bridge rectifier mode, its output voltage is U 2 , and cell 39 is a half-wave mode - its output voltage is also U 2 and the total voltage is U total = 2U 2 , i.e. . components of 0.5U 2 operate in the mode of voltage addition, and components of U 2 in the mode of current addition to each other and in the mode of voltage addition with the rest of FIG. Then, similarly, at the third output of the ADC 30, a signal appears when 1.5U 2 sinwt = U = . According to the signals from the three outputs of the ADC 30, the converter 44 will turn off the key 36 and leave the key 42 in the off state. Cell 33 will go into a half-wave mode - its output voltage is 0.5U 2 , at cell 39 the output voltage will remain U 2 and then the total voltage is U cym = 1.5U 2 , i.e. two components of the voltage work in the mode of addition of currents and voltages, the circuit in figv. At the fourth output of the ADC 30, a signal appears when U 2 sinwt = U = , and the fifth interval occurs. According to the signals from the four outputs of the ADC 30 (the voltage at the second input of the ADC exceeds all levels), the converter 44 will turn on the key 36, the output voltage of the cell 33 will become U 2 , leave the key 42 in the off state - the output voltage of the cell 39 - U 2 and turn off the key 35. As a result of this, the output voltage of the cell 33 through the diode 34 will go to the output of the device, and the output voltage of the cell 39 through the diode 38 will also go to the output of the device, i.e. rectifier cells operate in parallel, and components of 0.5U 2 in the mode of adding voltage to each other and in the mode of adding currents to the others, and components in U 2 in the mode of adding currents (Fig.2g) and the output voltage U cym = U 2 . In the fifth interval, the voltage at the second input of the ADC 30 begins to decrease and the signals at its outputs disappear in the reverse sequence, and the converter 44 switches the keys for these signals to provide the required total output voltage in each interval. When the number of keys does not match the number of bits in the ADC 30, the converter 44 converts the normal unit code from the output of the ADC 30 into control signals for the corresponding number of keys. In this device, in comparison with the first, components with an amplitude of 0.5U 2 are not disabled when connected in parallel to the rest of FIG. In addition, the total number of diodes is less than in the previous one, which increases the reliability of the device.

На фиг.5 приведена блок-схема третьего устройства для осуществления способа. Устройство содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка которого включена в сеть. Вторичная обмотка 31 соединена с входами мостового выпрямителя 32, подключенного одним выходом к первому ключу 36, а другим - ко второму выходу ячейки 33, диоду 34, конденсатору фильтра 7, к выходу устройства и первому входу блока 29 и АЦП 30. Отвод от середины обмотки 31 через диод 38 соединен с общим проводом, а через второй ключ 35 подключен к ключу 36, первому выходу ячейки 33, ко второму выводу диода 34 и к первому выходу ячейки 39 - к точке соединения диода 40 с первым ключем 42. Ячейка 39 выполнена на обмотке 41, диоде 40, ключе 42 и мостовом выпрямителе 43. Обмотка 41 подключена к мосту 43, второй выход которого соединен со вторым выходом ячейки 39 и общим проводом, а первый через последовательно соединенные ключ 42 и диод 40 с отводом от середины обмотки 41, который подключен ко второму входу блока 29 и АЦП 30. Цифровые выходы АЦП 30 подключены к цифровым входам преобразователя 44, а младший разряд подключен к счетному входу двоичного счетчика 45, цифровые входы которого подключены к первой части дополнительных цифровых входов преобразователя 44, вторая часть которых подключена к дополнительным управляющим входам блока 29.Figure 5 shows a block diagram of a third device for implementing the method. The device contains a power transformer 1, the primary winding of which is included in the network. The secondary winding 31 is connected to the inputs of the bridge rectifier 32, connected by one output to the first key 36, and the other to the second output of the cell 33, diode 34, filter capacitor 7, to the output of the device and the first input of block 29 and ADC 30. Retraction from the middle of the winding 31 is connected through a diode 38 to a common wire, and through a second key 35 it is connected to a key 36, the first output of the cell 33, to the second output of the diode 34 and to the first output of the cell 39 - to the junction point of the diode 40 with the first key 42. Cell 39 is made winding 41, diode 40, key 42 and bridge rectifier 43. Winding 41 is connected to a bridge 43, the second output of which is connected to the second output of the cell 39 and the common wire, and the first through a series-connected key 42 and diode 40 with a tap from the middle of the winding 41, which is connected to the second input of the block 29 and the ADC 30. Digital outputs of the ADC 30 are connected to the digital inputs of the converter 44, and the least significant bit is connected to the counting input of the binary counter 45, the digital inputs of which are connected to the first part of the additional digital inputs of the converter 44, the second part of which is connected to additional control inputs I will give block 29.

