CZ306615B6

CZ306615B6 - A DC voltage source with two output voltages

Info

Publication number: CZ306615B6
Application number: CZ2016-31A
Authority: CZ
Inventors: RenĂ© Drtina; Jaroslav Lokvenc
Original assignee: Univerzita Hradec Králové
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-03-29
Also published as: CZ201631A3

Abstract

A DC voltage source with two output voltages, which comprises the transformer (TF) and the primary clips (P1, P2) to which there is supplied the primary alternating voltage (Up), and the secondary clips (S1, S2) on which there is the secondary alternating voltage (Us), the first capacitor (C1) , the second capacitor (C2), the first diode (D1) and the second diode (D2), where the positive clip of the first capacitor (C1) and the first secondary clip (S1) of the transformer (TF) are interconnected and conducted to the first output contact (A), the negative clip of the first capacitor (C1), the anode of the first diode (D1) and the negative clip of the second capacitor (C2) are interconnected and conducted to the second output contact (B), the cathode of the second diode (D2) and the positive clip of the second capacitor (C2) are interconnected and conducted to the third output contact (C), the anode of the second diode (D2), the cathode of the first diode (D1) and the second secondary clip (S2) of the transformer (TF) are interconnected, while between the first and the second output contact (A, B), there is the first output direct voltage (U1), and between the third and the second output contact (C, B), there is the second output direct voltage (U2) which is, contrary to the first output direct voltage (U1), twofold.

Description

Stejnosměrný zdroj napětí se dvěma výstupními napětímiDC voltage source with two output voltages

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká stejnosměrného zdroje napětí se dvěma výstupními napětími napojeným na sekundární vinutí síťového transformátoru, na které jsou sérioparalelně připojeny dva jednocestné usměrňovače, první se stejnosměrným napětím základním a druhý se stejnosměrným napětím dvojnásobným.The invention relates to a DC voltage source with two output voltages connected to the secondary winding of a mains transformer, to which two one-way rectifiers are connected in series, the first with a base DC voltage and the second with a double DC voltage.

Dosavadní stav technikyPrior art

V současné době je známo zapojení zdvojovače napětí, které poskytuje pouze dvojnásobné stejnosměrné napětí. Stejnosměrné napětí základní však neposkytuje, protože zapojení schématu je takové, že toto základní napětí má superponováno střídavé sekundární napětí síťového transformátoru.It is currently known to connect a voltage doubler which provides only twice the DC voltage. However, it does not provide a DC base voltage, because the circuit diagram is such that this base voltage has the AC secondary voltage of the mains transformer superimposed.

Zapojení současných jednoduchých zdrojů stejnosměrného napětí poskytuje jen jediné základní napětí. Pro získání základního i dvojnásobného napětí je třeba použít síťový transformátor, který má sekundární vinutí rozděleno na napětí základní i dvojnásobné, obvykle s odbočkou uprostřed vinutí, a který je tedy výrobně pracnější a dražší.The connection of current simple DC voltage sources provides only a single basic voltage. To obtain the basic and double voltage, it is necessary to use a mains transformer, which has a secondary winding divided into basic and double voltage, usually with a branch in the middle of the winding, and which is therefore more laborious and expensive to manufacture.

Zřejmě nejstarší násobič napětí je typu „Euler“, viz obr. 1, sloužící jako napájecí zdroj pro malé elektronky ve vysílačkách a v hybridních zařízeních, ve zvyšovači DC napětí v tranzistorových obvodech, v nf technice u indikátorů úrovní, u napěťově řízených zpětných vazeb, atd. Nevýhodou je pouze jedno dvojnásobné stejnosměrné napětí, kde chybí základní stejnosměrné napětí.Probably the oldest voltage multiplier is of the "Euler" type, see Fig. 1, serving as a power supply for small tubes in transmitters and hybrid devices, in a DC voltage booster in transistor circuits, in nf technology for level indicators, for voltage-controlled feedback, etc. The disadvantage is only one double DC voltage, where the basic DC voltage is missing.

