Импульсный регулятор постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02P5/06 G05B19/4062 

Фиг.1

1 . 1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам напряжения, позволяющим получить в нагрузке постоянное регулируемое напряжение. .

Известен преобразователь, использующий сглаживающий Г-образный фильтр, состоящий из двух обмоток, расположенных на магнитопроводе, при чем одни концы обмоток объединены и подключены к входному выводу, другой конец первой обмотки соединен с одним из в йходных вьшодов, а другой конец второй обмотки через конденсатор подключен ко второму выходному выводу fl2.

Однако в этом устройстве не устраняется основной недостаток Г-образного 4 шьтра, а именно, существен ное подмагНичйвание сердечника дросселя фильтра током нагрузки.

Наиболее близким к изобретению являе гся импульсный регулятор постоянного нагфяжения, содержащий вход иые выводы дляподключения источника постоянного напряжения, к одному из которых подключен регулирующий ключ, и сглаживающий Г-образный фильтр, состоящий из первичной обмот ки дросселя, включенной с указанным регулирукнцим ключом последовательно в цепь нагрузки, и ко нденсатора, включенного параллельно цепи нагрузки, причем один из входных выводов является общим с одним из выходных выводов для подключения нагрузки 2j

Недостатком известного устройства являются большие величины пульсаций выходного напряжения и массогабаритных показателей сглаживающего фильтра.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций выходного напряжения и улучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном регуляторе постоянного напряжения, содержащем входные выводы для подключения источника постоянного напряжения, к одному из которых подключен регулирующий ключ, и сглаживающий Г-образный фильтр, состоящий из перйичной обмотки дросселя, включенной с регулирующим ключом последовательно в цепь нагрузки, и конденсатора, включенного параллельно цепи нагрузки, причем один из входных вьтодов являет204642

ся общим с одним из выходных выводов для подключения нагрузки, дроссель фильтра дополнительно снабжен вторичной обмоткой, соединенной началом 5 с началом первичной обмотки дросселя, а концом - через введенный вспомогательный конденсатор с общим выводом.

Кроме того, в импульсном регуля10 торе постоянного напряжения последовательно в цепь нагрузки введен дополнительный индуктивный элемент, включенный между концом первичной обмотки дросселя и конденсатором

15 фильтра.

Причем между концами первичной и вторичной обмоток дросселя включен введенный дополнительный конденсатор .

20 На фиг. 1 и 3 представлена принципиальная схема импульсного регулятора постоянного напряжения. В регуляторе источник входного напряжения Е через регулирующий ключ 1 связан

5 с началом первичной обмотки 2 дросселя 3, конец которой через конденсатор фильтра 4 и нагрузку 5, включенных параллельно, подключен к общей шине. Начало вторичной обмотки 6 сое0 динено с началом первичной обмотки 2, а конец ее через вспомогательный конденсатор 7 подключен к общей шине. К общей точке соединения начал обмоток 2 и 6 катодом подключен шунтирующий диод 8, а анодом - к общей шине (фиг. 1).

Последовательно в цепь нагрузки (фиг. 2) введен дополнительный индуктивный элемент 9, включенный между концом первичной обмотки дросселя и конденсатором фильтра.

Схема импульсного регулятора (фиг. 3) - с включением между концами первичной и вторичной o6MOTKaNM

дросселя дополнительного конденсатора 10.

Импульсный регулятор постоянного напряжения работает следующим образом.

