Стабилизированный источник напряжения постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 H02M7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания.

Известно устройство, которое содержит высокочастотный инвертор напряжения с силовым трансформатором, вторичная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и выходной фильтр включена на нагрузку, цепь обратной связи по напряжению, подключенную через размагничивающий диод к аноду выпрямительного диода, и управляемый дроссель насыщения, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и выпрямительным диодом.

Данное устройство не нашло широкого применения из-за асимметрии выходного напряжения инвертора и большого уровня пульсаций выходного напряжения, обусловленных однополупериодным выпрямлени- .ем; ограниченной выходной мощности вследствие лодмагничивания силового трансформатора; относительной сложности изготовления дросселя, поскольку весь ток нагрузки проходит через один управляемый дроссель-насыщения.

Известен .стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор, силовой транс 1

ч

4 х| Ю 00

СО

форматор, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, управляемые дроссели насыщения, включенные между выводами вторичных полуобмоток силового трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр, нагрузку, цепь обратной связи по напряжению, подключенную через размагничивающие диоды к анодам диодов выпрямителя. При больших токах в выпрямителе включены N параллельных диодов.

Однако в начале каждого полупериода имеет место режим короткого замыкания в цепи выпрямительных диодов, обусловленный временными характеристиками диодов, который ведет к общему понижению КПД источника, а также к понижению точности стабилизации выходного напряжения, которое вызвано влиянием тока короткого замыкания на процесс перемагничивания управляемых дросселей насыщения в управляющий полупериод,

Цель изобретения - повышение КПД источника и точности стабилизации выходного напряжения - достигается за счет того, что в стабилизированном источнике напряжения постоянного тока, содержащем высокочастотный инвертор с иловым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель с параллельно включенными диодами, подключенный к вторичной обмотке трансформатора по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр и цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную к размагничивающим диодам, вторичная обмотке трансформатора и .обмотки управляемых дросселей насыщения выполнены расщепленными в виде N идентичных обмоток, причем каждая из обмоток управляемых дросселей насыщения одним концом подключена к соответствующему диоду выпрямителя, а другим - к соответствующей полуобмотке силового трансформатора.

Такое выполнение стабилизированного источника напряжения постоянного тока способствует выравниванию токов через диоды выпрямителя, значительно сокращает время действия короткозамкнутого контура в цепи выпрямительных диодов, что ведет к повышению КПД источника в целом и ограничивает действие токов короткого замыкания на процесс леремагничивания управляемых дросселей насыщения, что положительно сказывается на точности стабилизации выходного напряжения,

На чертеже представлена функциональная схема стабилизированного источника напряжения постоянного тока.

Выход высокочастотного инвертора 1

напряжения включен на первичную обмотку 2 силового трансформатора 3. Управляемые дроссели 4 и 5 насыщения своими N идентичными обмотками включены между соответствующими вторичными полуобмотками

0 б и 7, каждая из которых выполнена в виде N - проводной обмотки, и соответствующими выпрямительными 8 и 9 диодами. Катоды выпрямительных диодов соединены между собой и вместе со средней точкой трансфор5 матора 3 подключены к выходному фильтру

10. на выходе которого включена нагрузка

11. Нагрузка 11 связана с блоком 12 управления, выход которого соединен с анодами размагничивающих 13 и 14 диодов, катоды

0 которых включены на аноды выпрямительных 8 и 9 диодов.

Источник работает следующим образом.

Высокочастотный инвертор 1 напряже5 ния преобразует входное сетевое напряжение в высокочастотный меандр (20 кГц), который поступает на первичную обмотку 2 силового трансформатора 3, Напряжение, снимаемое с полуобмоток 6 и 7 вторичной

0 обмотки трансформатора, выпрямляется диодами 8 и 9, сглаживается выходным фильтром 10 м поступает на нагрузку 11, Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет соответствующего из5 менения напряжения на выходе ШИМ на управляемых дросселях 4 и 5 насыщения. Магнитопроводы управляемых дросселей 4 и 5 насыщения выполнены из магнитомяг- ких материалов с прямоугольной петлей гм0 етерезиса. В рабочий полуперирд, когда к управляемому дросселю насыщения приложен плюс напряжения вторичной обмотки трансформатора, происходит перемагничи- вание магнитопровода в режиме источника

5 ЭДС от начального уровня индукции Вы до уровня индукции насыщения Вз согласно закону VH 4fВsWS, где f - частота переменного напряжения; W- число витков обмотки; S -активная площадь сердечника.

