Стабилизированный источник напряжения постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02M3/337 

У

Ё

Использование: источники вторичного электропитания. Стабилизированный источник напряжения постоянного тока содержит инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель, управляемые дроссели насыщения, выходной фильтр и канал обратной связи, выполненный на узел выбора большего значения, к входам которого заведены обратные связи по выходному напряжению и по напряжению выпрямителя. Это позволяет компенсировать асимметрию напряжения в разные полупериоды работы выпрямителя, возникающую вследствие неидентичности характеристик дросселей насыщения и выпрямительных диодов. 1 ил.

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

Известен стабилизированный источник напряжения постоянного тока, который содержит высокочастотный инвертор напряжения, силовые обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и анодами диодов двухтактного выпрямителя по схеме со средней точкой, выходной фильтр и цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную к управляющим обмоткам дросселей насыщения.

Обладая целым рядом положительных качеств - двухтактное выпрямление, высокие частота преобразования и стабильность

выходного напряжения при широком диапазоне изменения как выходных, так и входных параметров, данный источник не нашел широкого применения из-за нетехнологичности изготовления двухобмоточных управляемых дросселей насыщения и асимметрии плеч выпрямителя, вызванной неидентичностью параметров дросселей насыщения и выпрямительных диодов.

Известен также стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор, силовой трансформатор, двухтактный выпрямитель со средней точкой, управляемые одморбмоточные дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами вторичных полуобмоток и диодами выпряV|

О х| х|

СО

о

СО

мителя, выходной фильтр, цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную через размагничивающие диоды к анодам диодов выпрямителя.

Однако из-за разброса параметров управляемых дросселей насыщения и выпрямительных диодов возможна асимметрия плеч выпрямителя, сказывающаяся на качество выходного напряжения.

Цель изобретения - устранение асимметрии напряжения в разные полупериоды работы выпрямителя - достигается за счет того, что в стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки кото- рых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр, цепь обратной связи по выходному напряжению, включающую делитель выходного напряжения и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к анодам размагничивающих диодов, катоды которых подключены к анодам диодов выпрямителя, введены дополнительно делитель обратной связи по напряжению выпрямителя и узел выбора большего значения, входы которого подключены к делителям обратных связей по выходному напряжению и по напряжению выпрямителя, а выход подключён к управляющему входу усилителя постоянного тока.

Дополнительная обратная связь по напряжению выпрямителя в стабилизированном источнике напряжения постоянного тока принимает участие в формировании выходного сигнала цепи обратной связи таким образом, что время действия ее в течение полупериода непосредственно связано с забросом параметров дросселей насыщения и выпрямительных диодов.

На чертеже представлена функциональная схема стабилизированного источника напряжения постоянного тока.

Выход высокочастотного инвертора 1 включен на первичную обмотку 2 силового трансформатора 3, управляемые дроссели 4 насыщения обмотками включены между вторичными полуобмотками 6 и 7 и выпрямительными диодами 8 и 9. Катоды выпрямительных диодов 8 и 9 соединены между собой и вместе со средней точкой трансформатора 3 подключены к выходному фильтру -10, на выходе которого включена нагрузка 11. Параллельно нагрузке 11 включен делитель 12 выходного напряжения. Делитель 13

напряжения выпрямителя включен между общим катодом выпрямительных диодов 8 и 9 и средней точкой трансформатора 3. Делители 12 и 1.3 соединены с входами узла 14

выбора большего значения, выход которого подключен к управляющему входу усилителя 15 постоянного тока, выход которого под- ключе.н. к анодам размагничивающих диодов 16 и 17, катоды которых соединены

0 с анодами выпрямительных диодов 8 и 9. Узел 14 выбора большего значения наиболее просто может быть выполнен на диодах 18 и 19, катоды которых соединены и подсоединены к выходной клемме узла 14, а ано5 ды - к входным клеммам этого узла, Этот узел может быть реализован и другим образом, например, на операционных усилителях.

Источник работает следующим обра0 зом.

