Регулятор напряжения со звеном повышенной частоты Советский патент 1983 года по МПК H02M5/12 H02P13/28 

31 ров на полностью управляемых клюмах с двухсторонней проводимостью, транс форматор повышенной частоты, первичная обмотка которого включена в первую диагональ моста-модулятора, а вторичная - в первую диагональ моста-демодулятора, схему управления с задающим генератором и двумя фазосдвигающими блоками соответственно с управляемыми углами задержки и one режения, пРичем один выход задающего генератора соединен с управляющими входами ключей модулятора, а другой с одним из входов каждого пазосдви.гающего блока-, выходы которых подклю цены к управляющим входам ключей демодулятора, при этом другие управляющие входы обоих фазосдвигающих блоков объединены и обрпзуют управляющи вход регулятора напряжения с Кроме то го, вторая диагональ моста-модулятора образует входные выводы регулятора, а выходные выводы регулятора образоваТны последовательным соединением вторых диагоналей модулятора и демодулятора На основе известного регулятора нельзя построить многофункциональный источник питания с необходимым числом каналов, потому что напряжение н трансформаторе нестабильно при стабилизации напряжения на его выходе Это приводит к сужению функциональных возможностей регулятора при стабилизации напряжения и невозможности получения необходимого-числа выходов со стабильным напряжением Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей регулятора при стабилизации напряжения, путем увеличения числа выходов со стабильн напряжением. Поставленная цель достигается тем что регулятор напряжения со звеном повышенной частоты, содержащий модул тор и демодулятор, выполненные, например, в виде однофазных мостовых инверторов на полупроводниковых ключах, трансформатор повышенной частоты, первичная обмотка которого включена в первую диагональ мост-э-модуля тора, а вторичная - в первую диагональ моста-демодулятора, схему управления с задающим генератором и дв мя фазосдвигающими блоками соответст венно с управляемыми углами задержки и опережения, причем один выход задающего генератора соединен с упра ляющими входами ключей модулятора, а другой - с одним из входов каждого ф;:)зосдвигающего блока, выходы которых подключены к управляющим входам ключей демодулятора, при этом другие управляющие входы обоих фазосдвигающих блоков объединены и образуют управляющий вход регулятора напря : ения, дополнительно снабжен демодуляторами, управпяющие входы которых подключены к выходу задающего генератора, в их первые диагонали включены дополнительные вторичные обмотки трансформатора повышенной частоты, а вторые диагонали образуют дополнительные выходные выводы регулятора, при этом одна из вторичных обмоток подключе|1а к входу блока обратной связи, осуществляющего сравнение напр яжения на обмотках трансформатора с эталонным, выходом соединенного с управляющим входом регулятора напряжения, входные выводы которого образованы последовательно соединенными вторыми диагоналями демодулятора и модулятора, а его выходные выводы образованы второй диагональю модуля тора о При стабилизации переменного напряжения полупроводниковые ключи выполнены в виде полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью При стабилизации постоянного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода напряжения повышенной частоты ключи модулятора и демодулятора выполнены в Биде управляемых ключей с односторонней проводимостью, дополнительные демодуляторы выполнены на неуправляемых ключах, а выходные выводы, соответствующие стабильному напряжению повышенной частоты, образованы вторичной обмоткой трансформатора При стабилизации переменного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода постоянного напряжения дополнительный демодулятор, вторая диагональ которого образует соответствующие выходные выводы, выполнен на неуправляемых ключах о С целью уменьшения падения напряжения на дополнительных демодуляторах и повышения точности стабилизации последние выполнены в виде соединенных в кольцо вторичной обмотки трансформатора повыиюнной частоты и двух ключей, причем выходные выводы дополнительных демодуляторов .образованы 5 общей точкой соединения клкэчей и-сред ней точкой обмотки трансформатора по вышенной частоты На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого регулятора напряхкения со звеном повышенной частоты; на фиг«2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы регулятора. Предлагаемый регулятор напряжения со звеном повышенной частоты содержи модулятор 1, выполненный по мостовой схеме на ключах 2-5 с двусторонней проводимостью, в первую диагональ моста которого включена первичная об мотка 6 трансформатора 7 повышенной частоты, а вторая диагональ образует основной выход регулятора, гальванически связанный с сетью, к которому подключена нагрузка 8, а также демодулятор 9, выполненный таюхе по носто вой схеме на ключах 10-13 с двусторон й проводимостью. Причем в первую диагональ моста демодулятора включена вторичная обмотка 1 трансформато ра 7« Вторая диагональ моета-демодуля тора 9 соединена последовательно со второй диагональю моста-модулятора 1 и образует вход регулятора, к которому подключается напряжение сети Uo Вторичная обмотка 15 трансформатора 7 подключена на вход блока 16 обратной связи, выход которого соединен с управляющими входами фазосдвигающих блоков 17 и 18 соответственно с регулируемым углом сдвига фазы задержки din и опережения fp , Выхода фазосдвигающих блоков 17 и 18 соединены с управляющими входами ключей 10 12 и 1.1, 13 демодулятора соответственно Синхронизирующие входы 19 и 20 фазосдвигающих блоков 17 и 18 соответственно соединены с выходом задающего генератора 21, другой выход которого подключен к управляющим входам ключей 2-5 модулятора и управляющим входам ключей дополнительных демодуля торов 22 и 23 (.