Стабилизатор напряжения переменного тока Советский патент 1990 года по МПК G05F1/44 

Фиг.1

проводимостью. Сумма напряжений подается на выход стабилизатора, к которому подключена нагрузка 14. Измерительный элемент 16 вырабатывает инфор- . мацию о величине отклонения выходного напряжения стабилизатора от номинального и подает ее в виде опорного напряжения на один из входов компаратора 17 напряжения, на другой вход которого .JQ с потенциометра 18 поступает информация о величине напряжения на выходе ИСН 15. Напряжение на выходе ЧСН поддерживается на уровне опорного. В зависимости от изменений величины сетевого входного напряжения и нагрузки изменяется амплитуда трапециевидного напряжения, а выходное напряжение поддерживается неизменным с определяемой параметрами схемы точностью и высоким КПД. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания стабилизированным напряжением переменного тока. Цель изобретения - повышение КПД. ЦЕЛЬ ДОСТИГАЕТСЯ ТЕМ, ЧТО СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СНАБЖЕН ДВУХПОЗИЦИОННЫМ ИМПУЛЬСНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ 15 НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ВЫХОД КОТОРОГО ПОДКЛЮЧЕН К ВТОРОЙ ДИАГОНАЛИ МОСТОВОГО КОММУТАТОРА 8 И К ВТОРОМУ ВХОДУ КОМПАРАТОРА 17 НАПРЯЖЕНИЯ, ВХОД ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 6, А УПРАВЛЯЮЩИЙ ВХОД ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ КОМПАРАТОРА 17 НАПРЯЖЕНИЯ. СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ АМПЛИТУДЫ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫХОДЕ СТАБИЛИЗАТОРА 15, КОМПЕНСИРУЮЩИМ ОТКЛОНЕНИЯ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ. ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ОТКЛОНЕНИЯХ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ НОМИНАЛЬНОГО В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ АВТОТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОНИЖАЮЩАЯ ОБМОТКА 2 ТРАНСФОРМАТОРА 1. ИСТОЧНИКОМ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СЛУЖИТ ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ИСН) 15, питаемый от мостового выпрямителя 6. Сложение двух напряжений осуществляет мостовой коммутатор 8, выполненный на ключах 9-12 с двусторонней проводимостью. Сумма напряжений подается на выход стабилизатора, к которому подключена нагрузка 14. Измерительный элемент 16 вырабатывает информацию о величине отклонения выходного напряжения стабилизатора от номинального и подает ее в виде опорного напряжения на один из входов компаратора 17 напряжения, на другой вход которого с потенциометра 18 поступает информация о величине напряжения на выходе ИСН 15. НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫХОДЕ ИСН поддерживается на уровне опорного. В зависимости от изменений величины сетевого (входного) напряжения и нагрузки изменяется амплитуда трапециевидного напряжения, а выходное напряжение поддерживается неизменным с определяемой параметрами схемы точностью и высоким КПД. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации напряжения электропри- емннков, питаемых от промышленной сети переменного тока, в частности бытовой аппаратуры.

Цель изобретения - повышение КПД,

На фиг. 1 представлена структурная схема стабилизатора напряжения пере- менного тока; на фиг„ 2 - принципиальная электрическая схема стабилизатора; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу стабилизатора; на фиг. 4 - схема пути протекания тока нагрузки на разных интервалах времени . . .

Стабилизатор напряжения содержит трансформатор 1, снабженный автотрансформаторной обмоткой 2 и понижающими обмотками 3-5, мостовые выпрямители 6 и 7, подключенные к обмоткам 3 и 4 трансформатора 1, мостовой коммутатор 8, выполненный на ключах 9-12 с двусторонней проводимостью, к управ- ляющим входам которых подключены выходы усилителя-формирователя 13 управляющих импульсов. Одна из диагоналей коммутатора 8 включена последовательно с автотрансформаторной обмоткой 2 трансформатора 1 и с нагрузкой 14, подключенной к выходным выводам, а другая диагональ коммутатора 8 подключена к выходу двухпозиционного стабилизатора 15 напряжения постоянного тока, вход которого подключен к выходу мостового выпрямителя 6. К выходу стабилизатора подключен также измерительный элемент 16, выход которого подключен к одному из входов компаратора 17 напряжения, второй вход которого через потенциометр 18 подключен к выходу двухпозиционного импульсного стабилизатора 15, а выход - к входу

20

25 30

3540 45-п55

управления ключа 19 двухпозиционного импульсного стабилизатора 15.

