Устройство регулирования выпрямленного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M7/12 

структуры (ТКИС) с входом переменного и выходом постоянного тока, и представляет основной канал преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное. Выход постоянного тока РОДД 3 непосредственно объединен с выходными выводами устройства 4 и 5 для подключения нагрузки 6. Информационные управляющие входы РОДД 3 связаны с соответствующим выходами 7 аналого-цифровой схемы управ- ления АЦСУ 8, один из управляющих входов 9 которой подключен к силовому входу регулирующего элемента непрерывного действия (РЭНД) 10, а два других управляющих входа 11 и 12 АЦСУ 8 связаны с источником опорных напряжений 13 (U0) и 14 (Uo2). Управляющий вход РЭНД 10 подключен к выходу усилителя рассогласования (УР) 15, один из управляющих входов 16 которого связан с потенциальным выходом устройст- ва 4, а другой 17 - с источником управляющего напряжения (ПУН) 18 (Uy). Входная цепь переменного тока РОДД 3 включена последовательно с первичной обмоткой 19 трансформатора 20 и образованная после- довательная цепь подключена к входным выводам устройства 1 и 2. Выходная обмотка 21 трансформатора 20 подключена ко входу двухполупериодного выпрямителя 22, один из выходных выводов которого связан с потенциальным выходом устройства 4, а другой-с силовым входным выводом РЭНД 10.

Трансформатор 20, выпрямитель 22 и РЭНД 10 формируют дополнительный ка- нал преобразования и регулирования напряжения.

Регулирующий орган дискретного действия 3 может быть выполнен по любым известным схемам, например, - в виде ТКИС с входом и выходом переменного тока, представляющий собой трансформатор с дискретно регулируемым с помощью ключевых элементов коэффициентом трансформации, выход которого через двухполупериодный выпрямитель подключен к выходным выводам устройства, либо группу трансформаторов с дискретно изменяемым с помощью ключевых элементов ко- зффициентом передачи по напряжению, общая выходная цепь которых так же через двухполупериодный выпрямитель подключена к выходным выводам устройства. Кроме того, ТКИС может быть зыполнена непосредственно с выходом постоянного тока в виде группы трансформаторов с выходными обмотками, нагруженными на индивидуальные дгаухпо- лупегиодные выпрямители с общим выходом и совмещающих Функции выпрямления с функцией ключевых .элементов.

Предлагаемый регулятор работает следующим образом.

Контур непрерывного регулирования (КНР), образованный РЭНД 10, УР 15 и ИУН 18, является независимым и обеспечивает требуемые уровень и качество выходного напряжения на нагрузке 6.

Падение напряжения на РЭНД 10 регистрируется на управляющем входе 9 АЦСУ 8 и сравнивается с опорными напряжениями Uoi 13 и Uo2 14. Результат сравнения падения напряжения на РЭНД 10 с опорными напряжениями 13 и 14 преобразуется АЦСУ 8 в цифровой код на управляющих выходах 7, необходимый для изменения коэффициента передачи по напряжению РОДД 3. Формирование выходного кода АЦСУ 8 ор- ганизованотак, что изменение коэффициента передачи РОДД 3 направлено на поддержание падения напряжения на РЭНД 10 в пределах, определяемых опорными напряжениями Uoi 13 и Uo2 14, определяющих его минимальный и максимальный уровни. Минимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 определяется величиной Uoi 13 и, очевидно, должен быть минимальным и близким к напряжению насыщения РЭНД(ирэндт1п Uoi). Максимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 определяется диапазоном изменения входного напряжения и числом разрядных секций ТКИС определяющих величинуди- скретной ступени-регулирования РОДД 3. С увеличением числа разрядов РОДД 3 уменьшается величина скачкообразных изменений напряжения на его выходе и соответственно, может быть уменьшен максимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 путем-соответствующего выбора. Выбор максимального падения напряжения на РЭНД Юопределяется условием

ирэнд max U02 (Uoi + Л Уродд + A Uaan)

где А ир0дд - величина дискретного изменения напряжения на выходе РОДД 3 при изменении управляющего кода на выходе АЦСУ 8 на единицу; A U3an «. ир0дд - малая величина запаса, необходимая для обеспечения устойчивой работы контура дискретного регулирования (КДР), образованного РОДД 3, АЦСУ 8, Uoi 13 и Uoz 14.