количество которых для примера взято равным двум), выполненных на ключах с двусторонней пров димостью соответственно 2t-27 и 28-31, управляющие цепи которых подключены к задающему генератору 21. В первые диагонали дополнительных мостов-демодуляторов 22 и 23 включены соответственно вторичные обмотки 32 и 33 трансформатора 7 а вторые диагонали образуют дополнительные выходные клем мы, к которым подключены нагрузки 3 и 35. 371 -,« Позицией 36 обозначено выходное напряжение задающего генератора 21; 37-39 - выходные напряжения фазосдвигающего блока 17 соответственно при углах задержки фазы (относительно периода повышенной частоты Ып-- я; I ХД и /1/2; - выходные напряжения фазосдвигающего блока 18 соответственно дри углах опережения |; р,рс I и «+3 - напряжение сети и напряжение на нагрузке присз(.р Е ; напряжение на обмотках трансформатора 7 соответственно ; ) и ( ; - напрямение на . Haj-рузке,соответственно прио{р - jip 7с/2; dp |Ьр }г/2, Принцип работы регулятора напряжения со звеном повышенной частоты состоит в следующем,. Допустим переменное напряжение сети равно номинальному напряжению,, Ключи инвертора 2-5 замыкаются по алгоритму 2,5-3, ключи демодулятора 10-13 по алгоритму 10, 11-12, 13 (рядом стоящие цифры соответствуют замкнутому состоянию ключей). Напряжение сети (Дс прикладывается к нагрузке Ь, параллельно которой включен инвертор 1. Он преобразует напряжение k} сети (фиго 2) в высокочастотное напряжение с сохранением синусной огибающей Это нап; :жение с обмотки 15 поступает на -блок 16 обратной связи, который может быть выполнен по любому известному приципу. В блоке 16 обратной связи поступившее напряжение преобразуется в удобное для сравнения, сравнивается с эталонным (задающим) напряжением, а выявленная ошибка усиливается и подается на управляющие входы фазосдвигающих блоков 17 и 18, Под действием напряжения с блока 1б обратной связи фаза импульсных последовательностей на выходе фазосдвигающих ()локов 17 и 18 изменяется от О до ТГ (по-отношению к периоду повышенной частоты). Если напряжение на трансформаторе 7 соответствует номинальному, то фаза импульсных последовательностей соответствует условиюо р Рр ТГ/а. . При изменении напряжения сети вверх от номинального изменяется и напряжение на трансформаторе 7. Отклонение напряжения от номинального, выявленное в блоке 16 обратной связи, поступает на вход фазосдвигающих блоков 17 и 18 и приводит к из7мению фазы импульсных последовательностей, как показано на диаграммах З и tl. Это приводит к изменению алгоритмов переключения ключей демодулятора 9, который в этом случае будет следующим - 13f 12-12, П-П,. 10-10, 13о Такой алгоритм переключения ключей демодулятора приводит к тому, что напряжение демодулятора по ключается встречно с напря : ением сети и, таким образом, уменьшает напря жение на (нагрузке до номинального значения„ Напряжение на обмотках трансформатора показано на диаграмме 45. При уменьшении напряжения сети U ниже номинального напряжения сигнал рассогласования с блока 16 обратной связи изменяется по знаку Это приводит к изменению фаз импульсных последовательностей с фазосдвигающих блоков 17 и 18, как показано на диа граммах 39 и Алгоритм переключения ключей демодулятора 9 при этом изменяется и на 11, 10-1.0, 13 13 12-12, 1К Теперь напряжение на демодуляторе включается согласно с напряжением сети и, таким образом увеличивает напряжение на нагрузке до номинального. Напряжение на обмотках трансформатора показано на диаграмме 46« Таким образом, при изменяющемся напряжении сети U вверх и вниз от номинального среднее напряжение на нагрузке 8 и на обмотках трансформатора (среднее значение показано пунк тиром на диаграммах) остается постоянным. Дополнительные демодуляторы 22 и 23, переключаясь по импульсам 36 с задающего генератора 21, соответственно по алгоритмам 24, 2725, 26 и 28, 31-29, 30 преобразуют высокочастотные напряжения 44-46 с трансформатора7 в напряжения с частотой сети 47-49 (фиг„ 3). Если требуется постоянное выходно напряжение с дополнительных демодуля торов, то вместо ключей 24-27 и 28-3 необходимо включить диоды и поставить выходные фильтрЫо Внутреннее сопротивление дополнительных демодуляторов 22 и 23 не вхо дит в контур регулирования, поэтому при изменении тока нагрузки появляе ся нестабильность напряжений на нагрузках 34 и 35. 