Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным преобразователям постоянного напряжения в постоянное.

Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное в состоящий из усилителя мощности, выполненного на двух транзисторных силовых ключах, и выходном трансформаторе, имеющем среднюю точку, подключенную к одному из входных выводов, а ко вторичной обмотке трансформатора подключен через выпрямитель выходной емкостной фильтр Усилитель мощности через вспомогательный трансформатор подключен к автогенераторному нестабилизированному преобразователю напряжения, питание которого осуществляется от линейного стабилизатора напряжения Через дополнительную обмотку вспомогательного трансформатора подключен вход широтно-импульсного модулятора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя, а выход подключен ко входу управления мощности,

Недостатками данного устройства являются сложность системы управления, большое время регулирования в связи с наличием канала обратной связи который содержит несколько последовательно включенных устройств, а также невысокая точность регулирования

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, состоящий из усилителя мощности, выполненного на двух силовых ключах и выходном трансформаторе с первичной обмоткой, имеющей среднюю точку, подключенную через дроссель к одному из входных выводов, а ко вторичной обмотке трансформатора подключен через выпрямитель выходной конденсаторный фильтр Формирователь

xj

Јь Ю Ю Ю О

симметричного прямоугольного напряжения подкпючен к управляющим входам силовых ключей двухтактного усилителя мощности Дополнительный управляемый ключ, который в частном случае может быть выполнен в виде магнитного переключателя, включен между средней точкой первичной обмотки выходного трансформатора одним из ее крайних выходов Магнитный переключатель выполнен в виде двухобмо- точного магнитного переключателя. Первичная обмотка его включена между средней точкой первичной обмотки трансформатора и одним из ее крайних выводов, а вторичная обмотка переключателя включена последовательно и встречно с дополнительной оОмоткои трансформатора и соединена с выходом узла управления, вход которого подключен к выходу выходного конденсаторного фильтра, при этом узел управления выполнен в виде линейного стабилизатора напряжения (2).

Недостатком преобразователя является то, что ток коллектора силового ключа ограничен лишь индуктивностью дросселя по ц ми питания, что снижает надежность Кроме того, при закорачивании первичной обмотки трансформатора в индуктивностях последнего остается энергия, и она будет передаваться в нагрузку после закорачивания, что снижает точность регулирования выходного напряжения.

Целью изобретения является повышение надежности и точности регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного тока напряжения в постоянное содержит входные выводы для подключения источника постоянного напряжения, усилитель мощности, один вход которого соединен с одним из входных выводов, а выход - с первичной обмоткой выходного трансформатора , ко вторичной обмотке которого подключен вход выпрямителя, выход которого соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, а также выходной конденсатор фильтра, включенный параллельно выходу выпрямителя, и формирователь импульсов, кроме этого, в него дополнительно введены датчик тока, включенный между другим входом усилителя мощности и другим входным выводом, датчик напряжения, включенный параллельно конденсатору фильтра, два компаратора и тиристор, включенный параллельно вторичной обмотке выходного трансформатора, причем первый выход первого компаратора соединен с выходом датчика тока, его второй вход использован в качестве входа сигнала задания на максимальный выходной ток усилителя мощности, а выход подключен к входу управления усилителя мощности, выход датчика напряжения подключен

к первому входу второго компаратора, вто рой вход которого использован, в качестве входа сигнала задания на выходное напряжение, а выход подключен ко входу формирователя импульсов, выход которого

подключен к управляющему переходу тиристора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - эквивалентная схема; на фиг. 3 - временные диаграммы.

Преобразователь содержит усилитель мощности 1 последовательно в цепь питания которого включен датчик тока 2, выход которого подключен ко входу компаратора 3,

выход которого включен на вход управления усилителя мощности 1, при этом выход усилителя мощности 1 подключен к первичной обмотке 4 выходного трансформатора 5, параллельно вторичной обмотке 6 трансформатора 5 включен тиристор 7, причем параллельно тиристору 7 включен вход выпрямителя 8, параллельно выходу которого включены выходной конденсаторный фильтр 9 и датчик напряжения 10, при этом

выход датчика напряжения 10 включен на сход второго компаратора 11, выход которого соединен со входом формирования импульсов 12, выходные шины которого подключены к управляющему переходу тиристора 7,

Работа преобразователя поясняется по эквивалентной схеме.

Усилитель мощности 1 изображен в виде генератора прямоугольных импульсов Г,

Датчик тока 2 и компаратор 3 представлены в виде порогового устройства ПУ 1, которое при превышении выходнымтоком генератора И значения Нмакс подает сигнал на переключение полярности напряжения

генератора Г. Трансформатор 5 с обмотками А и 6 заменен своей схемой замещения, где LS1-индуктивность рассеивания первичной обмотки 4, и вторичной обмотки 6 Lп - индуктивность намагничивания трансформатора 5 Так как индуктивность рассеивания вторичной обмотки 6 по сравнению с LSI или U мала, то ею при анализе можно пренебречь, поэтому на схеме она не показана Выпрямитель 8 представлен в виде сопротивления RB Яд, где - сопротивление диода выпрямителя. Так как емкость конденсатора фильтра как правило достаточно велика, а сопротивление конденсатора переменному току мало, то конденсатор фильтра, заряженный до напряжения , представлен в виде источника ЭДС. Датчик напряжения 10, компаратор 11 и формирователь импульсов 12 представлены в виде порогового устройства ПУ 2, которое при превышении напряжением U2 заданной величины подает сигнал на отпирание тиристора Vs.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы тока в первичной обмотке И, напряжения Ui, индукции В в магнитопроводе трансформатора и ЭДС 12 на индуктивности намагничивания Lи. Указанные токи и напряжения обозначены на фиг. 2.

