Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к области регу- лирования и стабилизации напряжения в сетях постоянного тока и может быть использовано в разработке вторичных источников питания для различных устройств, в том числе высоконадежных бортовых устройств электропитания.

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей стабилизатора, заключающееся в получении на выходе стабилизатора как более высокого, так и более низкого напряжения, чем входное.

На чертеже представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор состоит из регулирующего органа 1, включающего N основных и К резервных однотипных еольтодобавочных ячеек 2, каждая из которых содержит трансформатор на выходе, магнитопроводы которых объединены общей обмоткой со средним выводом, подключенным к источнику входного напряжения, входы управления ячеек подключены к устройству управления 3, а силовые входы ячеек - к выходу стабилизатора, из устройства управления i которое соединено с фильтром 7, выходом стабилизатора и входами управления коммутатора 4, состоящего из двух управляемых электронных ключей 5 и 6, силовые входы коммутатора 4 соединены с крайними выводами общей обмотки регулирующего органа 1, а выходы его подключены к фильтру 7 и выходу стабилизатора. .

Регулирующий орган 1 предназначен для формирования с помощью однотипных вольтодобавочных ячеек 2 необходимого дополнительного напряжения между напряжением первичного источника и требуемым стабилизированным выходным напряжением.

Устройство управления 3 предназначено для включения необходимого количества однотипных вольтодобавочных ячеек 2 и для

У

6

ю

00

VI

2

закрывания или открывания в соответствующей повышению либо понижению напряжения в зависимости от напряжения на выходе фазе коммутатора 4,

Коммутатор 4, состоящий из двух управляемых электронных ключей 5 и 6, предназначен для подключения одного из двух крайних выводов общей обмотки к фильтру и выходу стабилизатора.

Фильтр 7 предназначен для снижения пульсадий выходного напряжения.,

Работает стабилизатор постоянного напряжения следующим образом.

При равенстве входного напряжения номинальному выходному напряжению устройство управления 3 так воздействует на однотипные вольтодобавочные ячейки 2 регулирующего органа 1, что все они отключены, и так на управляемые электронные ключи 5 и 6 коммутатора 4, что один или оба ключа открыты. В этом случае входное напряжение через одну или обе полуобмотки выходных трансформаторов однотипных вольтодобавочных ячеек 2 и один или два открытых управляемых электронных ключа 5 и 6 поступает на фильтр 7 и на выход стабилизатора. Таким образом на выходе стабилизатора устанавливается номинальное напряжение.

При изменении входного напряжения или изменении выходного напряжения по каким-либо причинам (например, при изменении сопротивления нагрузки) устройство управления 3 включает необходимое количество основных однотипных еольтодоба- вочных ячеек 2, которые при синхронной и синфазной работе наводят в обеих полуобмотках выходных трансформаторов однотипных вольтодобавочных ячеек 2 регулирующего органа 1 прямоугольное переменное напряжение компенсации, причем на первом крайнем выводе общей обмотки регулирующего органа 1 прямоугольное переменное напряжение компенсации каждый первый полупериод положительно, каждый второй полупериод - отрицательно, а на втором крайнем выводе общей обмотки наоборот - каждый первый полупериод отрицательно, каждый второй полупериод положительно, поскольку полуобмотки включены встречно. Устройство управления 3 воздействует на управляемые электронные ключи 5 и 6 коммутатора 4 так, что каждый первый полупериод управляемый электронный ключ 5, подключенный к первому крайнему выводу .общей обмотки регулирующего органа открыт, а каждый второй полупериод закрыт, в то время как управляемый электронный ключ 6, подключенный ко второму крайнему

выводу общей обмотки регулирующего органа 1 каждый первый полупериод закрыт, а каждый второй полупериод открыт - если выходное напряжение по каким-либо причинам уменьшилось и для поддержания номинального напряжения на выходе требуется положительное напряжение компенсации. Если же выходное напряжение по каким-либо причинам увеличилось, и для

