Импульсный регулятор переменного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/30 

1

(21)4628780/24-07

(22)29.

(46) .91. Бюл. № 14

(71)Московский технологический институт

(72)С.И.Червяков

(53)621 .316.722.1(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1179297, кл. G 05 F 1/30, 1984.

Кобзев А.Б. и др Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием, Энергоатомиздат, 1986, с. 22, табл. 1.1, сх.9.

(54)ИМПУЛЬСНЬЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении импульсных регуляторов и стабилизаторов переменного напряжения. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения. Ключевые элементы 3...8 регулятора переключаются с частотой задающего генератора 9. Длительность их открытого состояния равна полупериоду колебании задающего генератора 9. При изменении управляющего напряжения от источника управляющего напряжения устанавливается требуемый сдвиг фаз на выходах фазосдвигающих узлов 10 и 11 и осуществляется установка требуемого выходного напряжения. Напряжение на выходе регулятора зависит от скважности и полярности импульсов суммарного напряжения, снимаемого с частей обмоток трансформаторов 1 и 2 При повышении входного напряжения на второй трансформатор 2 подается напряжение выше выходного, поэтому он не ограничивает диапазон регулирования выходного напряжения Таким образом диапазон регулирования в предлагаемом регуляторе практически не ограничен. 2 ил.

С S

О

Ј iro

i

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устрой ствам питания радиоэлектронной аппаратуры, в частности к импульсным регуляторам и стабилизаторам перемен-- ного напряжения

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выходного напряжения.

На фиг.1 представлена структурная схема импульсного регулятора переменного напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Регулятор содержит первый 1 и второй 2 тпансфооматоры, каждый с двумя одинаковыми обмотками, которые выполнены с отводами, причем первые разноименные выводы обмоток первого трансформатора 1 подключены к общей шине соответственно через первый 3 и второй 4 ключевые элементы. Соответ-

ствующие отводы первого 1 и второго 2. трансформаторов соединены через третий 5 и четвертый 6 ключевые элементы Первые разноименные выводы обмоток второго трансформатора 2 подключены к общей шине соответственно через пятый 7 и шестой 8 ключевые элементы Вторые разноименные выводы обмоток первого 1 и второго 2 транс- Форматоров соединены соответственно с входным и выходным выводами Прямой и инверсный выходы задающего генератора 9 соединены с управляющими входами соответственно третьего 5 и четвертого 6 ключевых элементов, гальванически развязанный с его прямым выходом, а выход управления, гальванически развязанный с его прямым выходом, подключен к входам синхронизации первого 10 и второго 11 управляемых фазосдвигающих узлов, соединенных входами управления с клемой для подключения узлов, соединенных входами управления с клеммой для подключения источника управляющего напряжения Прямые выходы узлов 10 и 11 подключены к управляющим входам соответственно первого 3 и пятого

7ключевых элементов, а их инверсные выходы - к управляющим входам соответственно второго 4 и шестого

8ключевых элементов

При этом прямые и инверсные выходы задающего генератора 9 и управляемых фазосдвигающих узлов 10 и 11 выполнены гальванически развязанными (например, с помощью оптронов), а отношение витков в части обмотки от отвода до средней точки к общему числу витков в обмотке выбрано одинаковым в каждом из трансформаторов 1 и 2.

Регулятор работает следующим об- разомь

Ключевые элементы 3-8 регулятора переключаются с частотой задающего генератора 9, которая много больше частоты сети Длительность их открытого состояния равна полупериоду колебаний задающего генератора 9. При этом трансформатор 1 и ключевые элементы 3 и 4 и трансформатор 2 и клю- чевые элементы 7 и 8 образуют два преобразователя напряжения, поэтому напряжение на обмотках трансформаторов 1 и 2 представляют собой импульсы, со скважностью 2, огибающая которых имеет форму синусоиды с час-

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тотой сети Напряжение на выходе регулятора равно сумме входного напряжения, напряжения на части обмотки первого трансформатора 1 от средней точки до отвода и напряжения на части обмотки трансформатора 2 от отвода до средней точки для тех обмоток отводы которых соединены между собой через открытый ключевой элемент либо 5, либо 6.

При несовпадении полярности импульсов напряжения на указанных частях обмоток трансформатора 1 и 2 суммарное напряжение на частях этих обмоток равно нулю (так как отношение витков части обмотки от средней точки -до отвода к общему числу витков в обмотке выбрано одинаково в каждом трансформаторе), выходное напряжение регулятора равно входному. При совпадении же полярности импульсов суммарное напряжение на частях этих обмоток либо совпадает по по лярности с водным, либо противопо - ложно ему

Поэтому выходное напряжение регулятора представляет собой сумму входного напряжения и суммарного импульсного напряжения, снимаемого с частей обмоток трансформаторов 1 и 2, низкочастотная составляющая которого представляет собой синусоиду с частотой сети, амплитуда которой зависит от скважности импульсов суммарного напряжения, снимаемого с частей обмоток трансформаторов 1 и 2 (и определяемая сдвигом фаз напряжений на этих обмотках), а фаза либо совпадает, либо противоположна фазе входного напряжения Если фазы этих напряжений совпадают, то выходное на- пряжение больше входного, если они противоположны, то выходное напряжение меньше входного напряжения