Если для падения напряжения на РЭНД 10 выполняется успооие ирэнд S Uo2. то выходной код АЦСУ 8 остается неизменным и. следовательно, снлятся неизменHWM коэффициент передачи по напряжению (коэффициент трансформации) РОДД 3. Выходное напряжение на нагрузке б (UH) контролируется КНР на заданном ИУН 18 уровне, поэтому выходное напряжение РОДД 3, равное Ок. и его входное напряжение, в коэффициент передами раз отличное от ин. остаются неизменными (их изменение происходит лишь в случаях изменения Uy 18) при любых изменениях напряжения на входных выводах 1 и 2 или при изменениях тока нагрузки б, не приводящих к нарушению УСЛОВИЯ U01 Урэнд U02. Изменение напряжения на входных зажимах 1 и 2 или тока нагрузки 6 в этом случае приводят к изменению напряжения на обмотках 19 и 21 трансформатора 20, т.к. напряжение на обмотке 21 определяется суммой напряжений U21 UH + ирэнд + + аидир. где Удир-прямое падение на диоде выпрямителя 22; а- 1 для выпрямителя со средней точкой и а 2 для мостового выпрямителя.

Нарушение условия Uoi SI ирэнд Uo2, например,- в виде 1)рэнд Uo2, приводит к тому, что выходной код АЦСУ начинает последовательно изменяться, управляя коэффициентом передачи РОДД 3 таким образом, чтобы восстановить выполнение условия Uoi:Ј ирэнд Uo2. Так как РОДД 3 нагружен на эквивалентный источник напряжения нагрузки, жестко контролируемый КНР, то любые изменения его коэффициента передачи будут приводить к соответствующим изменениям напряжения на его входе.

При ирэнд Uo2 направление изменения выходного кода АЦСУ 8 и коэффициента передачи РОДД 3 должны быть таким, чтобы напряжение на входе РОДД увеличива- лось и со-ответственно уменьшалось напряжение на первичной обмотке 19 трансформатора 22, т.е. в конечном счете, Уменьшалось напряжение на выходе выпрямителя 20, что, в свою очередь, эквивалентно уменьшению падения напряжения на РЭНД 10. Таким образом для уменьшения падения напряжения на РЭНД 10 при 1)рэнд Uo2 коэффициент передачи по напряжению РОДД 2 необходимо уменьшить (коэффициент передачи по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к входному).

Регулирование при ирэцд Uoi осуществляется аналогично, но в этом случае направление изменения выходного кода АЦСУ 8 должно быть таким, чтобы коэффициент передачи по напряжению РОДД 3 увеличивался.

Шаг дискретный изменений выходного напряжения РОДД 2 (Дир0дд) определяется числом разрядов входящей в него ТКИС, диапазонами изменений входного и выход5 ного напряжений и почти не зависит от изменений тока нагрузки. Увеличивая число разрядов ТКИС, формирующий РОДД 3, можно обеспечить величину ирэнд п.эх лишь незначительно превышающей величину,что

0 и обеспечивает высокий уровень КПД устройства во всем диапазоне изменения напряжений нагрузки и питающей сети.

Сравнительную оценку энергетической эффективности предлагаемого устройства

5 рассмотрим на частном примере регулятора, работающего в режиме стабилизации выходного напряжения UH 5 В при токе нагрузки н - 10 А и амплитуде входного высокочастотного напряжения прямоуголь0 ной формы Un 120 - 170 В, в случае-его подключения к выходу полумостового инвертора с питанием от стандартной сети переменного тока. Для трехразрядной ТКИС с двоичным

5 кодированием шаг дискретных изменений выходного напряжения РОДД 3 приближенно можно оценить по формуле Диродд

«(Uc max - Uc mln)/(2K-1):(U с min/U,) где К - число разрядов ТКИС. В данном случае вы0 ходное напряжение РОДД 3, эквивалентно преобразуемое схемой регулятора t такое же изменение напряжения на вход РЭНД 10, составит: Дир0дд ДирЭмд 0,3 В, а максимальное падение напряжения на