0 По обмотке этого управляемого дросселя насыщения протекает ток, величина которого определяется законом полного тока 1 Ht/W, где - ширина петли гистерезиса на данной частоте; I - средняя длина магнито5 провода управляемого дросселя насыщения.

В это время к обмотке второго управляемого дросселя насыщения приложен минус питающего переменного напряжения, что соответствует управляющему полупериоду. В этот полупериод происходит пере- мэгничивание магнитопровода в режиме ис- точника тока от уровня индукции насыщения В3 до уровня индукции Bi. который определяется стабилизирующей обрат- ной связью по напряжению. В следующий полупериод, который для данного управляемого дросселя насыщения будет рабочим, перемагничивание магнитопровода начнется с уровня индукции Bi. Таким образом реализован ШИМ на управляемых дросселях насыщения. Отработка изменения сетевого напряжения происходит непосредственно на управляемых дросселях насыщения путем сравнения напряже- ния вторичной обмотки трансформатора с напряжением насыщения магнитопровода дросселей насыщения.

В рабочий полупериод, когда прОисхо- дит перемагничивание магнитопровода управляемого дросселя насыщения в режиме источника ЭДС, благодаря расщепленной вторичной обмотке трансформатора и расщепленным обмоткам управляемых дррссе- лей насыщения, под действием ЭДС, наводимой во вторичной обмотке трансформатора, происходит отпирание всех вьгпря- мительных диодов в данном плече

выпрямителя. Кроме того, в период пере- магничивания магнитопровода управляемого дросселя насыщения от начального уровня индукции дросселя насыщения Вн до уровня индукции насыщения Bs он обладает эквивалентным сопротивлением,которое можно определить как отношение напряжения насыщения магнитопровода управляемого дросселя насыщения к току его перемэгничивания R 4fBsW2S/HL При этом ток перемагничивания равномерно распределяется через все диоды в плече-выпрямите-.

ЛЯ.- ,- -..-. - - - ; . . .. : - ; . :

Таким образом, уже на этапе перемагничивания управляемого дросселя насыщения в режиме источника ЭДС создаются условия для выравнивания токов через выпрямительные диоды, чтр значительно сокращает время действия короткозамкнутого контура в цепи выпрямительных диодов. Это ведет к повышению точности токов короткозамкнутого замыкания на процесс перемагничивания управляемых дросселей насыщения в управляющий полупериод. Использование изобретения позволяет применять недорогие выпрямительные диоды на относительно небольшие токи при повышении КПД источника в целом.

Использование: источники вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит инвертор напряжения с силовым трансформатором на выходе, вторичная обмотка которого выполнена в виде N идентичных обмоток, двухтактный выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки которых выполнены в виде N идентичных обмоток w включены между соответствующими выводами полуобмоток и силового трансформатора и соответствующими диодами выпрямителя, выходной фильтр и цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную к размагничивающим диодам. Повышение КПД и точности стабилизации выходного напряжения достигается путем выравнивания токов че-- рез диоды выпрямителя и устранения влияния токов короткого замыкания в цепи выпрямительных диодов на процесс пере- магничивания дросселей насыщения в управляющий полупериод. 1 ил. t

Формула изобретения

Стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель с N параллельно включенными диодами, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр и

цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную к размагничивающим диодам, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД «. точности стабилизации выходного напряжения, вторичная обмотка трансформатора и обмотки дросселей насыщений выполнены расщепленными в виде N идентичных обмоток, причем каждая из обмоток дросселя насыщения одним концом подключена к соответствующему диоду выпрямителя, а другим - к соответствующей полуобмотке силового трансформатора.