Ключи 9-12 ; фиг. 2} представляют собой транзисторы 20-23 с подключенными к ним встречно-параллельно диодами 24-27. Усилитель-формирователь 13, выполненный на транзисторах 28 и 29 и выходном трансформаторе 30, входом подключен к понижающей обмотке 5 трансформатора 1 . Цвухпозиционный импульсный стабилизатор 15 содержит ключ 19, дроссель 31, конденсатор 32 и диод 33. Измерительный элемент 16 содержит развязывающий трансформатор 34, выпрямитель 35, фильтр 36, дифференциальный усилитель 37, источник опорного напряжения, выполненный в виде стабилитрона 38 и подключенный к одному из входов усилителя 37. .

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом.

Напряжение сети, подаваемое на автотрансформаторную обмотку 2 трансформатора 1, может отклоняться по величине в меньшую или большую сторону от номинального значения. Напряжение на выходных выводах трансформаторной обмотки 2, меньшее номинального напряжения, суммируется при помощи коммутатора 8 с автоматически регулируемым напряжением, получаемым на выходе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 напряжения постоянного тока. Напряжение на выходе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 регулируется таким образом, что суммарное напряжение, получаемое на выходе стабилизатора напряжения переменного тока, постоянно по величине при изменяющемся напряжении сети. Для этого измерительный элемент 16, подключенный к выходу стабилизатора, вырабатывает сигнал рассогласования, пропор51

циочальный отклонению напряжения, подаваемый на один из входов компаратора 17 напряжения и являющийся для компаратора 17 опорным напряжением. На второй вход компаратора 17 подается при помощи потенциометра 18 выходное напряжение двухпозиционного импульсного стабилизатора 15, Компаратор 17 вырабатывает сигнал, отпирающий транзисторный ключ 19 двухпозиционного импульсного стабилизатора 15, если напряжение, подаваемое с потенциометра 18, меньше опорного напряжения, подаваемого с измерительного элемента 16.

Пока мгновенное значение напряжения, подаваемого на двухпозиционный импульсный стабилизатор 15 с выхода выпрямителя 6, меньше опорного напряжения (фиг.З, интервалы между восьмым и первым и между шестым и третьим моментами времени), ключ 19 отперт и на выход стабилизатора подается напряжение выпрямителя 6 (за вычетом внутреннего падения напряжения в двухпозиционном импульсном стабилизаторе 15).

Когда мгновенное значение напряжения на входе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 превысит значение опорного, компаратор 17 прекращает подачу отпирающего сигнал, ключ 19 записается, ток дросселя 31 замыкается через диод 33, конденсатор 32 стабилизатора начинает разряжаться током нагрузки, соотношение напряжений на входах компаратора I7 вновь меняется на обратное, ключ 19 отпирается, и процессы повторяются - ключ 19 периодически отпирается и з.а- пирается, а напряжение на выходе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 поддерживается на уровне, определяемом опорным напряжением- (фиг.З, интервалы между пятым и шестым и между седьмым и восьмым моментами времени).

Частота переключений ключа 19 составляет, как правило, от сотен герц . до десятков килогерц, а амплитуда пульсаций напряжения на выходе стабилизатора 15 - десятки - сотни милливольт. На фиг. 3 условно занижена частота переключений и завышена амплитуда пульсаций.

При понижении выходного напряжения стабилизатора, например, из-за понижения сетевого напряжения, напряжение

768866

на выходе.измерительного элемента 16 повышается, вследствие этого новы- г шается напряжение на выходе двухпо- зиционного импульсного стабилизатора 15 и компенсирует уменьшение выходного напряжения стабилизатора. При повышении выходного напряжения напряжение на выходе двухлозиционного

JQ импульсного стабилизатора 15 понижается, компенсируя увеличение напряжения .

Напряжение UCT на выходе стабилизатора 15 однополярно, и для его

jr сложения с напряжением UT обметки 2 трансформатора 1 служит мостовой коммутатор 8, ключи 9-12 которого для обеспечения двухсторонней проводимости выполнены на обратных диодах 2420 27 и транзисторах 20-23, управляемых импульсами прямоугольной формы с выхода усилителя-формирователя 13, представляющего собой усилитель на трансформаторе 30 и транзисторах 28 и 29,

25 управляемых напряжением обмотки 5 трансформатора 1, так что ключи коммутатора 8 управляются синхронно с сетевым напряжением. Фиг. 3 и 4 иллюстрируют сложение напряжений автотрансформаторной обмотки 2 и. двух30

35

позиционного импульсного стабилизатора 15 при отстающем (индуктивного характера) токе нагрузки, а также работу ключевых элементов стабилизатора. На фиг. 3 соответственно показаны временные кривые напряжений на

5

груяки UH (на выходе стабилизатора напряжения переменного тока), напряжение на выходе импульсного стабилизатора и тока нагрузки iri, а также ® условно (широкими линиями) отпертое состояние соответствующих по нумерации ключей схемы. Отмеченные моменты времени соответствуют: первый и третий - переходу тока через нуль, четвертый и второй - переходу напряжений через куль, пятый, шестой, седьмой и восьмой - началу и окончанию работы ключа 19 в режиме переключений .

