СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2003 года по МПК G05F1/46 

Описание патента на изобретение RU2210100C2

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может использоваться в качестве источника напряжения постоянного тока.

Известен источник напряжения постоянного тока (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. -296 с., рис.4.20), который содержит мостовой инвертор, трансформатор, мостовую схему выпрямителя и выходной фильтр. Стабилизация напряжения осуществляется изменением величины угла управления тиристорами выпрямителя.

Недостатками источника являются относительно большая масса и габариты, низкий кпд, низкая надежность работы из-за применения управляемых вентилей в силовой схеме и относительной сложности системы управления.

Наиболее близким по техническому решению является источник напряжения постоянного тока, содержащий резонансный инвертор, выполненный на тиристорных ключах, стабилизирующий трансформатор с вращающимся магнитным полем, неуправляемую мостовую схему выпрямителя и выходной фильтр (см. Григораш О. В. Стабилизированные преобразователи напряжения повышенной надежности // Электротехника. 1998. 3. с.24-28, рис.1). Регулирование напряжения источника осуществляется стабилизирующим трансформатором с вращающимся магнитным полем.

Недостатком источника является низкая надежность работы.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока и его кпд.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит резонансный инвертор, состоящий из последовательно соединенных двух управляющих элементов, стабилизирующий трансформатор с вращающимся магнитным нолем с первичными и вторичной обмотками, мостовой выпрямитель, выходной фильтр, выход которого соединен с датчиком напряжения, систему управления инвертором, причем резонансный инвертор выполнен на двух последовательно включенных транзисторах, коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго и с первым выводом конденсатора инвертора, а эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом источника питания, коллектор второго транзистора соединен со вторым выводом источника питания и с первым выводом фазосдвигающего конденсатора, в трансформаторе с вращающимся магнитным полем вторичная обмотка размещена на сердечнике трансформатора и выполнена со средней точкой, причем первым и вторым выводами через первый и второй диоды соединена с катодом обратного диода и входом дросселя фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, средняя точка вторичной обмотки соединена с анодом обратного диода, вторыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, первый и второй выводы источника напряжения постоянного тока соединены со входом системы стабилизации напряжения, содержащей делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор опорного сигнала, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы делителя напряжения соединены с первым и вторым выводами источника напряжения постоянного тока, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с первым и вторым соответственно усилителями импульсов, по два выхода которых соединены с эмиттером и базой первого и второго транзисторов инвертора соответственно.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что в составе преобразователя использованы резонансный инвертор на транзисторных ключах, трансформатор с вращающимся магнитным полем, вторичная обмотка которого размещена на его сердечнике, двухполупериодная схема неуправляемого выпрямителя со средней точкой, обратный диод, включенный между выпрямителем и выходным фильтром, а также тем, что предложенная система стабилизации напряжения выгодно отличает предлагаемый стабилизированный источник напряжения постоянного тока от известного, так как повышается надежность его работы и кпд.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена функциональная схема стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации напряжения.

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит резонансный инвертор 1, состоящий из двух последовательно включенных транзисторов 2 и 3, конденсатора инвертора 4, соединенных между собою и трансформатором 5 с двумя первичными обмотками 6, 7 и вторичной обмоткой 8, 9, фазосдвигающий конденсатор 10 с одной стороны соединен с источником питания, а с другой стороны - с выводом первичной обмотки 7, выпрямитель 11 с диодами 12 и 13, которые соединены со вторичными обмотками 8, 9, а с другой стороны между собой, обратным диодом 14 и выходным фильтром 15, через дроссель 16 с конденсатором фильтра 17 и систему стабилизации 18, состоящую из соединенных между собой делителя напряжения 19, формирователя импульсов 20, генератора опорного сигнала 21, распределителя импульсов 22, усилителей импульсов 23 и 24, входные зажимы 25 и 26, выходные зажимы 27 и 28.

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока работает следующим образом.

