Обратимый вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

111 Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вторичным источникам, электропитания, и может быть использовано при разработке обратимых стабилизаторов постоянного напряжения. Известен обратимый вольтореверсив ный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из инвертора, обратимого транзисторно диодного выпрямителя, сглаживакщего фильтра и схемы управления по отклонению выход ного напряжения от опорной, величины tl . Недостатками этого стабилизатора являются низкий КПД и большие масса и габариты. Недостатки объясняются тем, что в таких стабилизаторах в течение каждого полупериода наблюдается сначала вольтрсложение питаницего и добавочного напряжений, а затем их вычитание, в результате чего происходит излишняя передача энер гии в цепь сглаживанлцего фильтра, а затем рекуперация части ее обратно в цепь источника. При этом увеличива ются потери в транзисторах и диодах стабил1 затора и увеличивается расчетная мощность дросселя. Наиболее близким к изобретению является обратимьй вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряже ния, содержащий инвертор с трансформатором, прямой и обратный транзисто но-диодные выпрямители, сглажива1 яций фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первьй, второй и третий раскачивакндие каскады и блок управления, состоя,щий из первого и второго компараторов, сумматора и генератора разнополярных пилообразных напряжений, пр чем первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены со средней точкой, подключенной к первому входному выводу, крайние выводы вторично обмотки через прямой и обратный тран зисторно-диодные выпр.ямители и дроссель сглаживающего фильтра, соединены с первым выходным выводом, второй входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачива:ющего каскада соединен с управляющим входом инвертора, выходы второго и третьего раскачивающих каскадов с управлякяцими входами прямого и обратного транзисторно-диодных выпрямителей соответственно, входы рас9качивающих каскадов соединены с выходами блока управления, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора разнополярных пилообразных напряжений Г2. Недостатками цзйестйого стабилизатора являются низкий КПД и большая масса, что обусловлено дополнительными потерями в короткозамкнутых контурах стабилизатора при переключениях транзисторов инвертора и выпрямителей . Целью йзрбретения является повышение КПД и снижение массы обратимого вольтореверсивного стабилизатора. Цель достигается тем, что обратимый вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий инвертор с трансформатором, прямой и обратный транзисторно-диодные выпрямители, сглаживающий фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первый, второй и третий раскачивающие каскады и блок управления, состоящий из первого и второго компараторов, сумматора и генератора разнополярных пилообразных напряжений, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены со средней точкой, подключенной к первому входному выводу, крайние выводы вторичной обмотки через прямой и обратньш транзисторнодиодные вьтрямители и дроссель сглаживающего фильтра соединены с первым выходным выводом, второй входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачивающего каскада соединен с управлякицим входом инвертора, выходы второго и третьего раскачивающих каскадов - с управляющими входами прямого и обратного транзисторно-диодных выпрямителей соответственно, входы раскачивающих каскадов соединены с выходами блока управления, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствунлцим выходам генератора разнополярных пилообразных напряжений, снабжен датчиком тока дросселя, пороговым элементом с двумя входами и четьфьмл вспомогательными ключами, причем выходы порогового элемента соединены с введенными запирающими входами второго и третьего раскачивающих каскадов и управлякмцими входами вспомогательных ключей, первый и второй из которых подключены межд выходами первого и второго компараторов и входами указанного сумматора, выходом подключенного к входам второго и третьего раскачивающих каскадов, а третий и четвертый ключи подключены между выходами первого и второго компараторов и указанными вхо дами первого раскачивающего каскада На чертеже представлена схема обратимого вопьторёверсивного стаби лизатора. Обратимый вольтореверсивньй стабилизатор состоит из транзисторного инвертора 1 на транзисторах 2 и 3, диодах 4 и 5, силовом трансформато ре 6, первого раскачивающего каскада 7, прямого диодно-транзисторного выпрямителя 8 и обратного выпрямителя 9, раскачивающих каскадов 10 и 11 дросселя 12 и конденсатора 13, сглаживающего фильтра, блока 14 сра нения, генератора 15 пилообразных напряжений, компараторов 16 и 17, сумматора 18, датчика 19 тока дросселя, порогового элемента 20 и вспо могательных коммутирующих ключей . 21-24. Транзисторньй инвертор 1, нагруженный на вьшрямители 8 и 9, подключен к источнику питающего напряжения. Вьшрямители 8 и 9 через сглажи вающий дроссель 12 и конденсатор 13 соединены с выходными заяотмами стабилизатора, элемент 14 сравнения, со диненный входом с выходом стабилиэатора, подключен к входам компараторов 17 и 16, вторые входы которых соединены с генератором 15 разнополярных пилообразных напряжений. Входы сумматора 18 и входы раска чивающего каскада 7 соответственно .