0

Когда полярность напряжения и направление тока совпадают (фиг.4а, интервал между первым и вторым моментами, времени на фиг.З), отперты транзисторы 20 и 23 (фиг.2 и 4) клю- чей 9 и 12 коммутатора 8 и ток нагрузки течет по цепи: обмока 2 - нагрузка 14 - транзистор 23 - двухпо- эиционный импульсный стабилизатор

5

15 - транзистор 20 - обмотка 2. На следующем интервале (фиг. 4б, время между моментами вторым и третьим на фиг.З) ток сохраняет напряжение, а направление меняет полярность. Сигнал управления, продаваемый от усилителя- формирователя ТЗ на транзисторы 20- 23, изменяется на противоположный, транзисторы 20 и 23 запираются, на транзисторы 21 и 22 ключей 10 и 11 коммутатора 8 поступает отпирающий сигнал, но из-за того, что ток нагрузки еще не изменил направление, транзисторы 21 и 22 не могут отпе- реться$ а отпираются диоды 25 и 26. Когда ток нагрузки изменяет направление, начинают проводить транзисторы 21 и 22 (фиг. 4в, интервал между третьим и четвертым моментами време- ни на фиг. 3). После того, как напряжение изменяет полярность, подается отпирающий сигнал на транзисторы 20 и 23, но их отпирание не происходит, так как ток еще не изменил направления, и отпираются диоды 24 и 27 (фиг.4, время между четвертым и первым моментами на фиг.З). Далее процессы повторяются. Когда направление тока соответствует полярности напряжения (,в), энергия в нагрузку передается из обмотки 2 трансформатора 1 и через выпрямитель 6 и стабилизатор 15 от обмотки 3 трансформатора 1, а при протекании тока в направлении, .обратном полярности напряжения (фиг.4б,г), энергия поступает от обмотки 2 трансформатора 1 в нагрузку и частично в стабилизатор 15, но так как стабилизатор 15 и вы- прямитель 6 не могут обеспечить рекуперацию энергии в сеть, то эта энергия запасается в конденсаторе 32 стабилизатора 15, заряжая его до напряжения, превышающего мгновенное значе ние напряжения на обмотке 3 трансформатора 1. Для того, чтобы это превышение не играло существенной роли в работе стабилизатора, емкость конденсатора должна выбираться исходя

из этого условия (превышение напряжения обратно пропорционально емкости конденсатора).На следующем интервале времени энергия, запасенная в конденсаторе, передается в нагрузку.

Обмотка 4 трансформатора 1 и выпрямитель 7 предназначены для питания усилителя-формирователя 13, измерительного элемента 16 и компаратора 17

Таким образом, в предлагаемом стабилизаторе обеспечивается КПД за счет работы всех элементов в ключевом режиме при незначительных искажениях формы выходного напряжения стабилизатора напряжения переменного тока.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, снабженный двумя понижающими и автотрансформаторной обмотками, мостовой выпрямитель, подключенный к одной из понижающих обмоток трансформатора, измерительный элемент, .входом подключенный к выходным выводам, а выходом - к одному из входов компаратора напряжения, мостовой коммутатор, выполненный на ключах с двусторонней проводимостью, одна диагональ которого включена последовательно с выходными выводами и отпайкой автотрансформаторной обмотки, подключенной к входным выводам, усилитель-формирователь управляющих импульсов, выходы которого подключены к входам ключей мостового коммутатора, а вход - к другой из понижающих обмоток трансформатора, отличаю щийся тем, что, с целью повышения КПД, стабилизатор снабжен двухпозиционным импульсным стабилизатором напряжения постоянного тока, выход которого подключен к второй диагонали мостового коммутатора и к второму входу компаратора напряжения, вход подключен к выходу мостового выпрямителя, а управляющий вход подключен к выходу компаратора напряжения.

Ј5 -г «s to

M (S 1(4 5

-4 1ы «Л i ui- Qt

вС

00

OJ

в:

Ј«

№П

irt

/5i

L.

zfTj Игз

ФигЛ