0 поддержания номинального напряжения на выходе стабилизатора требуется отрицательное напряжение компенсации, то, наоборот, управляемый электронный ключ 5 каждый первый полупериод закрыт, а каж5 дый второй полупериод открыт, в то время как управляемый электронный ключ б каждый первый полупериод открыт, а каждый второй полупериод - закрыт. Так как широт- но-импульсная модуляция напряжения ком0 пенсации в этом случае отсутствует, выпрямленное напряжение имеет малую величину пульсации, которая при помощи небольшого емкостного фильтра может быть практически полностью подавлена, Точ5 иость поддержания напряжения компенсации определяется выходным напряжением однотипной ячейки 2, При отказе одной работающей однотипной вольтодобавочной ячейки 2 изменяется напряжение на нагруз0 ке, следовательно, устройство управления включит еще одну незадействованную однотипную вольтодобавочную ячейку 2 и напряжение на выходе стабилизатора станет равным номинальному значению. Таким об5 разом, функции стабилизации выходного напряжения и замены неисправных однотипных вольтодобавочных ячеек 2 совмещены в одном устройстве. Для, нормального отключения неисправных однотипных воль0 тодобавочных ячеек 2 от цепи питания они включены через плавкие предохранители. Стабилизатор полностью сохраняет работоспособность при выходе из строя К однотипных вольтодобавочных ячеек 2,

5 При последующих отказах однотипных вольтодобавочиых ячеек 2 сужается допустимый диапазон изменения выходного напряжения, или при прежнем диапазоне увеличивается погрешность стабилизации.

0 Технико-экономическая эффективность стабилизатора постоянного напряжения по отношению к прототипу выражается в возможности получения на выходе стабилизатора как более высокого, так и более низкого

Ј напряжения чем входное, что позволяет уменьшить до вдвое меньшего количества общее необходимое число однотипных ячеек (и, как следствие, существенно улучшить массогабаритные характеристики стабилизатора) при сохранении той же погрешности

стабилизации или уменьшить до вдвое меньшего значения погрешность стабилизации при том же.количестве однотипных вольтодобавочных ячеек.

Формула изобре.тения Стабилизатора постоянного напряжения, содержащий регулирующий орган, состоящий из N основных и К резервных однотипных вольтодобавочных ячеек, силовые входы которых соединены с выходными выводами, а входы управления - с соответствующими выходами блока управления, входом подключенного к выходным выводам, куда также подключен фильтр, каждая из указанных ячеек содержит выходной трансформатор, причем магнитопроводы всех трансформаторов охвачены общей вторичной обмоткой, средний вывод которой соединен с потенциальным входным выводом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, заключающихся в получении на выходе стабилизатора как более высокого, так и более низкого напряжения, чем входное, он снабжен коммутатором, состоящим из двух управляемых электронных ключей, силовые

входы которых соединены с крайними выводами общей вторичной обмотки выходных трансформаторов однотипных вольтодобавочных ячеек, входы управления управляемых электронных ключей подсоединены к

соответствующим выходам блока управле - ния, а силовые выходы подключены к выход- . ным выводам.

Использование: в сетях постоянного тока при разработке вторичных источников питания для различных устройств, в том числе высоконадежных бортовых устройств электропитания. Сущность изобретения: стабилизатор содержит регулирующий орган 1, включающий N + К однотипных воль- тодобавочных ячеек 2, блок управления 3, коммутатор 4, включающий два управляющих электронных ключа 5 и 6, фильтр 7, Введение в устройство коммутатора 4 позволяет получить на выходе стабилизатора напряжение как более низкое, так и более высокое, чем входное. 1 ил.

РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОРГШ .

-3Jr y-i-

Вход

Опнотшжя ЯЧЕЙКИ

УСТРОЙСТВО агта/Шя

Когтят

5

.Г

7

Выгод