Устройство на фиг.5 работает следующим образом. Блок управления 29 формирует сигналы для ключей так же, как и в первых устройствах. Наличие счетчика 45 позволяет при работе использовать все варианты соединения составляющих. Например, напряжение Uсум=2U2 можно получить, соединив составляющие по схемам фиг.2 в, г, и, а Uсум=3U2 по схемам фиг.2 б, з и е. Использование одного варианта приводит к неравномерному нагреву трансформатора, что ухудшает его работу. Счетчик 45 изменяет свое состояние по сигналу младшего разряда с выхода АЦП 30 в каждом полупериоде, что позволяет использовать любое сочетание вариантов соединения составляющих. Код с выходов счетчика 45 поступает на дополнительные входы преобразователя 44 (например, адресные) и изменяет этим выходные сигналы преобразователя 44, при тех же входных. В первом интервале блок управления 29 удерживает в открытом состоянии ключи 36 и 42. Когда ключ 42 открыт, ячейка 39 работает в режиме мостового выпрямления, на выходе ячейки 39 - 2U2, и напряжение с выхода ячейки 39 через ключ 36, один из открытых соответствующих диодов моста 32 и половины обмотки 31 поступает на диод 38 и закрывает его. При открытом ключе 36 ячейка 33 работает в режиме мостового выпрямления и напряжение с ее выхода поступает на диод 34 и закрывает его и в результате ячейки 33 и 39 включаются последовательно и на выходе устройства формируется Uсум=4U2. Во втором интервале (t2-t3) блок управления 29 закрывает ключ 42 и ячейка 39 переходит в режим двухполупериодного выпрямления, ее напряжение U2, а на выходе - Uсум=3U2. В третьем интервале (t3-t4) блок 29 закрывает ключ 36, открывает ключ 35 и удерживает ключ 42 закрытым. В результате ячейка 33 переходит в режим двухполупериодного выпрямления, а напряжение с выхода ячейки 39 через ключ 35 поступает на диод 38 и закрывает его и получаем: ячейка 33 - U2, ячейка 39 - U2 и Uсум=2U2. В четвертом интервале (t4-t5) закрыты все ключи и напряжение - U2 с ячейки 39 через открытый диод 34 поступает на выход, а напряжение - U2 с выхода ячейки 33 через диод 38 также поступает на выход, т.е. ячейки работают параллельно и на выходе Uсум=U2. В четвертом интервале напряжение на втором входе АЦП 30 начинает уменьшаться и до окончания полупериода блок управления будет переключать ключи, т.е. режимы работы, в обратной последовательности. Дополнительные управляющие входы блока 29 позволяют управлять режимом работы устройства, например устанавливать выходное напряжение, соответствующее как U2, 2U2 или 3U2, получать на выходе выпрямителя несколько напряжений при соответствующем общем n, сохраняя характеристику потребляемого тока при всех выходных напряжениях, т.е. дополнительные входы расширяют функциональные возможности устройства.The device in figure 5 works as follows. The control unit 29 generates signals for the keys in the same way as in the first devices. The presence of the counter 45 allows you to use all options for connecting components. For example, the voltage U sum = 2U 2 can be obtained by connecting the components according to the schemes of Fig.2 c, d, and, and U sum = 3U 2 according to the schemes of Fig.2 b, h and f. Using one option leads to uneven heating of the transformer, which worsens his work. The counter 45 changes its state according to the low-order signal from the output of the ADC 30 in each half-cycle, which allows you to use any combination of options for connecting components. The code from the outputs of the counter 45 is fed to the additional inputs of the converter 44 (for example, address) and thereby changes the output signals of the converter 44, with the same input. In the first interval, the control unit 29 holds the keys 36 and 42 open. When the key 42 is open, the cell 39 operates in bridge rectification mode, at the output of the cell 39 - 2U 2 , and the voltage from the output of the cell 39 through the key 36, one of the corresponding open diodes of the bridge 32 and half of the winding 31 enters the diode 38 and closes it. With the open key 36, the cell 33 operates in the bridge rectification mode and the voltage from its output goes to the diode 34 and closes it, and as a result, the cells 33 and 39 are switched on in series and U sum = 4U 2 is formed at the output of the device. In the second interval (t 2 -t 3 ), the control unit 29 closes the key 42 and the cell 39 switches to the half-wave rectification mode, its voltage is U 2 , and at the output - U sum = 3U 2 . In the third interval (t 3 -t 4 ), the block 29 closes the key 36, opens the key 35 and keeps the key 42 closed. As a result, the cell 33 switches to the half-wave rectification mode, and the voltage from the output of the cell 39 through the key 35 goes to the diode 38 and closes it and we get: the cell 33 is U 2 , the cell 39 is U 2 and U sum = 2U 2 . In the fourth interval (t 4 -t 5 ) all the keys are closed and the voltage - U 2 from the cell 39 through the open diode 34 goes to the output, and the voltage - U 2 from the output of the cell 33 through the diode 38 also goes to the output, i.e. cells work in parallel and at the output U sum = U 2 . In the fourth interval, the voltage at the second input of the ADC 30 begins to decrease, and until the end of the half-cycle, the control unit will switch keys, i.e. operating modes in reverse order. Additional control inputs of block 29 allow you to control the operating mode of the device, for example, set the output voltage corresponding to U 2 , 2U 2 or 3U 2 , receive several voltages at the output of the rectifier with the corresponding total n, while maintaining the characteristic of the current consumption at all output voltages, i.e. . additional inputs expand the functionality of the device.