через коммутирующие ключи 21 и 22, 23 и 24 соединены с выходами компараторов 17 и 16. Кроме того, сумматор 18 связан с одним из входов раскачивакщих каскадов 11 и 10. Поро говый элемент 20, соединенный с выходрм датчика тока 19, соединен одНШ1 из своих выходов с третьим раскачивающим каскадом 11 и управляняда ми входами ключей 21 и 23, а вторым входом - -Соответственно с вторым раскачивающим каскадом 10 и ключами 22 и 24. Стабилизатор работает следующим образом. При токах дросселя 12, меньших по величине размаха его переменной составляющей, пороговый элемент 20 находится в состоянии, при котором с его выходов снимаются напряжения положительной полярности. В этом случае все коммутирующие ключи 21 и 24 открыты, а раскачиваюоще каскады 10 и 11 усиливают сигнал, снимаемый с сумматора 18. Широтно-модулированное напряжение компаратора 16 через сумматор 18 подается на входы раскачивающих каскадов 10 и 11, которые обеспечивают переключение транзисторов выпрямителей 8 и 9. При этом транзисторы 8 и 9 переключаются синхронно и синфазно. Напряжение с выхода компарато- ра 16 через открытый ключ 24 поступает также на один из входов раскачивающего каскада 7, с выходов которого осуществляется широтно-импульсное управление работой инвертора 1. ; В режиме вольтовычитания работа стабилизатора происходит таким же образом, с той лишь разницей, что широтно-импульсные сигналы на сумматор 18 и раскачивакмций каскад 7 поступают с второго компаратора 17, В том случае, когда ток дросселя . становится выше величины размаха переменной составляющей, срабатывает пороговый элемент 20 и напряжение на одном из его выходов становится, отрицательным. В этом случае на вход одного из раскачивакядих каскадов поступает запирающий сигнал, что обеспечивает запирание транзисторов соответствующего канала вьтрямителя. Если ток дросселя 11 протекает в направлении от источника питания к нагрузке, то закрывается раскачивающий каскад 11 и транзисторы 9 обратного канала выпрямителя. Кроме того, в зтом случае закрываются ключи 21 и 23, поэтому широтно-модулированные импульсы с компаратора 16 (режим воль-( тодобавки) не поступают на суммирующий блок 18, в результате чего транзисторы прямого канала вг.ттрямителя 8 оказываются постоянно открытьли . В режиме вольтовычитания из-за закрытого состояния ключа 23 широтно-модулированные импульсы не поступают на вход раскачивающего каскада 7, что обеспечивает закрытое состояние транзисторов 2 и 3 инвертора 1. При токах дросселя, больпшх вели чины размаха переменной составляющей , ненужный канал вьшрямителя ок зывается отключенным, что принципиально исключает возможность образов ния в вдорямителе короткозамкнутых контуров, а следовательно, исключает токовые перегрузки транзисторов инвертора и выпрямителя. В известной схеме такие перегрузки возникают дважды за полупериод из-за инерционности процесса закрытия ранее включенных транзисторов. 0т.ключение ненужного канала вдвое сокращает потери на управление выпрямителем, что также повышает КПД 11редлагаемой схемы по сравнению с известной. Кроме того, в режиме вольтодобав ки транзисторы прямого выпрямителя оказываются постоянно включенными, что исключает наличие в них динамич ких потерь мощности. В режиме вольт вычитвния закрытое состояние транзисторов 2 и 3 позволяет исключить динамические потери мощности в инверт(эре. Поэтому КПД предлагаемого устройства в рассмотренных режимах существенно превьппает КПД известных схем. 96 В том случае, когда ток дросселя протекает в обратном направлении через пороговый элемент 20, схема срабатывает по второму выходу, выключается раскачиваняций каскад 10, транзисторы прямого выпрямителя 8 и ключи 22 и 24. Принцип работы всего устройства для данного случая совпадает с рассмотренной с той лишь разницей, что в режиме вольтодрбавки широтно-модулированные импульсы снимаются с выхода компаратора 17, а в режиме вольтовьгаитания - с выхода компаратора 16, Чтобы исключить многократное срабатывание пороговой схемы 19 в течение одного периода, целесообразно ввести в ее характеристику зону гистерезиса, определяемую величиной размаха переменной составляющей тока дросселя. Таким образом, предлагаемая схема стабилизатора характеризуется одинаковым КПД с известной схемой только при малых значениях тока дросселя, когда общая величина потерь мощности сравнительно невелика и не определяет массы и габариты теплоотводящих элементов конструкций. При токах дросселя, прьвьшающих величину его переменной составляющей КДЦ пр лагаемой схемы существенно превосходит КПД известных схем, и поэтому характеризуется и лучшими массогабаритными показателями.

ОБРАТИМЫЙ ВаПЬТОРЕВЕРСИВНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор с трансформатором, прямой и обратный транзисторнодиодные выпрямители, сглаживающий фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первый, второй и третий раскачивающие каскады и блок управления, состоящий из первого и второго компараторов, сумматора и генератора разнополярных пилообразных напряжений, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора вьшолнены со средней точкой, подключенной к первому входному выводу, крайние выводы вторичной йбмотки через прямой и обратньй транзисторно-диодные выпрямители и дроссель сглаживающего фильтра соединены с первым выходным выводом. / 13 /; f. второй входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачивающего каскада соединен с управляющим входом инвертора, выходы второго и третьего раскачивающих каскадов - с управляющими вxoдa ш прямого и обратного транзисторнодиодных вьшрямителей соответственно, входы раскачивающих каскадов соединены с выходами блока управления, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора разнополярньгх пилообразных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышесл ния КПД и уменьшения массы обратимого вольтореверсивного стабилизаторд, он снабжен датчиком тока дросселя, пороговым элементом с двумя входами и четырьмя вспомогательными ключами, причем выходы порогового элемента соединены с введенными запирающими входами второго и третьего раскачива1ощих каскадов и управляю щими входами -вспомогательных ключей, САд первый и второй из которых подклю00 чены между выходами первого и второ:0 го компараторов и входами указанного сумматора, выходом подключенного к входам второго и третьего раскачивающих каскадов, а третий и четвертый ключи подключены между выходами первого и второго компараторов и входаьш первого раскачивающего каскада.