Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1990 года по МПК G05F1/20 

СП

QD 4

сл

о ся

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам электропитания и может быть использовано для стабилизации переменного напряжения. Цель изобретения - повышение КПД. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет коммутации числа витков секций первой обмотки 7 управления и первичной обмотки 4, подключаемых к второй обмотке 12 управления. Обмотка 12 управления расположена на одном стержне магнитопровода 3 с вторичной обмоткой 9. Управление числом витков обмоток 7 и 4, соединяемых с обмоткой 12, и моментами их переключения проводится с помощью блока 2 управления. В каждой секции обмотки 7 включается только один ключевой элемент. Цель достигается за счет снижения потерь на ключевых элементах вследствие уменьшения числа последовательно включенных ключевых элементов. Использование первичной обмотки 4, как секции обмотки 7 управления, позволяет снизить габаритную мощность остальных ее секций, что также приводит к увеличению КПД. 4 ил.

J

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания, в частности в качестве стабилизатора действующего или средн выпрямленного напряжения переменного тока.

Цель изобретения - повышение КПД.

На фиг. 1 приведена структурная схема стабилизатора переменного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу стабилиза-. fropa; на фиг. 3 - примеры соединения рбмоток управления трансформатора регулирующего органа и ключевых э ле- йентов управляемого ключевого узла; На фиг. 4 - таблица истинности, реа- Ьизуемая каждой секцией дешифратора.

Стабилизатор (фиг. 1) содержит | егулирую1ций орган 1 и блок 2 управления. Регулирующий орган 1 выполнен В виде трансформатора на трехстержне- ром магнитопроводе 3, на первом крайнем стержне которого расположены первичная обмотка 4, подключенная к входным выводам 5 и 6, и секции первой обмотки 7 управления. Начало, конец и внутренние отводы первичной обмотки 4 через соответствующие ключевые элементы управляемого ключевого узла 8 соединены в общую точку. Аналогично начало, конец и два вывода каждой секции первой обмотки 7 управления через соответствующие ключевые элементы управляемого ключевого узла 8 соединены в общую точку. При этом конец казщой предыдущей секции соединен с общей точкой ключевых элементов последующей секции. Конец первичной обмотки 4 соединен с общей точкой ключевых элементов первой секции первой обмотки 7 управления. На втором крайнем стержне размещены вторичная обмотка 9, подключенная к выходным выводам 10 и 11, и вторая обмотка 12 управления. Первый вывод второй обмотки 12 злправления соединен с концом последней секции первой обмотки 7 управления, а второй вывод через первичную обмотку трансформатора 13 тока - с общей точкой ключевых элементов первичной обмотки 4.

Блок 2 управления содержит измеритель 14, цифровой регулятор 15, де-. шифратор 16, узел 17 усилителей мош;- ности и узел 18 синхронизации. Измеритель 14 входом подключен к выходным выводам 10 и 11, а выходом - к

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

входу цифрового регулятора 15, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора 16. Каждый цифровой выход последнего подключен к первому входу соответствующего усилителя узла 17, .а второй вход каждого из этих усилителей присоединен к выходу узла 18 синхронизации, которьй своим входом подключен к выходной обмотке трансформатора 13 тока. Выход каждого усилителя узла 17 соединен с управляющим входом соответствующего ключевого элемента из узла 8.

Стабилизатор работает следующим обрайом.

На входные выводы 5 и 6 подается переменное напряжение, в результате чего первичная обмотка 4 создает НДС и в стержне магнитопровода 3, на котором она размещена, создается магнитный поток фд , уравновешивающий входное напряжение. Поток Фо разделяется на два потока { . и ф Поток ф, проходит по среднему стержню магнитопровода 3, а поток Ф по крайнему стержню, на котором расположена вторичная обмотка 9. Потбк индуцирует в первой обмотке 7 управления ЭДС 1.у, , а поток ; ин- дуцирует во второй обмотке 12 управления ЭДС 1у. Изменейие числа витков первой обмотки 7 управления, а также первичной обмотки 4, соединенных с второй обмоткой 12 управления, приводит к изменению величин потоков , и ф. При этом изменяется ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке 9 потоком ф.