В предлагаемом способе и устройствах используется один трансформатор с n или n/2 вторичными обмотками, которые в процессе работы не отключаются, а переключаются из последовательного режима работы в параллельный. Разделение на интервалы производится во вторичной цепи, что позволяет использовать для этих целей обычные микросхемы. Начало первого интервала в момент t0 и действует t0-t2, а вторая часть этого интервала заканчивается с окончанием полупериода (каждый интервал состоит из двух участков), то это позволяет уменьшить число разрядов в АЦП 30, т.к. не нужно определять t1 в АЦП. Полупроводниковые ключи находятся во вторичных цепях трансформатора и под напряжением U2 или 2U2. Все это упрощает устройство и снижает требования к полупроводниковым элементам. Включение обмоток дросселя в цепь переменного тока уменьшает его размеры из-за отсутствия постоянной составляющей в нем и от того, что он рассчитывается на частоту в 2n или 4n-4 раз больше, чем сетевая, и снижает выбросы тока во вторичных обмотках при работе полупроводниковых ключей, а следовательно, и в первичной цепи трансформатора, что дополнительно уменьшает искажения потребляемого тока. Когда через мосты и диоды проходит максимальный ток, все обмотки включены параллельно, т.е. ключи выключены и через них не проходит максимальный ток, а ток через обмотки будет Iмак./n.In the proposed method and devices, one transformer is used with n or n / 2 secondary windings, which during operation do not turn off, but switch from a sequential mode to a parallel one. Separation into intervals is carried out in the secondary circuit, which allows the use of conventional microcircuits for these purposes. The beginning of the first interval at time t 0 acts t 0 -t 2 , and the second part of this interval ends with the end of the half-cycle (each interval consists of two sections), this allows you to reduce the number of bits in the ADC 30, because no need to determine t 1 in the ADC. Semiconductor switches are located in the secondary circuits of the transformer and under voltage U 2 or 2U 2 . All this simplifies the device and reduces the requirements for semiconductor elements. The inclusion of inductor windings in an AC circuit reduces its size due to the absence of a constant component in it and from the fact that it is designed for a frequency of 2n or 4n-4 times more than the mains and reduces current surges in the secondary windings during operation of semiconductor switches , and therefore in the primary circuit of the transformer, which further reduces the distortion of the current consumption. When the maximum current passes through the bridges and diodes, all windings are connected in parallel, i.e. the keys are turned off and the maximum current does not pass through them, and the current through the windings will be I max . / n.

Claims (18)

1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение, включающий операции разбиения каждого полупериода напряжения на n временных интервалов, при этом каждый временной интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений переменного напряжения, выделения абсолютных значений составляющих напряжений и сложения токов, обусловленных выделенными абсолютными значениями составляющих, отличающийся тем, что вначале производят деление переменного напряжения на n равных составляющих напряжений с изменением значений составляющих напряжения в определенное число раз, затем производят выделения абсолютных значений измененных составляющих напряжений, после этого в каждом временном интервале производят изменения общего мгновенного абсолютного значения напряжения путем сложения мгновенных абсолютных значений составляющих напряжений и токов, обусловленных абсолютными значениями составляющих напряжений, и начало (ti) каждого из n временных интервалов, кроме первого, определяют из формул1. A method of converting AC voltage to DC voltage, including the operation of dividing each half-period of voltage into n time intervals, each time interval consisting of two sections located symmetrically with respect to the amplitude values of the alternating voltage, highlighting the absolute values of the component voltages and adding the currents due to the selected absolute values of the components, characterized in that at first they produce the division of the alternating voltage by n equal components their voltages with a change in the values of the voltage components a certain number of times, then the absolute values of the changed voltage components are extracted, then, in each time interval, the total instantaneous absolute voltage values are changed by adding the instantaneous absolute values of the voltage and current components due to the absolute values of the voltage components, and the beginning (t i ) of each of n time intervals, except the first, is determined from the formulas ti=arcsin{U=/(BiU2}, и/илиt i = arcsin {U = / (B i U 2 }, and / or ti=аrcsin[{(rвн.(i-1)-Кпirвн.i)U=}/{(rвн.(i-1)Вi-Kпirвн.iB(i-1))U2}],t i = arcsin [{(r ext. (i-1) -K pi r ext.i ) U =} / {(r ext. (i-1) B i -K pi r int.i B (i- 1) ) U 2 }], где n>i>1, Bi=(n-i+1), B(i-1)=(n-i+2); U= - постоянное выходное напряжение; U2 - максимальное значение составляющей напряжения; rвн.i и rвн.(i-1) - суммарное внутреннее сопротивление всех составляющих соответственно в i-ом и (i-1) временных интервалах; Kпi - коэффициент перехода, определяемый отношением тока в начале i-того временного интервала I(i).н к току в конце предыдущего I(i-1).