Входное напряжение Uвх постоянного тока поступает на выводы 25, 26, являющиеся входом резонансного инвертора 1 (фиг.1). Резонансный контур в инверторе образуется конденсатором инвертора 4 и дросселем 16 выходного фильтра 15.

Допустим, в исходном состоянии конденсатор 4 инвертора 1 разряжен. Для формирования положительной полуволны выходного напряжения инвертора Uаб(фиг. 2,б) система стабилизации напряжения 18 подает управляющий импульс на транзистор 2, он открывается, и конденсатор инвертора 4 начинает заряжаться от источника входного напряжения Uвх таким образом, что его выводы будут иметь потенциалы, указанные знаками на фиг1. Ток заряда конденсатора инвертора 4 будет протекать через первичные обмотки 6, 7 трансформатора 5 и фазосдвигающий конденсатор 10. Для формирования отрицательной полуволны выходного напряжения инвертора система стабилизации 18 закрывает транзистор 2 и открывает транзистор 3. В этом случае конденсатор инвертора 4 будет являться источником питания для нагрузки, и его ток разряда будет протекать по первичным обмоткам трансформатора 5 и фазосдвигающего конденсатора 10 в обратном направлении.

Таким образом, по первичным обмоткам 6, 7 трансформатора 5 протекает переменный ток, вызывающий действие вращающегося магнитного и соответственно ЭДС во вторичных обмотках 8, 9, которые размещены на сердечнике трансформатора. Выпрямитель 11 преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а выходной фильтр 15 сглаживает пульсации, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения Uвых на выводах 27, 28.

Система стабилизации напряжения работает следующим образом.

С выхода (27, 28) сигнал, пропорциональный величине выходного напряжения Uвых, являющийся ведущим для системы стабилизации 18, через делитель напряжения 19 поступает на один из входов формирователя импульсов 20 (фиг.2,a Uдн). На второй вход формирователя импульсов 20 поступает сигнал Uгос от генератора опорного сигнала 21 (фиг.2,a). Когда сигнал Uгос > Uдн, формирователь импульсов 20 формирует импульсы управления, которые через распределитель импульсов 22 и усилители импульсов 23, 24 поступают на управляющие электроды транзистора 2 или транзистора 3.

Работа распределителя импульсов 22 синхронизирована с опорным напряжением генератора 21 для обеспечения формирования положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения Uаб резонансного инвертора 1. Угол управления транзисторами α1 (фиг.2, б) соответствует номинальному режиму работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока. Если, к примеру, выходное напряжение конвертора Uвых уменьшится, то уменьшится напряжение на выходе делителя напряжения 19 и уменьшится угол управления транзисторами до величины α2, а значит увеличится выходное напряжение резонансного инвертора Uаб (фиг.2, в, г) и соответственно увеличится выходное напряжение на зажимах 28, 28 Uвых.
Выходной фильтр 15, кроме функций создания колебательного контура и обеспечения требуемого качества выходного напряжения, выполняет функции накопителя электрической энергии и в моменты времени, когда существует пауза между работой транзисторов 2, 3, фильтр накопленную электроэнергию отдает в нагрузку. Контур для протекания тока от фильтра в нагрузку, когда закрыты транзисторы, создается обратным диодом 14.