Следовательно, напряжение на выходе регулятора зависит от скважности и полярности импульсов суммарного напряжения, снимаемого с частей обмоток трансформаторов 1 и 2, которые определяются сдвигом фаз между импульсами напряжения на выходах задающего генератора 9 и фазосдвигающих узлов 10 и 11, которые управляют переключением ключевых элементов по- парно 5 и 6, 3 и 4, 7 и 8

Так, например, при одновременном попеременном переключении ключевых элементов 3, 5, 7, и 4, 6, 8 выходнее напряжение максимально, при од повременном переключении ключевых элементов 3, 6, 7, и 4, 5, 8 выходное напряжение минимально, а прч одно временном переключении ключевых зле™ ментов 3, 8 и 4, 7 выходное напряжение равно входному, независш-о от тазы переключения ключевых 5 и 6.

Напряжение на выходе регуляторг устанавливается в зависимости от уп равляющего напряжения от подключения источника управляющего напряжения, изменением сдвига фаз импульсов на выходах управляемых фазосдвигающих узлов 10 и 11 по отношению к фазе задающего генератора 9

При этом импульсы на выходе сдвигающего узла 10 отстают по фазе от импульсов -задающего генератора 9, а импульсы на выходе фазосдвигающего узла 11 их опережают Наиболее опти- мальным является случаи, когда выходные импульсы фазе сдвигающих узлов 10 и 11 соответственно отстают и one- режают по фазе выходные импульсы ге- нератора 9 на одинаконую величину

Причем, при входном напряжении вь ше выходного импульсы на выходе фазо- сдвигающего узлп 10 отстают по фазе от импульсов на выходе фазосдвигаю- щего узла 11 более, чем 1/2 периода колебаний задающего генератора 9о

При входном напряжении ниже выходного импульсы на выходе фазосдвигакг- щего узла отстают по фазе от импульсов фазосдвигающего узла 11 менее, чем на 1/2 периода задающего генератора 9.

Таким образом, меняя управляющее напряжение источника управляющего напряжения и устанавливая вследствие этого требуемый сдвиг фаз между переключением ключевых элементов попарно 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8, осуществляется установка требуемого напряжения.

На представлены временные диаграммы напряжений регулятора, где U IU, 1Ц - напряжения на прямых выходах соответственно задающего генератора 9, фазосдвигающих узлов 10 и 11; U4 - суммарное напряжение, снимаемое с частей обмоток трансформатора 1 и 2, для тех обмоток,отводы которых соединены между собой через открытый ключевой элемент либо 5, либо 6; Ug- входное напряжение регулятора; Ug - выходное напряжение регуля

-

6

Причем

10

(5

;о

тора; t - нремч. Причем при положи- тельных U , Г Ј и Uз ключевые элементы 3, 7, , на которые напряжения подаются, открыты, а при отрицательных закрыты Кроме того при t У to выходное напряжение ниже входного, а при t -с t 0 вьаче.

В схеме предлагаемого ег ятора максимал но возможное выходное ьапря1(1+k «)

жение равно

U

U

ВЫ X

и

вх (l-k2)

k2

в - входное напряжение; k и отношение витков до отвода до начала обмотки к общему числу виткор в об- метке соответственно первого 1 и второго 2 трансформаторов. Ilp i приближении k к единице н пряление мо- жег неограниченно возрастав, Минимально возможное ьыходное папр -кеьле

5

Чьи U

Bnd-k,)(l-k2). При

приближении значении k . ичи k к e;bf нице величина выходного напряжения стремится к .

Таким образом диапазон регулирования в предлагаемом регуляторе практч чесчи неограничен.

Формула изобретения

30

Имг ульсныи регулятор переменного напряжения, содержлщ; первый транс- фОрмлгор с двумя одинаковыми обмот ками, ка/кдая из которых выполнена с

отводом, первые разноименные выводы подключены к обшей шине соответственно через первый и второй ключевые элементы, а вторые разноименные вь воды обмоток соединены с входным вы-

водом, второй трансформатор с двумя одинаковыми обмотками, имеющими отво ды, которые соединены с первыми выводами соответственно третьего и чет вертого ключевых элементов, а первые

разноименные выводы обмоток подключе ны к общей шине соответственно через пятый и шестой ключевые элементы, задающий генератор, прямой и инверс ный выходы которого соединены с уп-

равняющими входами соответственно третьего и четвертого ключевых элементов, первый и второй фазосдвигаю шие узлы, входы синхронизации кото- рых подключены к выходу управления

задающего генератора, гальванически развязанного с его прямым выходом, входы управления - к выводу для под ключения источника управляющего напряжения, прямые выходы - к управ

ляющим входам соответственно первого и пятого ключевых элементов, а ин- версные выходы - к управляющим вхо- дам соответственно второго и шестого ключевых элементов, отличаю щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходЈ7yinp

Уцпр

у

i

ил

10

п

IV

5

п п п

ного напряжения, отводы на обмотках первого трансформатора подключены к вторым выводам соответственно третьего и четвертого ключевых элементов, а вторые разноименные выводы обмоток второго трансформатора соединены с выходным выводом.

yinp

Уцпр 1 1 .

у г-п

iZJ

JL риг1

U U U