Jiným používaným násobičem napětí je typ „Dellon klasik“, viz obr. 2, a „Asymetrický Dellon“, viz obr. 3. Používá se jako zdroj symetrického napětí, tam, kde nevadí větší zvlnění nebo pro malé odběry. Modifikované zapojení se používá na vstupu spínaných zdrojů při přepínání napěťových hladin 110 V (127 V) / 220 V (230 V až 240 V). Pro úsporu mědi a izolace se používá u elektronkových zesilovačů jako výkonový napájecí zdroj koncových stupňů, často v nesymetrické, třídiodové verzi s náročnějším transformátorem s dvojitým vinutím nebo s odbočkou. Asymetrický Dellon poskytuje tři různá napětí, dvě stejná a jedno s vyšším napětím, nebo dvě stejná a jedno s nižším napětím. Při velkém zatížení jedné části, kdy zde dojde ke snížení napětí, však může dojít k proporcionálnímu poklesu i napětí v druhé části.The other voltage multipliers used are the "Dellon classic" type, see Fig. 2, and the "Asymmetric Dellon", see Fig. 3. It is used as a source of symmetrical voltage, where larger ripples do not matter or for small consumptions. The modified connection is used at the input of switching power supplies when switching voltage levels 110 V (127 V) / 220 V (230 V to 240 V). To save copper and insulation, it is used in tube amplifiers as a power supply source for output stages, often in an unbalanced, three-diode version with a more demanding transformer with double winding or tap. The asymmetric Dellon provides three different voltages, two of the same and one with a higher voltage, or two of the same and one with a lower voltage. However, with a large load on one part, where the voltage decreases, the voltage in the other part may also decrease proportionally.

Cílem vynálezu je představit stejnosměrný zdroj napětí se dvěma výstupními napětími, který by výše uvedené nedostatky stavu techniky odstranil.It is an object of the invention to provide a DC voltage source with two output voltages which overcomes the above-mentioned drawbacks of the prior art.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry stejnosměrný zdroj napětí se dvěma výstupními napětími, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje transformátor s primárními svorkami, na které je přivedeno primární střídavé napětí, a sekundárními svorkami, na kterých je sekundární střídavé napětí, první kondenzátor, druhý kondenzátor, první diodu a druhou diodu, kde kladná svorka prvního kondenzátoru a první sekundární svorka transformátoru jsou vzájemně propojeny a vyvedeny na první výstupní kontakt, záporná svorka prvního kondenzátoru, anoda první diody a záporná svorka druhého kondenzátoru jsou vzájemně propojeny a vyvedeny do druhého výstupního kontaktu, katoda druhé diody a kladná svorka druhého kondenzátoru jsou vzájemně propojeny a vyvedeny do třetího výstupního kontaktu, anoda druhé diody, katoda první diody a druhá sekundární svorka transformátoru jsou vzájemně propojeny, přičemž mezi prvním a druhým výstupním kontaktem je první výstupní stejnosměrné napětí a mezi třetím a druhým výstupnímThe above-mentioned drawbacks are largely eliminated by a DC voltage source with two output voltages, the essence of which consists in that it comprises a transformer with primary terminals to which the primary AC voltage is applied and secondary terminals on which the secondary AC voltage is applied, a first capacitor, a second capacitor, a first diode and a second diode, wherein the positive terminal of the first capacitor and the first secondary transformer terminal are interconnected and connected to the first output contact, the negative terminal of the first capacitor, the anode of the first diode and the negative terminal of the second capacitor are interconnected and connected to the second output. contact, the cathode of the second diode and the positive terminal of the second capacitor are interconnected and connected to the third output contact, the anode of the second diode, the cathode of the first diode and the second secondary terminal of the transformer are interconnected, with a first output DC voltage between the first and second output contacts and third and dr angular output

- 1 CZ 306615 B6 kontaktem je druhé výstupní stejnosměrné napětí, které je oproti prvnímu výstupnímu stejnosměrnému napětí dvojnásobné.- 1 CZ 306615 B6 contact is the second output DC voltage, which is double compared to the first output DC voltage.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Vynález bude dále přiblížen pomocí obrázků, kde obr. 1 představuje násobič napětí typu „Euler“, obr. 2 představuje násobič napětí typu „Dellon klasik“, obr. 3 představuje násobičem napětí typu „Asymetrický Dellon“, a obr. 4 představuje stejnosměrný zdroj napětí se dvěma výstupními na10 pětími podle vynálezu.The invention will be further illustrated by the figures, where Fig. 1 represents a voltage multiplier of the "Euler" type, Fig. 2 represents a voltage multiplier of the "Dellon classic" type, Fig. 3 represents a voltage multiplier of the "Asymmetric Dellon" type, and Fig. 4 represents a DC source. voltage with two output voltages according to the invention.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Stejnosměrný zdroj napětí se dvěma výstupními napětími podle vynálezu je představen na obr. 1 a obsahuje transformátor TF s primárními svorkami Pl, P2 na které je přivedeno primární střídavé napětí Up, a sekundárními svorkami SI, S2 na kterých je sekundární střídavé napětí Us, první kondenzátor Cl, druhý kondenzátor C2, první diodu Dl a druhou diodou D2. kde:The DC voltage source with two output voltages according to the invention is shown in Fig. 1 and comprises a transformer TF with primary terminals P1, P2 to which the primary AC voltage Up is applied, and secondary terminals S1, S2 on which the secondary AC voltage Us, the first capacitor C1, a second capacitor C2, a first diode D1 and a second diode D2. where:

- kladná svorka prvního kondenzátoru Cl a první sekundární svorka S1 transformátoru TF jsou 20 vzájemně propojeny a vyvedeny na první výstupní kontakt A,- the positive terminal of the first capacitor C1 and the first secondary terminal S1 of the transformer TF are 20 interconnected and connected to the first output contact A,

- záporná svorka prvního kondenzátoru Cl, anoda první diody Dl a záporná svorka druhého kondenzátoru C2 jsou vzájemně propojeny a vyvedeny do druhého výstupního kontaktu B,- the negative terminal of the first capacitor C1, the anode of the first diode D1 and the negative terminal of the second capacitor C2 are interconnected and connected to the second output contact B,

- katoda druhé diody D2 a kladná svorka druhého kondenzátoru C2 jsou vzájemně propojeny a vyvedeny do třetího výstupního kontaktu C,- the cathode of the second diode D2 and the positive terminal of the second capacitor C2 are interconnected and connected to the third output contact C,

- anoda druhé diody D2, katoda první diody Dl a druhá sekundární svorka S2 transformátoru- the anode of the second diode D2, the cathode of the first diode D1 and the second secondary terminal S2 of the transformer

TF jsou vzájemně propojeny,TFs are interconnected,

- přičemž mezi prvním a druhým výstupním kontaktem A, B je první výstupní stejnosměrné napětí Ul a mezi třetím a druhým výstupním kontaktem C a B je druhé výstupní stejnosměrné napětí U2, které je oproti prvnímu výstupnímu stejnosměrnému napětí Ul dvojnásobné.- between the first and the second output contact A, B there is a first output DC voltage U1 and between the third and the second output contact C and B there is a second output DC voltage U2, which is twice the first output DC voltage U1.

Princip funkce výše uvedeného stejnosměrného zdroje se dvěma výstupními napětími podle vynálezu je následující:The principle of operation of the above-mentioned DC power supply with two output voltages according to the invention is as follows:

Při kladné polaritě střídavého sekundárního napětí Us transformátoru TF na první sekundární 35 svorce S1 proti druhé sekundární svorce S2 se přes první diodu Dl nabíjí první kondenzátor Cl na kladné první výstupní stejnosměrné napětí Ul. Při záporné polaritě střídavého sekundárního střídavé napětí Us transformátoru TF na první sekundární svorce S1 proti druhé sekundární svorce S2 se sekundární střídavé napětí Us transformátoru TF a první výstupní stejnosměrné napětí Ul sčítají a přes druhou diodu D2 se nabíjí druhý kondenzátor C2 na kladné druhé výstupní stej40 nosměmé napětí U2, které je oproti prvnímu výstupnímu stejnosměrnému napětí Ul dvojnásob- né. Obě výstupní stejnosměrná napětí Ul a U2 mají společný záporný pól na druhém výstupním kontaktu B.With a positive polarity of the AC secondary voltage Us of the transformer TF at the first secondary terminal 35 S1 against the second secondary terminal S2, the first capacitor C1 is charged to the positive first output DC voltage U1 via the first diode D1. With the negative polarity of the AC secondary voltage Us of the transformer TF at the first secondary terminal S1 against the second secondary terminal S2, the secondary AC voltage Us of the transformer TF and the first output DC voltage U1 are added and the second capacitor C2 is charged to the positive second output DC 40 via the second diode D2. voltage U2, which is twice the first DC output voltage U1. Both DC output voltages U1 and U2 have a common negative pole on the second output contact B.