к.where n>i> 1, B i = (n-i + 1), B (i-1) = (n-i + 2); U = - constant output voltage; U 2 is the maximum value of the voltage component; r int.i and r int . (i-1) - total internal resistance of all components in the i-th and (i-1) time intervals, respectively; K pi is the transition coefficient determined by the ratio of the current at the beginning of the i-th time interval I (i). Н to the current at the end of the previous I (i-1) .к . 2. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение, включающий операции разбиения каждого полупериода напряжения на временные интервалы, при этом каждый временной интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений переменного напряжения, выделения абсолютных значений составляющих напряжений и сложения токов, обусловленных выделенными абсолютными значениями составляющих, отличающийся тем, что вначале производят деление переменного напряжения на n составляющих напряжений с изменением значений составляющих напряжения в определенное число раз так, что часть из них равны, а другие m получены при условии, что амплитуда каждой из этих составляющих равна U2/2m, затем производят выделения абсолютных значений измененных составляющих напряжений, после этого в каждом временном интервале производят изменения общего мгновенного абсолютного значения напряжения путем сложения мгновенных абсолютных значений составляющих напряжений и токов, обусловленных абсолютными значениями составляющих напряжений, и количество временных интервалов (h) определяют по формуле h=(n-m)2m, а начало (ti) каждого из временных интервалов, кроме первого, определяют из формул2. A method of converting AC voltage to DC voltage, including the operation of dividing each half-period of voltage into time intervals, each time interval consisting of two sections symmetrically relative to the amplitude values of the alternating voltage, highlighting the absolute values of the component voltages and the addition of currents due to the selected absolute the values of the components, characterized in that at first they produce the division of the alternating voltage into n components of voltage eny with changing values of voltage components in a certain number of times so that a part of them are equal, and other m were obtained under the condition that the amplitude of each of these components is equal to U 2/2 m, followed by extracting the absolute values of the modified stress components, thereafter each time interval changes the total instantaneous absolute value of the voltage by adding the instantaneous absolute values of the component voltages and currents due to the absolute values of the component voltages, and the number of the number of time intervals (h) is determined by the formula h = (nm) 2 m , and the beginning (t i ) of each of the time intervals, except the first, is determined from the formulas ti=arcsin{U=/(BiU2)}, и/илиt i = arcsin {U = / (B i U 2 )}, and / or ti=аrcsin[{rвн.(i-1)-Кпirвн.i)U=}/{(rвн.(i-1)Bi-Kпirвн.iB(i-1))U2}],t i = arcsin [{r ext. (i-1) -K pi r ext.i ) U =} / {(r ext. (i-1) B i -K pi r int.i B (i-1 ) ) U 2 }], где h>i>1; n>m; Bi=(n+1-m-i/2m); В(i-1)=(n+1+1/2m-m-i/2m); U= - постоянное выходное напряжение, U2 - максимальное значение составляющей напряжения, rвн.i и rвн.(i-1) - суммарное внутреннее сопротивление всех составляющих соответственно в i-ом и (i-1) временных интервалах; Кпi - коэффициент перехода, определяемый отношением тока в начале i-того временного интервала I(i).н к току в конце предыдущего I(i-1).к.where h>i>1;n>m; B i = (n + 1-mi / 2 m ); B (i-1) = (n + 1 + 1/2 m -mi / 2 m ); U = is a constant output voltage, U 2 is the maximum value of the voltage component, r int.i and r int . (I-1) are the total internal resistance of all components in the i-th and (i-1) time intervals; To pi is the transition coefficient determined by the ratio of the current at the beginning of the i-th time interval I (i). Н to the current at the end of the previous I (i-1) .к . 3. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение, включающий операции разбиения каждого полупериода напряжения на временные интервалы, при этом каждый временной интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений переменного напряжения, выделения абсолютных значений составляющих напряжений и сложения токов, обусловленных выделенными абсолютными значениями составляющих, отличающийся тем, что вначале производят деление исходного временного напряжения на n составляющих напряжений с изменением значений составляющих напряжения в определенное число раз так, что часть из них равны, а другие 2m получены при условии, что амплитуда каждой из двух составляющих равна U2/2m, затем производят выделения абсолютных значений измененных составляющих напряжений, после этого в каждом интервале производят изменения общего мгновенного абсолютного значения напряжения путем сложения мгновенных абсолютных значений составляющих напряжений и токов, обусловленных абсолютными значениями составляющих напряжений, и количество временных интервалов (h) определяют по формуле3. A method of converting AC voltage to DC voltage, including the operation of dividing each half-period of voltage into time intervals, each time interval consisting of two sections symmetrically relative to the amplitude values of the alternating voltage, highlighting the absolute values of the component voltages and adding the currents due to the selected absolute the values of the components, characterized in that at first the initial time voltage is divided by the n component their voltages with changing values of voltage components