Пусть в момент времени на выходе генератора Г установилось положительное напряжение с амплитудой и-ыакс. Ток И в первичной обмотке трансформатора начнет нарастать по линейному закону со скоростью

О I 1 U1M3KC 2 л / „

dtLil AVC

где UiwaKc - амплитуда выходного напряжения генератора, В;

2 - ЭДС - на вторичной обмотке трансформатора В;

LSI - индуктивность рассеяния первичной обмотки тр-ра Г.

Пусть сердечник магнитопровода трансформатора был перемагничен и индукция в нем была равна индукции насыщения -Bs.

После того как начнет течь ток i 1 сердечник начнет перемагничиваться. При этом индукция будет нарастать по закону.

ВД П/Нз Тгде Wi - число витков первичной обмотки трансформатора;

S - сечение магнитопровода трансформатора, м ;

t - текущее время, с.

Допустим, в момент времени напряжение U2 превышает заданный уровень. При этом пороговое устройство ПУ 2 подает импульс на отпирание тиристора Us. Последний откроется и зашунтирует индуктивность намагничивания L . При этом рост индукции в магнитопроводе прекратится, конденсатор фильтра начнет отдавать энергию в нагрузку, напряжение U2 начнет снижаться. Скорость тока И возрастет и станет равной

д/с dt LS1 A/U

В момент времени ток h достигнет значения уставки Нмакс и пороговое устройство ПУ 1 подаст сигнал на переключение

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

полярности выходного напряжения генератора Г.

При смене полярности скорость тока И поменяет знак и ток И начнет спадать. При снижении тока И до нуля тиристор Us выключится и на индуктивности L появится

отрицательная ЭДС. Ток И поменяет знаки и начнет спадать со скоростью

dl 1 Ui +I2 д/г

dT TsT A/Cа индукция в магнитопроводе В начнет спадать по закону

+ B1 Tгде Bi - значение индукции в магнитопроводе трансформатора в момент времени t Т1.Тл.

При достижении индукцией значения - Bs магнитопровод трансформатора насыщается и ЭДС 2 становится равной нулю. При этом скорость тока И возрастает и станет равной

.

При достижении током И значения тока уставки - Нмакс пороговое устройство ПУ1 подает сигнал на переключение полярности напряжения генератора Г. Ток И начнет возрастать В момент времени магнитопровод выходит из насыщения и на индуктивности 1 (на вторичной обмотке

трансформатора) появляется ЭДС 12. Затем все процессы повторяются. Формула изобрет ения Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входные выводы для подключения источника постоянного напряжения, усилитель мощности, один вход которого соединен с одним из входных выводов, а выход - с первичной обмоткой выходного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен вход выпрямителя, выход которого соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, а также выходной конденсатор фильтра, включенный параллельно выходу выпрямителя, и формирователь импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности регулирования выходного напряжения, дополнительно введены датчик тока, включенный между другим входом усилителя мощности и другим входным выводом, датчик напряжения, включенный параллельно конденсатору фильтра, два компаратора и тиристор, включенный параллельно вторичной обмотке, выходного трансформатора, причем, первый выход первого компаратора соединен с выходом датчика тока, его второй вход

использован в качестве входа сигнала задания на максимальный выходной ток усили теля мощности, а выход подключен к входу управления усилителя мощности, выход датчика напряжения подключен ко первому в/оду второго компаратора, второй вход которого использован, в качестве входа сигнала задания на выходное напряжение, а выход подключен ко входу формирователя импульсов, выход которого подключен к управляющему переходу тиристора

Использование: изобретение может быть использовано в качестве источника питания с повышенной надежностью и точностью регулирования выходного напряжения Сущность изобретения: устройство состоит из каскадно соединенных усилителя мощности 1, в цепь питания которого включен датчик тока 2, соединенный с компаратором 3, выходной трансформатор 5, вторичная обмотка 6 которого зашунтирова- на тиристором 7, выпрямитель 8 с конденсатором 9 и датчиком напряжения 10 на выходе, соединенного выходом через компаратор 11 и формирователь импульсов 12 с управляющим входом тиристора 7. Указанное выполнение устройства позволяет за счет использования свойств ферромагнитного магнитопровода трансформатора 5 исключить магнитный ключ, заменив его электронным 3 ил сл С

4-0

-ОЦ

Л

-Я

и

UI.

i/ ti

t3

Фиг 5

L

f 6