Преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение заданной формы Советский патент 1985 года по МПК H02M7/537 

00 Од

ю

00

оо

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯНН010 НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ, содержащий ключевой регулятор, соединяющий входные выводы преобразователя с выходными выводами через дроссель, и линейный регулятор, выходом подключенный к выходным выводам преобразователя через датчик тока, выход которого соединен с первым управляющим входом ключевого регулятора, a цепь управления линейного регулятора через, усилитель соединена с выходньми выводами преобразователя, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД, в него введены дополнительный инвертор, дополнительный Г-образный LC -фильтр и выпрямитель, причем вход дополнительного LC -. фильтра соединен с выходом ключевого регулятора, вход дополнительного инвертора соединен с входными выводами преобразователя, выход этого инвертора через вькод дополнительного LC -фильтра и вьшрямитель соеди(Л нен с питающим входом линейного регулятора, a выход усилителя - с вторым управляющим входом ключевого регулятора.

V Т Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в стабилизированное переменное напряжение любой заданной фор мы в устройствах автоматики, энергетики и в транспортных средствах. ИзвесФен преобразователь постоянного напряжения в напряжение заданной формы, состоящий из последовательно соединенных ключевого и линей ного регуляторов. Регулирование мощности, подаваемой в нагрузку, осуществляется с помощью ключевого регу лятора, имеющего высокий КПД. Линейный регулятор служит для сглажива ния пульсаций рЗ. Однако ток через линейный регулятор равен току ключевого регулятора, что приводит к большим потерям энергии, большим весу и габаритам линейного регулятора, определяемыми максимальной мощностью, вьделяемой в нагрузке. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение заданной формы, содержащий ключевой регулятор соединяющий входные выводы преобразователя с выходными выводами через дроссель, и лцнейный регулятор, выхо дом подключенный к выходньм выводам преобразователя через датчик тока, выход которого соединен с первым . управляющим входом ключевого регуля тора, цепь управления линейного регулятора через усилитель соединена с выходными выводами преобразователя, на выходе ключевого регулятора включен возвратный диод, а цепь питания линейного регулятора подключена к входным выводам преобразователя H. Недостаток известного преобразова теля состоит в пониженном КПД, вслед ствие того, что при низких выходных напряжениях преобразователя, например, при формировании синусоидального выходного напряжения к линейному регулятору приложено почти полное .напряжение питания преобразователя. Цель изобретения - повышение КПД устройства. Эта цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение заданной формы, содержащий ключевой регулятор, соединяющий входные выводы преобразователя с выходнь1ми выводами через дроссель, и линейный peryjmTop, выходом подключенный к выходным выводач преобразователя через датчик тока, выход которого соединен с первым управляющим входом ключевого регулятора, а цепь управления линейного регулятора через усилитель соединена с выходньми выводами преобразователя, введены дополнительный инвертор, дЪполнительный Г-образный LC -фильтр и выпрямитель, причем вход дополнительного LC -фильтра соединен с выходом ключевого регулятора, вход дополнительного инвертора соединен с входными выводами преобразователя, .выход этого инвертора через выход дополнительного LC -фильтра и вьшрямитель соединен с питающим входом линейного регулятора, а выход усилителя с вторым управляющим входом ключевого регулятора. На фиг.1 показана функциональная бЛок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу преобразователя. Преобразователь состоит из ключевого регулятора 1 с релейной характеристикой передачи напряжения и линейного регулятора 2, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя 3 На входы усилителя 3 подаются задающий сигнал и сигнал отрицательной обратной связи, снимаемый с выхода преобразователя. К входным выводам постоянного напряжения подключены питающие входы усилителя 3, ключевого регулятора 1 и инвертора 4, у которого средний вывод вторичной обмотки выходного трансформатора соединен через выход Г-образного LC -фильтра 5 с выходом ключевого регулятора 1. Питающий вход линейного регулятора 2 подключен через выпрямитель 6 мостового типа к крайним вьшодам вторичной обмотки выходного трансформатора инвертора 2 и, значит, последовательно по отнощению к выходам ключевого регулятора 1 и фильтра 5. Выход линейного регулятора 2 через датчик 7 тока и выход ключевого регулятора 1 через интегрирующий дроссель 8 подключены параллельно к выходным выводам преобразователя. Управляющие входы ключевого регулятора 1 соединены с выходами датчика 7 тока и усилителя 3.