5 РЭНД 10 при ирЭнд 3 В будет равно: и нАгтох 3 + 0,3 + 0,1 3,4 в где Д1)зап 0.1.В- запас для обеспечения устойчивости КДР. Так как максимальный входной ток устройства примерно равен 10(5+1)7240 0,25 А

0 (прямое падение на диодах выходного выпрямителя РОДД 3 принято равным 1 В), то максимальное значение потерь на РЭНД 10 при коэффициенте трансформации трансформатора 20 равным единице составит;

5 Д Ррэнд 0,25 3,4 0,85 или 1.7% Рн.

В устройстве - прототипе максимальное падение напряжения на РЭНД при тех же условиях составит 53 В и, следовательно, максимальная мощность потерь при Un max

0 170 В будет равна: ДРрэнд max - 53 0.25 13,25 Вт или 26.5 Рн.

Формула изобретения 1. Устройство регулирования пыпрям- ленного напряжения, содержащее основ5 ной канал преобразователя напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, дополнительный трансформатор, двухполупериодный выпрямитель и регулирующий элемент непрерывного д ;-;м1чя,

при этом первичная обмотка дополнительного трансформатора и вход переменного тока основного канала соединены последовательно и подключены к входным выводам устройства, выводы выхода постоянного тока основного канала соединены с одноимен- ными выходами устройства, вторичная обмотка дополнительного трансформатора через двухполупериодный выпрямитель и регулирующий элемент непрерывного действия, включенный последовательно в одну из выходных шин двухполупериодного выпрямителя, подключена к выходным выводам устройства, отличаю щ е е с я тем, что в него введены аналого-цифровая система управления, два источника опорного напряжения, усилитель рассогласования, при этом основной канал выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры с выходом постоянного тока и формирует регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам аналого-цифровой схемы управления, один из управляющих входов которой связан с силовым входом регулирующего элемента непрерывного действия, а двадругих управляющих входа подключены к источникам опорных напряжений, определяющих минимальный и максимальный уровни падения напряжения на регулирующем элементе не0

5

0

5

0.

прерывного действия, регулирующий элемент непрерывного действия силовым выходом связан с общим выходным выводом, его управ/Гяющий вход подключен к выходу усилителя рассогласования, один из входов которого связан с потенциальным выходным выводом, а второй его вход соединен с выводом для подключения источника управляющего сигнала.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры, представляющей собой трансформатор с рядом обмоток, связанных между собой с помощью вентильных и ключевых элементов с целью дискретного изменения коэффициента трансформации, выход которого через двухполупериодный выпрямитель подключен к выходу устройства. . 3. Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры, содержащей группу трансформаторов, нагруженных на двухполупери- одные выпрямители и связанных между собой с помощью ключевых элементов с целью дискретного изменения группового коэффициента передачи по напряжению

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники и системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство регулирования выпрямленного наИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники и системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД путем снижения максимально возможного уровня падения напряжения на регулируюпряжения содержит основной канал преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное, выполненный в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры с выходом постоянного тока, формирующей регулирующий орган дискретного действия 3 с информационными управляющими входами 7, подключенными к соответствующим выходом аналого-цифровой схемы управления 7. Управляющий вход 9 аналого-цифровой схемы управления 7 связан с силовым выходом регулирующего элемента непрерывного действия 10. Управляющие входы 13, 14 подключены к источникам опорного напряжения, определяющих минимальный и максимальный уровни падения напряжения на регулирующем элементе непрерывного действия 10. Управляющий вход регулирующего элемента непрерывного действия 10 подключен к выходу усилителя рассогласования 15. информационные входы 17. 16 которого связаны с потенциальным выходом устройств 5 и источником управляющего сигнала 18 соответственно. 3 з.п,ф-лы. 3 ил. щем элементе непрерывного действия последовательного типа. На чертеже представлена функциональная схема предложенного регулятора. Регулятор содержит входные выводы 1 и 2. регулирующий орган дискретного действия (РОДД)3, выполненный в виде транс- форматорно-ключеаой исполнительной сл с со со о VI ю о OJ

LJ (,)

njitiiy)