Похожие патенты RU2210100C2

название год авторы номер документа
Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока 2024
  • Бондарь Сергей Николаевич
RU2826713C1
Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока 2024
  • Бондарь Сергей Николаевич
RU2822294C1
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2000
  • Богатырев Н.И.
  • Григораш О.В.
  • Мелехов С.В.
  • Креймер А.С.
  • Темников В.Н.
RU2198420C2
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ 2002
  • Богатырев Н.И.
  • Курзин Н.Н.
  • Григораш О.В.
  • Матящук А.Г.
  • Белевич А.В.
  • Мельников Д.В.
RU2210167C1
ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2004
  • Григораш Олег Владимирович
  • Ракло Александр Викторович
  • Григораш Сергей Олегович
  • Новокрещенов Борис Олегович
  • Гонтарь Олег Васильевич
RU2274891C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОЗОНА 1996
  • Богатырев Н.И.
  • Потапенко И.А.
  • Андрейчук В.К.
  • Нормов Д.А.
  • Матящук А.Г.
RU2112739C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ТРЕХФАЗНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА РЕВЕРСИВНОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ 2012
  • Усков Антон Евгеньевич
  • Власов Александр Геннадьевич
  • Буторина Екатерина Олеговна
RU2488938C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ 2010
  • Григораш Олег Владимирович
  • Степура Юрий Петрович
  • Усков Антон Евгеньевич
  • Власенко Евгений Анатольевич
  • Винников Анатолий Витальевич
RU2414802C1
ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 2004
  • Григораш Олег Владимирович
  • Руденко Вадим Григорьевич
  • Ракло Александр Викторович
  • Григораш Сергей Олегович
  • Усков Антон Евгеньевич
RU2274941C1
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ 1996
  • Зиновьев Г.С.
  • Лопаткин Н.Н.
RU2094196C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 210 100 C2

Реферат патента 2003 года СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может использоваться в качестве источника напряжения постоянного тока. Техническим результатом является повышение надежности работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока и его кпд. Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит резонансный инвертор, состоящий из двух последовательно включенных транзисторов, конденсатора инвертора, соединенных между собой и трансформатором с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой, фазосдвигающий конденсатор с одной стороны соединен с источником питания, а с другой стороны - с выводом первичной обмотки, выпрямитель с диодами, которые соединены со вторичными обмотками, а с другой стороны - между собой, обратным диодом и выходным фильтром, через дроссель с конденсатором фильтра, и систему стабилизации, состоящую из соединенных между собой делителя напряжения, формирователя импульсов, генератора опорного сигнала, распределителя импульсов, усилителей импульсов, входные зажимы, выходные зажимы. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 210 100 C2

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий резонансный инвертор, состоящий из последовательно соединенных двух управляющих элементов, трансформатор с вращающимся магнитным полем с первичными и вторичной обмотками, мостовой выпрямитель, выходной фильтр и систему стабилизации напряжения, отличающийся тем, что в качестве управляющих элементов использованы транзисторы, коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго и с первым выводом конденсатора инвертора, а эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом источника питания, коллектор второго транзистора соединен со вторым выводом источника питания и с первым выводом фазосдвигающего конденсатора, второй вывод которого соединен с выводом первичной обмотки, в трансформаторе с вращающимся магнитным полем вторичная обмотка размещена на сердечнике трансформатора и выполнена со средней точкой, причем вторичная обмотка первым и вторым выводами через первый и второй диоды соответственно соединена с катодом обратного диода и входом дросселя фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, средняя точка вторичной обмотки соединена с анодом обратного диода, вторыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, первый и второй выводы источника напряжения постоянного тока соединены со входом системы стабилизации напряжения, содержащей делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор опорного сигнала, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы делителя напряжения соединены с первым и вторым выводами источника напряжения постоянного тока, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с первым и вторым соответственно усилителями импульсов, по два выхода которых соединены с эмиттером и базой первого и второго транзисторов инвертора соответственно, ток заряда конденсатора инвертора от источника входного напряжения протекает при открытом первом транзисторе через первичные обмотки и фазосдвигающий конденсатор, ток разряда конденсатора инвертора протекает при открытом втором транзисторе в обратном направлении по первичным обмоткам и фазосдвигающему конденсатору.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2210100C2

ПРЕРЫВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ВАРИАНТЫ) 1998
  • Иван Е.Бейкер
RU2140704C1
СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЗАЩИТОЙ 1993
  • Левинзон С.В.
  • Чемерисов Б.И.
RU2120658C1
US 4638149 A, 20.01.1987.

RU 2 210 100 C2

Авторы

Богатырев Н.И.

Григораш О.В.

Дацко А.В.

Курзин Н.Н.

Темников В.Н.

Креймер А.С.

Даты

2003-08-10Публикация

2001-05-03Подача