Регулируемый преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиотехнических устройств. Известен вольтодобавочный стабилизатор с амплитудным регулированаем,, содержащий N преобразовательных ячеек, входы которых соединены пара лельно друг с другом, а выходы последовательно. Каждая из ячеек выполнена по схеме двухтактного усилителя мощности с шунтирунзидами диодами и транзисторным ключом на входе. Последний управляется от триггерного элемента, выполненного на операционном усилителе; транзисторы усилителя мощности управляются сщгналом с задающего генератора. Ус ройство управления представлено пороговой схемой, имеющей в зависимости от величины выходного напряжения три устойчивых состояния 1 . Выходные напряжения всех ячеек одинаковы, и нестабильность выxoднo го напряжения равна выходному напря жению одной ячейки. Недостатком такого преобразовател является то, что для получения высок стабильности выходного напряжения число преобразовательных ячеек долж быть довольно большим (например, в известном устройстве 14 ячеек) . Это приводит к увеличению массы и габари тов аппаратуры. Известен преобразователь постоянн го напряжения, содержащими N преобразовательных ячеек, состоящих из последовательно соединенных инвертора, трансформатора и выпрямителя, выходы выпрямителей объединены между собой, при этом входы N-1 преобразо вательных ячеек подсоединены через последовательно соединенные с ними регулирующие ключи к входным выводам параллельно которым подключены датчи ки верхнего уровня напряжения сети, соединённые также с регулирующими ключами, а входы нулевой преобразов тельной ячейки - непосредственно к упомянутым входным выводам .. Регулирование выходного напряжения осуществляется включением Той или иной ячейки путем открывания со ответствующего регулирующего ключа команде соответствующего датчика верхнего уровня в зависимости от ве личины напряжения входной сети. Недостатком такого преобразователя является то, что для получения высокой стабильности выходного напт ряжения необходимо большое количеств преобразовательных ячеек, равное величине /uiJBbiii где Л , - процент изменения первичной сети; - процент изменения выходного напряжения. Например, при Л 40% и iUgyj( 5% число ячеек . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулируемый преобразователь, содержащий основной и несколько вспомогательных инверторов, вторичные обмотки выходных трансформаторов которых соединены последовательно и связаны через выпрямитель с нагрузкой, электронный ключ, включенный в общую цепь управлени,я инвертора, при этом вход ключа связан с общим опорным элементом через обмотки выходных трансформаторов основного и предшествующих вспомогательных инверторов , а через фиксирующие диоды с дополнительными обмотками выходных трансформаторов З . В этом преобразователе управление вспомогательными инверторами осуществляется по двоичному коду, что дает возможность уменьшить количество вспомогательных инверторов. Например если число инверторов в данной схеме равно N, то для получения такой же стабильности в схемах, описанных выше, необходимо N ячеек. Однако такое устройство характеризуется недостаточно высокой стабильностью выходного напряжения. Например, при трех инверторах отклонение выходного напряжения от номинала составляет +3,6 и -2% в моменты после изменения состояния вспомогательных инверторов и достигает +8,7% в момент, предшествующий изменению состояния инверторов. Таким образом, суммарный диапазон изменения выходного напряжения составляет 10,7%. Для повышения стабильности необхо- . димо увеличить число вспомогательных инверто 3ов, что приводит к увеличению массы и габаритов устройства. Кроме того, из-за наличия рекуперации, энергии через неработающую ячейку увеличиваются потери энергии в схе ме. Целью изобретения является увеличение стабильности выходного напря1жения. Поставленная цель достигаешься тем, что в регулируемый преобразователь постоянного ;напряжения содержащий задающий генератор, основной и N вспомогательных инверторов, втори ные обмотки трансформаторов которых соединены последовательно и подключены к выходному выпрямителю с емкостным фильтром, N ключей .и по одной дополнительной обмотке на трансформаторах вспомогательных инверторов, введены датчики верхнего и нижнего уровней выходного напряжения, N последовательно включенных друг с другом реверсивных счетчиковсо счетом до 3, N дешифраторов и N фазовращателей, при этом задающий генератор подключен к входам вспомо гател ных инверторов через фазовращатели , командные входы которых соединены с выходами соответствующи дешифраторов, входами подключенных соответствующим выходам реверсивных счетчиков, причем выходы датчиков верхнего и нижнего уровней выходного напряжения подключены к определяющим направление счета входам реверсивного счетчика, упомянутые ключи включены параллельно допо нительным обмоткам трансформаторов вспомогательных инверторов, а входы ключей соединены с входами запре та пропускания сигнала соответствую щих фазовращателей. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Преобразователь содержит задающий генератор 1, основной инвертор. 2 вспомогательные инверторы 3.1, 3.2, ... 3.N, выходной выпрямитель 4, емкостной фильтр 5, ключи 6.1, 6.2, ... 6.N дополнительные обмотки 7.1,7.2, ... 7.N, реверсивные счет чики 8.1, 8.2, ... 8.N, дешифраторы 9.1,9.2, ... 9.N, фазовращатели им пульсов задающего генератора 10.1, 10.2, ... 10.N, датчик 11 верхнего уровня, датчик 12 нижнего уровня, нагрузку 13, задакиций генератор 1 подключен к входу основного инвертора 2 непосредственно, а к входам вспомогательных инведторов 3.1, 3.2 ... 3. N через фаэрв1рс1щатели 10.1, 10.2, ... ION соответственно, команд ные входы которых соединены с выход ми соответствующих дешифраторов 9.1 9.2,... 9.N, входакш подключенных к соответствующим выходам реверсивны счетчиков 8.1, 8.2, ... 8.N, причем выходы датчиков 11 верхнего и нижне го 12 уровней выходного напряжения подключены к определянш1им направление счета входам реверсивного счетчика. Ключи 6.1, 6.2 ... 6N включены параллельно дополнительным обмоткам 7.1,7.2.. .7.N трансформаторов вспомогательных инверторов, а входа ключей соединены с входами запрета пропускания сигнала соответствующих фазовращателей. Депшфраторы преобразуют выходной код счетчиков в три команда, поступакмцие по трем отдельным шинам на командные входы соответствующих фазовраща.телей, которые в зависимости от команды дешифраторов пропускают на входы вспомогательных инверторов импульсы задающего генератора без изменения фазы, с изменением фазы на 180® или не пропускают вообще. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения первичной сети на преобразователь начинают работать основной и вспомогательные инверторы. Напряжение на выходе этих инверторов выпрямляется выпрямителем 4, фильтруется фильтром 5 и поступает на нагруэку -13 и на входы датчиков верхнего и нижнего уровней 11 и 12 соответственно. Пусть величина этого напряжения превышает верхний уровень. В этом случае на выходе датчика 11 - высокий потенциал (логическая единица), а на выходе датчика 12 - низкий (логический нуль). Уровень 1 поступает на вход, определяющий прямое направление счета счетчиков 8.1, 8.2,... 8.N. КажЩ11й из счетчиков представляет собой счетчик счета до 3 (00, 01, 10,). Счетчики начинают переключаться. При прямом направлении счета состояния на выходах счетчиков и дешифраторов, а также фазность работы вспомогательных инверторов соответствуют таблице (число вспомогательных ячеек взято равным 2, выходное напряжение инвертора 3.2 выбрано в три раза большим выходного напряжения ячейки 3.1).