Высокочастотный инвертор 1 напряжения преобразует входное сетевое напряжение в высокочастотный меандр (20 кГц), который поступает на первичную обмотку 2

5 силового трансформатора 3, Напряжение, снимаемое с полуобмоток б и 7 вторичной обмотки трансформатора 3, выпрямляется диодами 8 и 9, сглаживается выходным фильтром 10 и поступает на нагрузку 11,

0 Стабилизация выходного напряжения осу- , ществляется за счет соответствующего изменения напряжения на входе ШИМ на дросселях 4 и 5. Магнитопроводы дросселей 4 и 5 выполнены из магнитомягких матери5 алов с прямоугольной петлей гистерезиса. В рабочий полупериод, когда к управляемому дросселю 4(5} насыщения приложен плюс напряжения вторичной полуобмотки 6 (7) трансформатора, происходит перемагничи0 вание магнитолровода в режиме источника ЭДС от начального уровня индукции Вн до уровня индукции насыщения 8s согласно закону

Vtt-4fBsWe,

5 где f - частота переменного напряжения; W - число витков обмотки; S - активная площадь сердечника.

По обмотке этого дросселя насыщения протекает ток, величина кото0 рой определяется законом полного тока I - H1/W, где Н - ширина гистерезиса на данной частоте; I - средняя длина магни- топровода дросселя насыщения.

В это время к обмотке второго управля5 емого дросселя 5 {4} насыщения приложен минус питающего напряжения, что соответствует управляющему полупериоду. В этот полупериод происходит перемагничи- вание магнитол ровода в режиме источника тока от уровня индукции Bs до уровня индукцииЕН, который определяется стабилизирующей обратной связью по напряжению. В следующий полупериод, который для данного дросселя насыщения будет рабочим, перемагничивание магнитопровода начнет- ся с уровня индукции Bi. Таким образом, реализован ШИМ на дросселях насыщения. Отработка изменения сетевого напряжения происходит непосредственно на дросселях насыщения путем сравнения напряжения вторичной обмотки трансформатора с напряжением насыщения магнитопроводов дросселей насыщения.

За счет технологического разброса параметров управляемых дросселей насыще- ния 4 и 5 (коэффициент прямоугольности, индукция насыщения, коэффициент заполнения стали и др.) и выпрямительных диодов 8 и 9 (частотные характеристики, прямое падение напряжения и др.) возможен ре- жим, при котором плечи выпрямителя загружены неравномерно, что отрицательно влияет на качество выходного напряжения и КПД источника.

В управляющий полупериод происхо- дит перемагничивание управляемого дросселя насыщения под действием сигнала, сформированного под действием двух обратных связей, На первом этапе действует обратная связь по выходному напряжению, Время действия ее равно времени перемаг- ничивания второго управляемого дросселя насыщения, для которого этот отрезок времени соответствует рабочему полупериоду, в режиме источника ЭДС от уровня индук-

Ф ормуя а. и з о б рте н и я

Стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр, цепь обратной связи по выходному напряжению, включающую

ции Вт до уровня индукции В. В момент времени, когда наступает насыщение управляемого дросселя насыщения в рабочем полупериоде и появляется сигнал на выходе выпрямителя. Этот момент времени зависит как от исходного уровня индукции материала магнитопровода, так и от динамических характеристик дросселей насыщения и выпрямительных диодов.

Пусть в первом управляемом дросселе насыщения будет рабочий полупериод, тогда во втором - управляющий. Глубина размагничиванияматериала его магнитопровода зависит от величины тока размагничивания, формируемого под действием обеих обратных связей. Действие их раздельно во времени благодаря узлу 14 выбора большего значения, Таким образом, в следующем рабочем полупериоде во втором дросселе насыщения процесс перемаг- ничивания будет происходить с учетом характеристик первого управляемого дросселя насыщения и выпрямительного диода в его плече, и время его насыщения однозначно связано с процессами перемагничи- вания первого дросселя насыщения в предыдущий полупериод. В этом случае действуют отрицательные перекрестные обратные связи, что позволяет усреднить во времени ток нагрузки через плечи выпрямителя. Таким образом, введение дополнительной обратной связи позволяет устранить асимметрию в плечах выходного выпрямителя.

делитель выходного напряжения и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к анодам размагничивающих диодов, катоды которых подключены к анодам диодов выпрямителя, отличающий- с я тем, что введены дополнительно дели- тель обратной сеязи по напряжению выпрямителя и узел выбора большего значения, выходы которого подключены к делителям обратных связей по выходному напряжению и напряжению выпрямителя, а выход подключен к управляющему входу усилитея постоянного тока,