718 С целью уменьшения внутреннего сопротивления дополнительных демодуляторов 22 и 23 последние выполняют в виде соединенной в кольцо вторичной обмотки трансформатора и двух ключей, а точка соединения ключей и средняя точка обмотки трансформатора образуют дополнительные выходные выводы демодуляторов. Напряжение на нагрузке дополнительного канала (среднее значение) записывается UM - трср ЕП IH где и - среднее напряжение на нагрузке дополнительного канала; среднее напряжение на обмотках трансформатора; остаточная ЭДС полупроводниковых ключей; ток нагрузки дополнительного канала; внутреннее сопротивление дополнительного канала„ Тогда приращение напряжения на нагрузке дополнительного канала при увеличении тока нагрузки , -ЛЕп - (2) Полученное равенство делят на номинальное значение напряжения MJVH uUrpcp Д Ец „ ujj UH и„ UH WU Левая часть равенства - точность стабилизации напряжения на нагрузке дополнительного канала, правая: первый член - точность стабилизации напряжения на обмотках трансформатора, второй - относительное значение остаточных ЭДС полупроводниковых ключей, а третий - относительное значение внутреннего сопротивления дополнительного канала U Если Л1 1ц, то имеют относительное значение рц., (где R - сопротивление нагрузки дополнительного канала),.. Таким образом, точность стабилизации основного канала выше точности дополнительного канала на две составляющие (второй и третий члены выражения), а их величины в цифрах определяются конечными парамет), .у й1н, UH. Таким образом, предлагаемый регулятор напряжения со звеном повышенной частоты имеет расширенные функциональные возможности -заключающиеся в том, что он может иметь jii-jGoe число стабильных выходов. Причем nfin питании переменным напряжением эти 9 выходы могут быть как переленного, так и постоянного напряжения. Это достигается благодаря тому, что напряжение на обмотках транс(Х рматора остается постоянным при изменении на пряжения сети, формула изобретения 1« Регулятор напряжения со звеном повышенной частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные в виде однофазных мостовых инверторов полупроводниковых ключах, трансформа тор повышенной частоты, первичная обмотка которого включена в первую диагрнадь моста-модулятора,а вторичная - в первую диагональ моста-демодулятора, схему управления с задаю.щим генератором и двумя фазосдвигающц ии блоками соответственно с управляемыми углами задержки и опережения причем один выход задающего генерато ра соединен с управляюtци l входами ключей модулятора, а другой - с одним из входов каждого фазосдвигающего блока, выходы которых подключены к управляюи(им входам клочей демодуля тора, при этом другие управляющие BX ды обоих фазосдвигающих блоков объед нены и образуют управляющий вход регулятора напряжения, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью расшире ния функциональных возможностей при стабилизации напряжения путем получения нескольких стабилизированных гальванически развязанных выходов, он дополнительно снабжен демодуляторами, управляющие входы которых подкгяочены к выходу задающего генератор В их первые диагонали включены допол нительные вторичные обмотки- трансформатора повышенной частоты, а вторые диагонали образуют дополнительные выходные выводы регулятора, при этом одна из вторичных обмоток подключена к входу блока обратной связи, осуществляющего сравнение напряжения на обмотках трансформатора с эталонным, выходом соединенного с уп равляющим входом регулятора напряжения, входные выводы которого образованы последовательно соединенными вторыми диагоналями демодулятора и модулятора, а его выходные выводы образованы второй диагональю модулято-2.Регулятор напряжения по п., 1, . о т лич а ющ. и и ся теп, что, при стабилизации переменного напряжения, полупроводниковые ключи выполнены в виде полностью управляемых кличей с двусторонней проводигюстыо. 3.Регулятор напряжения по пп, 1 и 2, отли чающийся тем, что при стабилизации постоянного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода напряжения повышенной частоты ключи модулятора и демодулятора выполнены в виде управляемых ключей с односторонней проводимостью, дополнительные демодуляторы выполнены на неуправляемых ключах, а выходные выводы, соответствующие стабильному напряжению повышенное) частоты, образованы .вторичной обмоткой трансформатора.. , Регулятор напряжения по ппо 1 и 2, отли чающийся тем, « что при стабилизации переменного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода постоянного напряжения, дополнительный демодулятор, вторая диагональ которого образует соответствующие выходные выводы, выполнен на неуправляемых ключах о 5. Регулятор напряжения по пп, 1-, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения падения напряжения на дополнительных демодуляторах и повышения точности стабилизации,, последние выполнены в виде соединенных в кольцо вторичной обмотки трансформатора повышенной частоты и двух ключей, причем выходные выводы дополнительных демодуляторов образованы общей точкой соединения клпчей и средней точкой обмотки трансформатора повышенной частоты ; Источники инфopмi1ции, принятые во внимание при экспертизе . 1.Моин B.C., Лаптев Н,Н, Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, с, 267-268. 2.Авторское свидетельство СССР № 589681, кл Н 02 Р П/Т, 1977.

Фиг.1