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий заданхфий генератор, основной и N вспомогательных инверторов, вторичные обмотки трансформаторов которых соеди нены последовательно и ; подключены к выходному выпрякмтелю с емкостным фильтром, N ключей и по одной дополнительной обмотке на трансформаторах вспомогательных инверторов, при этом задающий генератор подключен к основному инвертору. л i 61Х,;КЭ-::. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения стабильности выход ного напряжения, в преобразователь введены датчики верхнего и нижнего уровней выходного напряжения, N последовательно включенных реверсивных счетчиков со счетом до 3, N дешифраторов и N фазовращателей, при этом ;задающий генератор подключен к входам вспомогательных инверторов через фазовращатели, командные входы кото;pbJx соединены с выходами соответствующих дешифраторов входами подключенных к соответствующим выходам реверсивных счетчиков, причем выходы датчиков верхнего и нижнего уровI ней выходного напряжения подключены iK определяняфсм направление счета вхоkfl дам реверсивного счетчика, упомянутые ключи включены параллельно дополнительным обмоткам трансформаторов вспомогательных инверторов, а входы ключей соединены с входами запрета :пропускания сигнала соответствующих фазовращателей.. , . - to 00 СП

100

00 00 00 01

00 01 10 00 010 001 100

+ 4bU

ч-зди

+4

,)t + 3uU +зли

о

+ 2ди

+ 3ди

-ли +4U

+ 4U о Из таблицы видно, что напряжение на выходе преобразователя изменяется от величины -Ди ДО величины иосц+Льи, где.иосн- напряжение на выходной обмотке основной преобразовательной ячейки. На определенном такте напряжение на выходе преобразователя попадает в зону, определяемую порогс1ми сраба тывания датчиков верхнего 11 и нижнего 12 уровней. На выходе датчика 11 верхнего уровня появляется ло гичес сий нуль, и счетчики прекращают счет и остаются в этом состоянии Аналогичные процессы происходят в схеме, если напряжение на выходе в первый момент меньше напряжения нижнего уровня, только в этом случа счетчики считают в обратном направлении (процесс как бы повернут на 180 по отношению к описанному). В установившемся режиме когда напряжение на выходе преобразователя находится в зоне молчания счетчиков, преобразователь.работает сле дующим образом. Если напряжение сети возрастает то возрастает напряжение на выходе преобразователя. При определенном напряжении сети напряжение на выходе превьвиает напряжение срабатывания датчика верхнего уровня, на его выходе появляется логическая единица, счетчики начинают считать в пря мом направлении, последовательно

Продолжение таблицы обеспечивая вычитание из выходного напряжения UU, +2U.U, 3uU и т.д. до тех пор, пока станет меньше напряжения верхнего уровня и попадет в зону молчания счетчиков. При уменьшении напряжения сети логическая единица появляется на выходе датчика нижнего уровня 12, счетчики начинают считать в обратном направлении, последовательно обеспечивая прибавление к выходному напряжению напряжений uU, 2&L1,. Зди до тех пор, пока выходное напряжение не возвратится в зону молчания счетчиков. Ключи 6.1, 6.2, ... 6.N, шунтирующие 7.1, 7.2, ... 7.N трансформаторов вспомогательных инверторов, при наличии команды запрета пропускания сигнала на входах соответствующих фазовращателей открываются вышеуказанной командой и тем салим исключают падение напряжения от протекания тока в выходных обмотках трансформаторов вспомогательных ячеек при их отключении. В остальных случаях ключи находятся в закрытом состоянии. Таким образом, на выходе преобразователя поддерживается напряжение. лежащее между напряжениями срабатывания датчиков нижнего и верхнего уровней (и и Ug соответственно). В предлагаемом устройстве реализован способ управления по троично55У коду, т.е. каждый вспомогательный ; инвертор может иметь три устойчивых состояния, благодаря чему при меньшем копичестве инверторов можно поду чить большее количество сочетаний их работыи Тем самым повысить стабильность выходного напряжения. Например, при наличии в предлагаемой схеме N вспомогательных инверторов, в устройстве-прототипе для получения такой же стабильности шдходного напряжения необходимо МтПГ, а в первых двух аналогах № инверторов.