:0 В установившемся режиме непрерывного тока в обмотке 2 дросселя 3 изменение тока в обмотке 2 определяется д; (Е - V,()ty/L, где tu - время включенного состояния регулируюS щего ключа 1, L - индуктивность обмотки 2, V - напряжение на нагрузке (фиг. 1 и 2). Данное изменение тока, протекая через конденсатор фильтра 4, вызывает пульсации напря жения на нагрузке 5. Уменьшение изменения тока &j приведет и к умен шению пульсаций выходного напряжения. Это достигается введением дополнительной обмотки 6 и конденсато ра 7 . Варьируя, коэффициентом связи между обмотками 2 и 6 при равном их числе витков или уменьшая число вит ков обмотки 6 по отношению к обмотке 2j в контур, составленный из эле ментов 2-6-7-4, вносится ЭДС , ко торая на индуктивностях рассеяния обмоток д-росселя 21 Lg создает встречное изменение тока ui ty/ /HLg, стремящееся уменьшить ток д i, протекаю1ций через конденсатор фильтра 4. При равенстве измерений токов Л1 i пульсации тока через конденсатор фильтра 4 равны нулю и, следовательно, пульсации напряжения на нагрузке также равны нулю. При этом пульсации напряжения на конденсаторе 7 возрастают. Однако конденсатор 7 находится вне ко тура нагрузки и поэтому это увеличе ние пульсаций не имеет существенного значения для нагрузки. Поскольку возможна компенсация изменений токов через обмотку 2, то можно уменьшить число витков обмотки 2 за счет увеличения Д i, а следовательно, и уменьшить массогаб ритные показатели дросселя 3. Так как выполнение условия &i Д. затруднительно только за счет индуктивностей рассеяния обмоток дрос селя, в силу трудности получения требуемой величины индуктивности, между первичной обмоткой дросселя 2 и конденсатором 4 введена дополни тельная внешняя индуктивность 9 (фиг. 2). Введение индуктивности 9 позволяет упростить дроссель 3 и од новременно обеспечить вьтолнение условия U i Д i . Таким образом, использование вто ричной обмотки 6 и конденсатора 7 в дросселе 3 позволяет уменьшить или свести к нулю пульсации тока в силовой; цепи, перенеся их во вспо могательную цепь, отделенную от , нагрузки. Введение дополнительного индуктивного элемента 9 упрощает изготов ление дросселя фильтра. 644 Работа устройства по фиг. 3 аналогична работе устройства по фиг. 1, однако здесь трудно обеспечить par венство изменений токов из-за невозможности плавно изменять коэффициент связи или коэффициент трансформации между обмотками 2 и 6 дросселя 3 и легко обеспечить условие перекомпенсации, когда изменение тока &i в силовой ветви меньше компенсирующего изменения тока ui. Поэтому пульсации напряжения на конденсаторе 4 значительно меньше пульсации напряжения на конденсаторе 7 и находятся в противофазе по отношению к последним. Теперь малые пульсации выходного напряжения на конденсаторе 4 могут быть легко скомпенсированы противофазным напряжением на конденсаторе 7 путем подачи части этого напряжения на выходные клеммы, что и достигается .введением конденсатора 10. При этом требуемая величина конденсатора 10 на два-три порядка меньше величин конденсаторов 4 и 7. Отклонение величины конденсатора 10 и от номинального значения, при котором достигается полная компенсация пульсаций выходного напряжения, приведет к изменению знака фазы выходных пульсаций и появлению самих пульсаций выходного напряжения . Поскольку возможна компенсация изменений тока через обмотку 2, то можно уменьшить число витков обмотки 2, а следовательно, уменьшить массогабаритные. показатели дросселя 3 и всего фильтра в целом. Таким образом, использование вторичной обмотки 6 в дросселе 3, конденсаторов 7 и 10 позволяет существенно уменьшить или практически свести к нулю пульсации выходного напряжения . Предлагаемьй сглаживающий фильтр в импульсном регуляторе пос оянного напряжения может быть использован и при других законах изменения напряжения на его входе, например, после управляемого и неуправляемого выпрямителей, а также в различных преобразователях напряжения.

Фиг. 2

1. тШУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОСТРЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входные выводы для подключения- источника постоянного напряжения, к одному из которых подключен регулирующий ключ, и сглаживающий Г -образный фильтр, состоящий из первичной обмотки дросселя, включенной с регулирующим ключом последовательно в цепь нагрузки, и конденсатора, включенного параллельно цепи нагруз Е 9iки, причем один из входных вьгоодов является общим с одним из выходных выводов для подключения нагрузки, отличающийся тем, что, с целью уменьщения пульсаций выходного напряжения и улучщения массогабаритных показателей, дроссель фильтра дополнительно снабжен вторичной обмоткой, соединенной началом с началом первичной обмотки дросселя, а концом - через введенный вспомогательньш конденсатор с общим выводом. 2.Регулятор по п 1, о т л ичающийся тем, что последовательно в цепь нагрузки введен (Л дополнительный индуктивный элемент, включенный между концом первичной обмотки дросселя и конденсатором фильтра. 3.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что между концами первичной и вторичной обмоток дросселя включен введенный доts9 полнительный конденсатор. О 4; Од 4

Фиг.З