Стабилизация выходного напряжения обусловлена изменением величины магнитного потока, сцепленного с вторичной обмоткой 9, и осуществляется коммутацией секций первой обмотки 7 управления и первичной обмоткой 4.

Управление коммутацией ключевых элементов узла 8, а также элементами их переключения производится с помощью блока 2 управления, который вырабатывает управляющие сигналы в зави- симос ти от отклонения выходного напряжения от заданного значения таким образом, чтобы скомпенсировать эти отклонения.

II

Заданная точность регулирования выходного напряжения обеспечивается выбором соответствующего числа секций обмотки 7 управления и числа управляемых ключевых элементов узла 8.

На временных диаграммах (фиг. 2) показаны сигнал А1 , являющийся выходным напряжением стабилизатора; сигнал А2, копирующий ток в обмотках управления, протекающий через силовые выводы включенной комбинации ключевых элементов узла 8; сигнал A3, являющийся выходным напряжением измерителя 14 и пропорциональньш величине стабилизируемого переменного напряжения; сигнал А4 на выходе цифрового регулятора 15 - цифровой, представляющий собой набор уровней логической 1 и логического О на выходах регулятора, обновляемьк в соответствии с периодом квантования Причем каждый из наборов допускает интерпретацию двоичным п-разрядным числом. Величина этого числа зависит от величины отклонения выходного напряжения от его требуемого значения, вырабатываемого в регуляторе 15 и реализуемого закона регулирования (;П-закон,-И-закон, Ш-закон и т.д.). После преобразования по закону регулирования его результат представляется в цифровой форме с помощью известных схем АЦП. Сигнал А5 на выходе дешифратора 16 является цифровым. Он является результатом преобразования, осуществляемого логическими элементами, согласно таблице истинности (фиг. 4).

Сигнал А6 является последовательностью импульсов, причем начало каждого импульса синхронизовано с моментом прохождения тока в силовых выводах ключевых элементов узла 8 через нулевой уровень. Сигнал А7 является также последовательностью импульсов, копирующих импульсы последовательности Аб. По приходу каждго из импульсов А6 импульсы А7 появляются на выходах лишь тех усилителей узла 17, на первом входе которых имеется уровень логической 1, подаваемый с выходов дешифратора 16. Если на вход такого усилителя подается уровень логического О, то он не реагирует на импульсы А6. Этим обеспе- чивается включение тех комбинаций из секций первой обмотки 7 управления (включая первичную обмотку 4), которые обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе стабилизатора.

10

15

20

25

Измеритель 14 может быть реализован на основе схем измерения, используемых в аналоговых или цифровых вольтметрах. На основе стандартных элементов можно реализовать и регулятор 15. Дешифратор 16 предназначен для согласования двоичного кодирования, используемого в регуляторе 15 с внутренним кодированием регулирующего органа 1. Его структура может быть представлена в виде секций, число которых равно числу коммутируемых секций, включая -первичную обмотку, в регулирующем органе 1. Каждая из секций дешифратора 16 реализует таблицу истинности. Из этого следует, что одна секция дешифратора может быть выполнена из четырех логических схем И на два входа.

Структура узла 17 усилителей мощности состоит из параллельных цепей, число которых равно числу ключевых элементов в узле 8, причем каждая из них представляет собой последовательное соединение логической схемы И на два входа и импульсного усилителя, предназначенного для.вырабатывания импульса, включающего ключевой элемент из узла 8, подключенньп управляющим входом к выходу данного усилителя.

Узел 18 синхронизации может быть выполнен по схеме, состоящей из дифференцирующего трансформатора, первичная обмотка которого-присоединена к выходной обмотке трансформатора 13 тока и закорочена парой диодов, включенных встречно-параллельно, а вто- д- ричная обмотка через выпрямительный мост присоединена к одному входу компаратора, на второй вход которого подано опорное напряжение от источника, в результате этого на выходе компаратора вырабатывается последовательность импульсов Аб.