3

Преобразователь работает следующим образом.

С помощью инвертора 4, построенного, например, по двухтактной схеме с выходньм трансформатором, и выпрямителя 6 мостового типа формируется постоянное двухполярное напряжение малой величины и мощности (фиг.2), необходимой для питания линейного регулятора 2 (прямые 1 на диаграмме 1.2). Под действием задающего си1 нала, например, синусоидальной формы с помощью усилителя 3 и линейного регулятора 2 отрабатываются малые уровни выходного напряжения. При достижении выходным сигналом датчика 7 тока порога включения ключевого регулятора 1 (пунктирные 2 или 3 на диаграмме 1.2) происходит включение соответствующего ключевого элемента ключевого регулятора 1. В результате ток последнего увеличивается, а ток .линейного регулятора 2 снижается под действием сигнала отрицательной обратной связи, поступающего с выхода преобразователя на вход усилителя 3. В момент достижения сигнала датчика 7 тока порога выключени ключевого регулятора 1 ключевой элемент выключается. Пороговые значения входного сигнала, при которых ключевой регулятор 1 включается и выключается, выбираются, например, так, чтобы максимальные токи линейного регулятора 2 бьши равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. При изменении знака задающего сигнала, выход юе напряжение ключевого регулятора 1 соответственно меняет знак (диаграмма 1.3) под действием сигнала, поступающего с выхода усилителя 3. Одновременно меняются на противоположные знаки токов через линейный регулятор 2, соответствующие порогам включения и выключения ключевого регулятора 1.

Основную нагрузку несет ключевой регулятор 1 с релейной характеристикой (ломаная 4 на диаграмме 1,1), а линейный регулятор 2 обеспечивает заполнение пульсаций ключевого регулятора 1 и динамические режимы (ломаная на диаграмме 1.2). Наряду с дросселем 8 с помощью фильтра 5 осуществляется частичная фильтрация выходного напряжения ключевого регулятора 1, причем напряжения на выходах

36283 ,I ,

фильтра и дросселя идентичны. Напряжения для питания линейного регулятора 2 суммируются с выходньм напряжением ключевого регулятора 1 с и фильтра 5 с помощью вторичной обмотки выходного трансформатора инвертора 4. Поэтому напряжения питания линейного регулятора 2 (ломаные 5 на диаграмме 1.1) повторяют выходное напряжение ключевого регулятора 1 и дросселя В и отличаются на величину постоянных составляющих, равных двухполярному напряжению, формируемому с помощью инвертора 4 и выпрямителя 6. В результате, независимо от величины и формы выходного напряжения преобразователя, питание линейного регулятора 2 осуществляется напряжением малой величины,

0 близкой к напряжению насьщения транзисторов линейного регулятора. Если в известном устройстве КПД линейного регулятора не может быть больше ве- , личины для выходного напряжения

5 синусоидальной формы и максимальной амплитуды, равной напряжению питания, то в предлагаемом преобразователе КПД линейного регулятора существенно вьщ1е и близок к КПД клюо чевых устройств.

I

I В случае использования в предлаIгаемом преобразователе ключевого регулятора, позволяющего формировать

постоянное напряжение, частотный диапазон преобразуемых напряжений преобразователя начинается от нуля, при этом реактивные элементы фильтра и дроссель имеют малые вес и габариты. Использование линейного регулятора позволяет добиться высокого качества формы выходного напряжения и высоких динамических свойств преобразователя. Пороговые значения входных сигналов включения и выключения . ключевого регулятора преобразователя можно выбрать так, что выключение . ключевого регулятора будет происхо- : дить при токе линейного регулятора

JJ той же полярности, что и для включения или, например, при нулевом значении тока. При этом для прежней величины разности пороговых значений сигнала включения и выключения клю. чевого регулятора необходимо уве 1Ичить напряжение для питания линейного регулятора. .А7Ч7УД vLVLV лГЗг LJkr. ППОППППППП Ф(/г.Г - t ГТУАА А А7 .V. оиооиии