Импульсный регулятор постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M3/135 

1 1 Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам постоянного найряжения, позволяющим получить регулируемь1е напряжения на нагрузке. Известен регулятор постоянного напряжения, содержащий входной дроссель, регулирующий ключ, разделитель ный конденсатор, сглатгивающий дрос сель5 конденсатор фильтра, шунтирукгщий днод и нагрузку D1 Недостатком этого устройства яв ляется отсутствие трансформаторной гальванической развязки нагрузки и первичного источника электропитания. Наиболее близким к изобретению является импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий включенную между входными выводами цепочку, состоящую из последовательно соединенных обмотки входного дрос селя, первого разделительного конденсатора и первичной обмотки изолирующего трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого включена цепочка из последовательно соединенных второго разделительного конденса тора и Г-образного LC-фильтра, сост оящего из обмотки сглаживающего дросселя к конденсатора, включенного между выходными выводами для под ключения нагрузки, причем параллельно цепи из первого разделительного конденсатора и первичной обмотки изолирующего трансформатора включен регулирующий кшочевой элемент, а параллельно цепи из второго разделительного конденсатора и вторичной обмотки изолирзтащего трансформатора включен шунтирующий диод 2. Недостаток известного устройства состоит в том, что снижение пульсаций выходного напрялсекия в нем достигается использованием сложных магнитопроводов дросселей, что ведет к ухудщению массогабаритных показателей устройства. Кроме того, в устройстве невозможно одновременно снизить пульсаций тока в его входной и выходной цепях. Целью изобретения является обеспе чение одновременного снижения пульса ций выходного напряжения и входного тока, улучшение массогабаритных пока зателей, упрощение конструкции дросселей . Поставленная цель достигается тем что в импульсном регуляторе постоян.ного напряжения, содержащем включен52ную между входиы и выводами цепочку, состоящую из последовательно соединенных обмотки входного дросселя, первого разделительного конденсатора и первичной обмотки изолирующего трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого включена цепочка из последовательно соединетгых второго разделительного конденсатора и Г-образного LC-фильтра, состоящего из обмотки сглаживающего дросселя и конденсатора, включенного между выходными выводами для подключения нагрузки, причем параллельно цепи из первого, разделительного конденсатора и первичной обмотки изолирующего трансформатора включен регулирующий ключевой элемент, а параллельно цепи из второго разделительного ковдеисатора и вторичной обмотки изолирующего трансформатора включен шунтирующий диод, входной дроссель и сглаж1-гвающий дроссель ,С ф1ШЬтра дополнительно снабжены вторичными обмотками, каждая из которых пклгочепа согласно по отношению к своей первичной обмотке, причем вторичная обмотка входного дросселя включена параллельно первичной обмотке изолиру1сяцего трансформатора, а вторичная обмотка сглаживающего дросселя включена параллельно вторичной обмотке изолирующего трансформатора. Кроме того, последовательно в цепь вторичной обмотки по меньшей мере одного из указанных дросселей включен дополюгтельный подстраиваемый индуктивный элемент. На фиг.1 и 2 представлепы схемы импульсного регулятора. В устройстве по фиг. 1 положительная шина источника входного напряжения соединена с началом первичной обмотки 1 входного дросселя 2, конец которой через входной разделительный конденсатор 3 соединен с началом первичной обмотки 4 изолирующего транс- , форматора 5. Конец первичной обмотки А соединен с отрицательной, шириной источника входного напряжения. Общая точка соединения обмотки I дросселя 2 с конденсатором 3 через регулирующий ключ.6соединена с отрицательной шиной. Вторичная обмотка 7 входного дросселя 2 включена параллельно первичной обмотке 4 трансформатора 5 таким образом, что ее конец соединен с началом обмотки 4. Вторичная обмотка 8 изолирующего трансформатора 5 своим началом через выходной разделительный конденсатор 9 связана с концом первичной обмотки 10 сглаживающего дросселя 11, начало которой через соединенные параллельно конденсатор 12 фильтра и нагрузку 13 соединено с концом вторичной обмотки 8 изолирующего трансформатора 5. Общая точка соединения выходного разделительного конденсатора 9 и первичной обмотки 10 сглаживающего дросселя 11 через шунтирующий диод 14 связана с концом обмотки 8, причем диод 14 анодом подключен к общей точке соединения указанных элементов, а катодом - к концу обмотки 8. Вторичная обмотка 15 сглаживающего дросселя I включена параллельно вторичной обмотке 8 изолирующего трансформатора 5 таким образом, что ее начало соединено с кон цом, а конец - с началом вторичной обмотки 8. В устройство, представленное на фиг.2, введены индуктивные злемен- ты 16 и 17, первый из которых вклкгчен последовательно с вторичной обмоткой 7 входного дросселя 2, а вто рая - последовательно с вторичной обмоткой 15 сглаживающего дросселя П . Принцип работы импульсного регулятора постоянного напряжения в установившемся режцме заключается в следующем, При замыкании регулирующего ключа 6 одновременно протекают два процесса: накопление магнитной энергии в индуктивности входного дросселя 2 и передача энергии иэ разделительных входного и выходного конденсаторов 3 и 9 через изолирующий трансформатор 5 в сглаживающий фильтр, составленный из сглаживающего дросселя 11 и конденсатора 12 -фильтра и нагрузки 3, При этом шунтирующий диод 14 находится в выключенном состоянии, При выключении регулирующего ключа 6 также одновременно протекают два процесса: передачи магнитной энергии, накопленной во входном дрос селе 2, в входной разделительный конденсатор 3 и через изолирукяций трансформатор 5 в выходной разделительный конденсатор 9. При этом шунтирующий диод 14 включеи и магнитная энергия иэ сглаживающего дросселя 11 11 едается в нагрузку 13 через вклюный шунтирующий диод 14. Влияние вторичных обмоток обоих сселей на величину пульсаций тока х первичных обмотках и, как реьтат, на величину пульсаций входо тока и выходного напряжения реятора объясняется тем, что при ложении к первичной и вторичной откам пропорциональных по величинапряжений на этапах замкнутого и омкнутого состояний регулирукяцего ча.производные токов в .них подчится зависимостям производные токов соответственно в первичной и вторичной обмотках дросселя;напряже ния, прилоd . VjL женные соответственно к первнчной и вторичной обмоткам дросселя на этапе замкнутого или разомкнутого состояний регулирующего, ключа; Hbp,,L/uz взаимная индуктивность обмоток; . 4, полные индуктивности первичной и ной обмоток, равные сумме их индуктивностей иамагничивания и индуктивностей рассеяния. дг ведя обозначения для п фициента трансформации, SSZ . . - коэффштиентэ связи межL, ц обмотками, уравнеиия для скоросизменения токов в обмотках можпереписать в виде: Кп Й1, и, Тгде bj/Uiji - коэффициент пропорциональности напряжений, приложенных к обмоткам дросселя. Производные токов в обеих обмотках могут принимать положительные, отрицательные и нулевые значения в зависимости от соотношения коэффициентов К, п Jk .а следовательно, в зависимости от соотношения величин индуктивностей рассеяния и приложенных напряжений, В предлагаемом регуляторе для обоих дросселей используется соотнолшениё t когда производные токов в их первичных обмотках равны нули. Работа предлагаемого регулятора характеризуется практически полным отсутствием пульсаций входного тока и выходного напряжения при значитель но меньших, по сравнению с другими типами регуляторов, суммарных габари тах входного и сглаживакяцего дросселей и конденсатора фильтра. В .случае необходимости изменения фазы пульсаций в первичных обмотках дросселей на отрицательную использу