По сравнению с известным в предлагаемом стабилизаторе при одинаковой точности регулирования использовано такое же число ключевых элементов, а число секций уменьшено вдвое. При работе предлагаемого стабилизатора в каждой из секций включается лишь один .ключевой элемент из четырех, а в известном - два из четырех. Поэтому число последовательно включаемых ключевых элементов в предлагаемом стабилизаторе вдвое меньше, чем в известном при одинаковом токе через

30

35

45

50

55

1594505 вдвое уменьшеключевых элеется увеличение всех режимах его использование ак секции пер- ния позволяет щность осталь- риводит к до- ний КПД стабили- веса и -габа- ргана 1. окна, занимае- обмотки 7 уп- уменьщению мас- уменьщению ак- ных с перемагни- также обусловли-

10

15

20

те пе пе дв ко ре ме ра го вт ле из че ме во ми ко об во а те уз хр по а то ди де ра тр вк из ли фи хо вх но вт не вх об ус ра ля со ли уп

Формула изобретения г Стабилизатор пере:менного напряже- , содержащий блок управления, вхо- д|ом подключенный к выходным выводам, управляемый ключевой узел, выполнен- н)ий на ключевых элементах, управляю- щ|ие входы которых соединены с соот- вветствующими выходами блока управле- нря, регулирующий орган, выполненный: в; виде трансформатора на трехстержне- вЬм магнитопроводе, на первом крайнем стержне которого расположены первичная обмотка, подключенная к входным выводам, и секции первой обмотки уп- Р авления, причем начало и конец каж- дрй сек1щи соединены с- первыми сило- BbiMH выводами соответствующих ключе- в|Ь1х элементов, вторые силовые вьшоды крторых объединены, при этом конец к&ждой предьщущей секции соединен с общей точкой ключевых элементов последующей секции, а на втором крайнем стержне размещены вторичная обмотка, подключенная к выходным выводам, и вторая обмотка управления, первый вывод которой соединен с концом последней секции первой обмотки управления, отличающийся

8

0

5

0

тем, что, с целью увеличения КПД, , первичная обмотка и каждая секция первой обмотки управления снабжены двумя внутренними отводами, начало, конец и отводы первичной обмотки через введенные в управляемый ключевой узел соответствующие ключевые элементы соединены в общую точку, которая через первичную обмотку введенного трансформатора тока подключена к второму выводу второй обмотки управления, внутренние отводы в каждой из секций первой обмотки управления через соответствующие ключевые элементы, введенные в управляемый ключевой узел, соединены с общими точка- ми ключевых элементов своей секции, конец первичной обмотки подключен к общей точке ключевых элементов первой секции первой обмотки управления, а в блок управления введены измеритель, цифровой регулятор, дешифратор, узел усилителей мощности и узел синхронизации, причем измеритель входом подключен к входу блока управления, а выходом - К входу цифрового регулятора, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами дещифратора, число секций которого равно числу коммутируемых секций трансформатора регулирукнцего органа, включая первичную обмотку, а каждая из секций дещифра;тора реализует таблицу истинности, представленную на фиг. 4 описания, каждый цифровой выход дещифратора подключен к первому входу соответствующего усилителя мощности узла усилителей мощности, а вторые входы всех усилителей соединены с выходом узла синхронизации, вход которого подключен к выходной обмотке трансформатора тока, выходы усилителей мощности, число которых равно числу ключевых элементов управляемого ключевого ,узла, соединены с соответствующими выходами узла усилителей мощности и выходами управления.

5

0

5

0

t f4

u/ А

5 /(jjt

Редактор Н.Бобкова

Составитель А.Волкова

Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимишинец

Заказ 2828

Тираж 651

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

&1Г.4

Подписное