Stejnosměrný zdroj podle vynálezu je schopen poskytovat dvě různě velká kladná/zápomá napětí 45 proti společnému zemnímu bodu. Vzniknou tak dva téměř nezávislé zdroje, které se vzájemně ovlivňují. Zvlnění obou napětí jdou proti sobě, což je výhodné u některých typů zařízení, např. nízkofrekvenčních, kde se v případě napájení jednoho zařízení snižuje rušivý signál v celém zařízení. Díky opačnému průběhu zvlnění napájecího napětí tak dochází k vzájemné kompenzaci ruchů. V takovém případě je potřeba méně účinných filtrů neboje filtrace účinnější. Bývají pou50 žívány filtry aktivní i pasivní, nebo stabilizátory.The DC power supply according to the invention is able to provide two positive / negative voltages 45 of different magnitudes against a common ground point. This will create two almost independent sources that interact with each other. The ripples of the two voltages go against each other, which is advantageous for some types of devices, eg low-frequency devices, where the interference of the whole device is reduced in the case of powering one device. Due to the opposite course of the supply voltage ripple, mutual noise compensation occurs. In this case, less efficient filters are needed or filtration is more efficient. Active and passive filters or stabilizers are used.

Představené řešení podle vynálezu umožňuje použití pouze jedno vinutí zdrojového transformátoru, a to bez odbočky, což znamená levnější výrobu a tedy lepší konkurenceschopnost, jelikož konkurenční řešení pro dosažení stejné nezávislosti zdrojů potřebují dvě vinutí.The presented solution according to the invention allows the use of only one winding of the source transformer, without a tap, which means cheaper production and thus better competitiveness, since competing solutions need two windings to achieve the same source independence.

. 7 .. 7.

Představené řešení podle vynálezu dosahuje účinnosti zdroje o 5 až 7 % vyšší, než je účinnost již existujících řešení známých ze stavu techniky. Vyšší energetická účinnost u stejnosměrných zdrojů prodlužuje výdrž elektroniky při stejné kapacitě akumulátoru.The presented solution according to the invention achieves a source efficiency of 5 to 7% higher than the efficiency of already existing solutions known from the prior art. Higher energy efficiency with DC power supplies extends the life of electronics with the same battery capacity.

Představené řešení podle vynálezu umožňuje konstrukci jednoduchého a výrobně levného zdroje s vícenásobným využitím, zejména pro napájení spotřební elektroniky, nebo pro jednoduchá pomocná laboratorní využití, zejména zdroje pevného napětí 3Važ6V, 6Važl2V nebo 12 V až 24 V. Návrh a výpočet zapojení se přitom provádí běžnými postupy pro jednocestné usměrňovače.The presented solution according to the invention enables the construction of a simple and cheap production with multiple uses, especially for powering consumer electronics, or for simple auxiliary laboratory uses, especially fixed voltage sources 3Važ6V, 6Važl2V or 12 V to 24 V. The design and calculation of connections procedures for one-way rectifiers.

Konkrétním použitím představeného vynálezu je stacionární i mobilní elektronika napájená akumulátory, vyžadující stejnosměrné napětí do cca 1,5 kV, transformátorové zdroje se standardním sinusovým napětí, nebo spínané zdroje.A specific use of the present invention is stationary and mobile electronics powered by accumulators, requiring a DC voltage of up to about 1.5 kV, transformer power supplies with standard sinusoidal voltage, or switching power supplies.

Claims

PATENT CLAIMS

A DC voltage source with two output voltages, characterized in that it comprises a transformer (TF) with primary terminals (P1, P2) to which the primary AC voltage (Up) is applied and secondary terminals (S1, S2), to of which is the secondary alternating voltage (Us), the first capacitor (C1), the second capacitor (C2), the first diode (D1) and the second diode (D2), where

- the positive terminal of the first capacitor (C1) and the first secondary terminal (S1) of the transformer (TF) are interconnected and connected to the first output contact (A),

- the negative terminal of the first capacitor (C1), the anode of the first diode (D1) and the negative terminal of the second capacitor (C2) are interconnected and connected to the second output contact (B),

- the cathode of the second diode (D2) and the positive terminal of the second capacitor (C2) are interconnected and connected to the third output contact (C),

- the anode of the second diode (D2), the cathode of the first diode (D1) and the second secondary terminal (S2) of the transformer (TF) are interconnected,

- wherein between the first and second output contacts (A, B) there is a first output DC voltage (U1) and between the third and second output contacts (C, B) there is a second output DC voltage (U2) which is opposite to the first output DC voltage (U2). Ul) double.