12

f

ется необходимое соотношение параметров дросселей в диапазоне их значений:. Для реализации указанных режимов необходимо в конструкции дросселей заложить соответствующее соотношение между составляющими ивдуктинностей обмоток L,, Ljiij, L, L, что требует высокой точности изготовления дросселей и усложняет их конструкцию,по этому с целью упрощения кон струкции входного и выходного дросселей последовательно по крайней мере с одной из их обмоток подключается по одной дополнительной подстраиваемой индуктивности, играющих, в этом случае, роль индуктивностей рассеяния. Поскольку по аторичшл4 обмоткам входного 2 я сглаживающего 11 дросселей текут перенешше токи, не превьшающие токов пульсаций в дросселях при отсутствии вторичных обмоток, то эти обмотки, могут быть выполнены тонким проводом, а следовательно, не влияют существенно нд массогабаритные показатели дросселей. S с

1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕШМ, держащий включенное между входными выводами цепочку, состоящую из последовательно соединенных обмотки входного дрос селя, первого разделительного коиден.сатора и первичной обмотки изолирующего трансформатора, параллельно втори ноЙ обмотке которого включена цепочка из последовательно соединенных второго разделительного конденсатора и Г-образного ЬС-филЬтра, состоящего из обмотки сглаживающего дросселя и конденсатора, включенного между вьЬсодными выводами для подклю|чения нагрузки, причем параллель11О цепи из первого разделительного KOWденсатора и первичной обмотки изолируквдего трансфо$матсра включен регулирующий ключевой элемент, а паралг лельно цепи из второго разделительного конденсатора и вторичной обмот ки изолирующего трансформатора ВКЛИР чен шунтирующий диод, о тлича щ и и с я тем, что, с целью обеспечения одновременного снижения пульса адй выходного напряжения и входного тока и улучшения массогабаритных поi казателей, входной дроссель и сглаживающий дроссель 1,С-фнльтра тельно снабжены втapичны aI обмотками, каждая из которых включена согласно по отношению к своей первичной обмотке,, причем вторичная обмотка входно; го дросселя включена параллельно пер вичной обмотке изолируннцего трансфор матора,. а вторичная обмотка сгйажи1 ю ваняцего дросселя включена параллельно вторичной обмотке изолирующего трансформатора. 2. Регулятор по п. 1, о т л и - чающийс тем, что, с целью 5Л упрощения конструкции дросселей, последовательно в цепь вторичной обмотки по меньшей мере одного из указанных дросселей включен дополнительный подстраиваемый индуктивный элемент.,