in a certain number of times so that a part of them are equal, and other 2m obtained under the condition that the amplitude of each of the two components is equal to U 2/2 m, followed by extracting the absolute values of the modified stress components, thereafter in each interval, the total instantaneous absolute value of the voltage is changed by adding the instantaneous absolute values of the component voltages and currents due to the absolute values of the component voltages, and GUSTs time intervals (h) is determined by the formula h=(n-2m+1)2m-1,h = (n-2m + 1) 2 m -1, а начало (ti) каждого из временного интервалов, кроме первого, определяют из формулand the beginning (t i ) of each of the time intervals, except the first, is determined from the formulas ti=arcsin{U=/(BiU2)}, и/илиt i = arcsin {U = / (B i U 2 )}, and / or ti=аrcsin[{(rвн.(i-1)-Кпirвн.i)U=}/{(rвн.(i-1)Bi-Kпirвн.iB(i-1))U2}],t i = arcsin [{(r ext. (i-1) -K pi r ext.i ) U = } / {(r ext. (i-1) B i -K pi r int.i B (i- 1) ) U 2 }], где h>i>1; n>2m; U= - постоянное выходное напряжение, U2 - максимальное значение составляющей напряжения; rвн.i и rвн.(i-1) - суммарное внутреннее сопротивление всех составляющих соответственно в i-ом и (i-1) временных интервалах; Кпi - коэффициент перехода, определяемый отношением тока в начале i-того временного интервала I(i).н к току в конце предыдущего I(i-1)· к, и при m=1 Вi=(n-0,5-i/2), B(i-1)=(n-i/2), а при m>1 Вi=(n-2m-1-1/2m-i/2m), В(i-1)=(n-2m-1-i/2m).where h>i>1;n>2m; U = - constant output voltage, U 2 - the maximum value of the voltage component; r int.i and r int . (i-1) - total internal resistance of all components in the i-th and (i-1) time intervals, respectively; To pi is the transition coefficient determined by the ratio of the current at the beginning of the i-th time interval I (i). Н to the current at the end of the previous I (i-1) · к , and for m = 1 V i = (n-0,5 -i / 2), B (i-1) = (ni / 2), and for m> 1 B i = (n-2 m-1 -1/2 m -i / 2 m ), B (i- 1) = (n-2 m-1 -i / 2 m ). 4. Устройство для осуществления способа преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение по п.1 или 2, содержащее трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу устройства, n выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит мостовой выпрямитель, входами подключенный к обмотке трансформатора, а второй выход которого соединен с вторым выходом ячейки, первые выходы ячеек соединены последовательно через n-1 соответствующих диодов первой последовательной цепи, вторые входы - через n-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход n-ой выпрямительной ячейки соединен с общим выходом, а первый выход первой ячейки соединен с конденсатором фильтра и выходом выпрямителя, кроме того, n-1 полупроводниковых ключевых элементов соединяют второй выход каждой из n-1 выпрямительных ячеек с первым выходом следующей, отличающееся тем, что первый выход мостового выпрямителя подключен к первому выходу ячейки и в него введен блок управления, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, второй - к первому входу n-ой выпрямительной ячейки, выходы - к управляющим входам ключевых элементов.4. A device for implementing the method of converting AC voltage to DC voltage according to claim 1 or 2, comprising a transformer, a filter capacitor connected to the output of the device, n rectifier cells, each of which contains a bridge rectifier, connected to the transformer winding by inputs, and a second output which is connected to the second output of the cell, the first outputs of the cells are connected in series through n-1 of the corresponding diodes of the first series circuit, the second inputs are through n-1 of the corresponding diodes of the second after chain, and the second output of the n-th rectifier cell is connected to a common output, and the first output of the first cell is connected to the filter capacitor and the rectifier output, in addition, n-1 semiconductor key elements connect the second output of each of the n-1 rectifier cells to the first the output of the next, characterized in that the first output of the bridge rectifier is connected to the first output of the cell and a control unit is inserted into it, the first input of which is connected to the output of the rectifier, the second to the first input of the nth rectifier cell, you ode - to the control inputs of the key elements. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен дроссель с n обмотками, при этом каждая из n обмоток трансформатора подключена к мостовому выпрямителю через одну обмотку дросселя.5. The device according to claim 4, characterized in that a inductor with n windings is inserted into it, each of the n transformer windings connected to the bridge rectifier through one inductor winding. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что блок управления содержит параллельный аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с первым входом, второй - со вторым входом блока управления, а цифровые выходы подключены к выходами блока управления.6. The device according to claim 4, characterized in that the control unit comprises a parallel analog-to-digital converter, the first input of which is connected to the first input, the second to the second input of the control unit, and the digital outputs are connected to the outputs of the control unit. 7. Устройство по п.4 или 6, отличающееся тем, что в блок управления введен преобразователь кода и параллельный аналого-цифровой преобразователь цифровыми выходами подключен к входам преобразователя кода, выходы которого являются выходами блока управления.7. The device according to claim 4 or 6, characterized in that the code converter is inserted into the control unit and the parallel analog-to-digital converter is connected with digital outputs to the inputs of the code converter, the outputs of which are outputs of the control unit. 8. Устройство по 7, отличающееся тем, что блок управления имеет дополнительные входы управления и дополнительно введен двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу младшего разряда параллельного аналого-цифрового преобразователя, а цифровые выходы - к части дополнительных цифровых входов преобразователя кода, вторая часть которых подключена к дополнительным управляющим входам блока управления.8. The device according to claim 7, characterized in that the control unit has additional control inputs and a binary counter is additionally introduced, the counting input of which is connected to the low-order output of the parallel analog-to-digital converter, and the digital outputs to the part of the additional digital inputs of the code converter, the second part which is connected to additional control inputs of the control unit. 9. Устройство для осуществления способа преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение по любому из пп.1-3 содержащее трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу устройства, n/2 выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит диод, первый полупроводниковый ключевой элемент, мостовой выпрямитель и обмотку трансформатора с отводом от середины, при этом концы этой обмотки подключены к входу мостового выпрямителя, а диод и первый ключевой элемент включены последовательно между отводом обмотки и первым выходом мостового выпрямителя, при этом точка соединения диода и первого ключевого элемента выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов первой последовательной цепи, а вторые выходы мостовых выпрямителей n/2 выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход мостового выпрямителя n/2-ой выпрямительной ячейки соединен с общим проводом, а точка соединения диода и первого ключевого элемента первой выпрямительной ячейки соединена с конденсатором фильтра и выходом выпрямителя, кроме того, (n/2)-1 вторых полупроводниковых ключевых элементов соединяют второй выход мостового выпрямителя каждой из (n/2)-1 выпрямительных ячеек с точкой соединения диода и первого ключевого элемента следующей выпрямительной ячейки, отличающееся тем, что в него введен блок управления, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, второй - к отводу от середины обмотки (n/2)-ой выпрямительной ячейки, а выходы - к управляющим входам ключевых элементов.9. A device for implementing the method of converting AC voltage to DC voltage according to any one of claims 1 to 3, comprising a transformer, a filter capacitor connected to the output of the device, n / 2 rectifier cells, each of which contains a diode, a first semiconductor key element, a bridge rectifier and the winding of the transformer with a tap from the middle, while the ends of this winding are connected to the input of the bridge rectifier, and the diode and the first key element are connected in series between the tap of the winding and the first output m a rectifier, the connection point of the diode and the first key element of the rectifier cells connected in series through (n / 2) -1 of the corresponding diodes of the first series circuit, and the second outputs of the bridge rectifiers n / 2 rectifier cells connected in series through (n / 2) -1 the corresponding diodes of the second series circuit, and the second output of the bridge rectifier of the n / 2nd rectifier cell is connected to a common wire, and the connection point of the diode and the first key element of the first rectifier cell is connected the filter capacitor and the output of the rectifier, in addition, (n / 2) -1 of the second semiconductor key elements connect the second output of the bridge rectifier of each of the (n / 2) -1 rectifier cells with the junction point of the diode and the first key element of the next rectifier cell, characterized in that a control unit is introduced into it, the first input of which is connected to the output of the rectifier, the second - to the tap from the middle of the winding of the (n / 2) -th rectifier cell, and the outputs - to the control inputs of key elements. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в него введен дроссель с n обмотками и при этом каждая из n/2 обмоток трансформатора подключена к мостовому выпрямителю через две обмотки дросселя.10. The device according to claim 9, characterized in that a inductor with n windings is inserted into it, and each of the n / 2 transformer windings is connected to the bridge rectifier through two inductor windings. 11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что блок управления содержит параллельный аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с первым входом, второй - со вторым входом блока управления, а цифровые выходы подключены к выходам блока управления.11. The device according to claim 9, characterized in that the control unit comprises a parallel analog-to-digital converter, the first input of which is connected to the first input, the second to the second input of the control unit, and the digital outputs are connected to the outputs of the control unit. 12. Устройство по п.9 или 11, отличающееся тем, что в блок управления введен преобразователь кода и параллельный аналого-цифровой преобразователь цифровыми выходами подключен к входам преобразователя кода, выходы которого являются выходами блока управления.12. The device according to claim 9 or 11, characterized in that the code converter is inserted into the control unit and the parallel analog-to-digital converter is connected with digital outputs to the inputs of the code converter, the outputs of which are the outputs of the control unit. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что блок управления имеет дополнительные входы управления и дополнительно введен двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу младшего разряда параллельно аналого-цифрового преобразователя, а цифровые выходы - к части дополнительных цифровых входов преобразователя кода, вторая часть которых подключена к дополнительным управляющим входам блока управления.13. The device according to p. 12, characterized in that the control unit has additional control inputs and a binary counter is additionally introduced, the counting input of which is connected to the low-order output in parallel with the analog-to-digital converter, and the digital outputs are connected to a part of the additional digital inputs of the code converter, the second part of which is connected to additional control inputs of the control unit. 14. Устройство для осуществления способа преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение по любому из пп.1-3, содержащее трансформатор, конденсатор фильтра, подключенный к выходу устройства, (n/2)-1 диодов первой последовательной цепи и вторых полупроводниковых ключевых элементов, n/2 выпрямительных ячеек, каждая из которых содержит первый полупроводниковый ключевой элемент, мостовой выпрямитель и обмотку трансформатора с отводом от середины, при этом концы этой обмотки подключены к входу мостового выпрямителя, а первый ключевой элемент включен между первым выходом ячейки и первым выходом мостового выпрямителя, а вторые выходы мостовых выпрямителей n/2-1 выпрямительных ячеек соединены последовательно через (n/2)-1 соответствующих диодов второй последовательной цепи, причем второй выход мостового выпрямителя n/2-ой выпрямительной ячейки соединен с общим проводом, а первый выход - через последовательно соединенные диод и первый ключевой элемент подключен к отводу от середины обмотки, а точка соединения этого диода с первым ключевым элементом подключена к выходу n/2-ой выпрямительной ячейки, отличающееся тем, что вторые ключевые элементы включены между отводами каждой обмотки и первым выходом ячейки, а точка соединения первого и второго ключевого элемента каждой из (n/2)-2 ячеек соединена с вторым выходом мостового выпрямителя следующей ячейки и точка соединения диода и первого ключа n/2-ой выпрямительной ячейки подключена к последнему диоду второй последовательной цепи и к точке соединения первого и второго ключей (n/2)-1-ой ячейки и второй выход мостового выпрямителя первой ячейки подключен к конденсатору фильтра и к выходу выпрямителя, а отводы от середин обмоток (n/2)-1 ячеек соединены между собой через соответствующие диоды первой последовательной цепи, последний диод которой подключен к общему проводу и в него введен блок управления, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй - с отводом от середины обмотки (n/2)-ой выпрямительной ячейки, а выходы - с управляющими входами ключевых элементов.14. A device for implementing the method of converting AC voltage to DC voltage according to any one of claims 1 to 3, comprising a transformer, a filter capacitor connected to the output of the device, (n / 2) -1 diodes of the first serial circuit and second semiconductor key elements, n / 2 rectifier cells, each of which contains the first semiconductor key element, a bridge rectifier and a transformer winding with a tap from the middle, while the ends of this winding are connected to the input of the bridge rectifier, and the first key the second element is connected between the first output of the cell and the first output of the bridge rectifier, and the second outputs of the bridge rectifiers n / 2-1 rectifier cells are connected in series through (n / 2) -1 of the corresponding diodes of the second series circuit, and the second output of the bridge rectifier n / 2- of the rectifier cell is connected to the common wire, and the first output is connected through a diode in series and the first key element is connected to the tap from the middle of the winding, and the connection point of this diode with the first key element is connected to the output n / 2 -th rectifier cell, characterized in that the second key elements are connected between the taps of each winding and the first output of the cell, and the connection point of the first and second key element of each of the (n / 2) -2 cells is connected to the second output of the bridge rectifier of the next cell and the point the connection of the diode and the first key of the n / 2nd rectifier cell is connected to the last diode of the second serial circuit and to the connection point of the first and second keys (n / 2) of the -1st cell and the second output of the bridge rectifier of the first cell is connected to the condensation filter and to the output of the rectifier, and the taps from the middle of the windings (n / 2) -1 cells are interconnected via the corresponding diodes of the first series circuit, the last diode of which is connected to a common wire and a control unit is inserted into it, the first input of which is connected to the output rectifier, the second - with the tap from the middle of the winding of the (n / 2) -th rectifier cell, and the outputs - with control inputs of key elements. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что в него введен дроссель с n обмотками, при этом каждая из n/2 обмоток трансформатора подключена к мостовому выпрямителю через две обмотки дросселя.15. The device according to 14, characterized in that a inductor with n windings is inserted into it, each of the n / 2 transformer windings connected to the bridge rectifier through two inductor windings. 16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что блок управления содержит параллельный аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с первым входом, второй - со вторым входом блока управления, а цифровые выходы подключены к выходам блока управления.16. The device according to 14, characterized in that the control unit contains a parallel analog-to-digital Converter, the first input of which is connected to the first input, the second to the second input of the control unit, and the digital outputs are connected to the outputs of the control unit. 17. Устройство по п.14 или 16, отличающееся тем, что в блок управления введен преобразователь кода и параллельный аналого-цифровой преобразователь цифровыми выходами подключен к входам преобразователя кода, выходы которого являются выходами блока управления.17. The device according to 14 or 16, characterized in that the code converter is inserted into the control unit and the parallel analog-to-digital converter is connected with digital outputs to the inputs of the code converter, the outputs of which are outputs of the control unit. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что блок управления имеет дополнительные входы управления и дополнительно введен двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу младшего разряда параллельного аналого-цифрового преобразователя, а цифровые выходы - к части дополнительных цифровых входов преобразователя кода, вторая часть которых подключена к дополнительным управляющим входам блока управления.18. The device according to 17, characterized in that the control unit has additional control inputs and a binary counter is additionally introduced, the counting input of which is connected to the low-order output of the parallel analog-to-digital converter, and the digital outputs to the part of the additional digital inputs of the code converter, the second part of which is connected to additional control inputs of the control unit.
RU2002133155/09A 2002-12-09 2002-12-09 Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion RU2251200C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133155/09A RU2251200C2 (en) 2002-12-09 2002-12-09 Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133155/09A RU2251200C2 (en) 2002-12-09 2002-12-09 Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002133155A RU2002133155A (en) 2004-06-10
RU2251200C2 true RU2251200C2 (en) 2005-04-27

Family

ID=35636305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002133155/09A RU2251200C2 (en) 2002-12-09 2002-12-09 Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2251200C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834538A (en) * 2010-05-21 2010-09-15 浙江大学 Multi-input rectifying circuit for distributed power generation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101834538A (en) * 2010-05-21 2010-09-15 浙江大学 Multi-input rectifying circuit for distributed power generation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5491623A (en) Voltage multiplier using switched capacitance technique
US5481447A (en) Switched capacitance voltage multiplier with commutation
US10374505B2 (en) Power coupler
US6304065B1 (en) Power electronic circuits with all terminal currents non-pulsating
EP1278294B1 (en) An electrical power supply suitable in particular for dc plasma processing
CN112636613B (en) AC-DC conversion circuit
US10819235B2 (en) Power converter
US20200098968A1 (en) Power converter
US10811971B2 (en) Multiple-phase switched-capacitor-inductor boost converter techniques
TW201240292A (en) Switch control circuit and control method for bridgeless switching circuit, power converter and power control method
Zhu et al. Transformerless stacked active bridge converters: Analysis, properties, and synthesis
Babaei et al. A novel structure for multilevel converters
Hara et al. Programmable ring‐type switched‐capacitor dc–dc converters
RU2251200C2 (en) Method and device (rectifier) for ac-to-dc voltage conversion
Terada et al. A ring type switched-capacitor (SC) programmable converter with DC or AC input/DC or AC output
WO2014030104A1 (en) Rectifying circuit and method for an unbalanced two phase dc grid
US20200304023A1 (en) Switching power converter system
EP3788711A1 (en) Power circuits for modular multi-level converters (mmc) and modular multi-level converters
US3497792A (en) High voltage to low voltage inverters
WO2005065181A3 (en) Power converter with improved output switching timing
WO2018024655A1 (en) Multilevel resonant dc-dc converter
Lee et al. High efficiency voltage balancing dual active bridge converter for the bipolar DC distribution system
Mouselinos et al. Multilevel Inverters: A survey of limitations and recommended problem-solving techniques
Elserougi et al. A buck-boost converter-based bipolar pulse generator
CN112542947B (en) Conversion circuit, front-end circuit, sub-module, direct current converter and control method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091210