Магнитно-полупроводниковый регулятор-стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1974 года по МПК G05F1/38 

1

Известны регуляторы и стабилизаторы переменного напряжения и тока, содержащие регулирующий орган в виде параллельно включенных нелинейного ферромагнитного и полупроводникового ключевого элементов, фильтр выходного напряжения, источник задающего напряжения, цепь обратной связи и синхронизированный с сетью при помощи трансформатора управляемый широтно-импульсный модулятор, вход которого подсоединен к источнику задающего напряжения и к цепи обратной связи.

В известном магнитно-полупроводниковом регуляторе-стабилизаторе напряжение обратной связи выпрямляется, сглаживается емкостным фильтром и после этого сравнивается с задающим напряжением. Фильтр в цепи обратной связи вносит инерционность в контур регулирования, что не позволяет реализовать безынерционность регулирующего органа. Снижение постоянной времени фильтра с целью увеличения быстродействия приводит к увеличению помех на входе схемы управления ключевым элементом и, следовательно, к снижению надежности работы регулятора-стабилизатора.

С целью повышения быстродействия, точности и помехозащищенности параллельно выходу через согласующий трансформатор, резистор и диод включено запоминающее устройство, выполненное, например, из конденсатора и составного эмиттерного повторителя, вход которого зашунтирован коммутирующим ключом, по цепи управления подключенным через дифференцирующую цепочку к дополнительной обмотке нелинейного ферромагнитного элемента, а выход соединен последовательно с выходом триггера источника задающего напряжения, причем вход триггера соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, по входу зашунтированного диодом, и через ограничитель и формирователь с отдельной обмоткой синхронизирующего трансформатора.

С целью обеспечения широкого диапазона регулирования выходного напряжения стабилизатора на выходе триггера источника задающего напряжения установлен потенциометр, а для повышения стабильности амплитуды импульсов задающего напряжения в широком диапазоне изменения сигнала ошибки на выход потенциометра подключен эмиттерный повторитель. Для получения заданной степени компенсации колебания напряжения питающей сети между эмиттером формирователя и анодом ограничительного стабилитрона установлен резистор. Для осуществления стабилизации выходного напряжения по амплитудному, эффективному или среднему значениям зарядный резистор запоминающего устройства выполнен регулируемым.

На чертеже изображена принципиальная схема магаитно-полупроводникового регулятора-стабилизатора.

Она содержит регулирующий орган в виде параллельно включенных дросселя 1 насыше ния и полупроводникового ключевого элемента 2, фильтр 3 выходного напряжения, установленный между нагрузкой 4 и дросселем 1 насыщения, синхронизированный с сетью при помощи отдельной обмотки синхронизирующего трансформатора 5, управляемый широтно-импульсный модулятор 6 с согласующим эмиттерным повторителем 7, по входу зашунтированным диодом 8, источник 9 задающего напряжения, к которому подключен триггер, имеющий левое плечо 10 и правое 11, согласующий трансформатор 12, зарядный регулируемый резистор 13, диод 14, запоминающее устройство, состоящее из конденсатора 15 и составного эмиттериого повторителя 16, вход которого зашунтирован коммутирующим ключом 17, по цепи управления подключенным через дифференцирующую цепочку 18 к дополнительной обмотке 19 дросселя 1 насыщения.

Вход плеча 11 триггера подключен через дифференцирующую цепочку 20 к широтноимпульсному модулятору 6, а плечо 10 - через ограничитель 21, формирователь 22 и дифференцирующую емкость 23 к отдельной обмотке синхронизирующего трансформатора 5. Ограничитель 21 может быть выполнен, например, на кремниевом стабилитроне, а формирователь - на транзисторе. Выход составного эмиттерного повторителя 16 через ограничительный резистор 24 соединен последовательпо с выходом эмиттерпого повторителя 25, вход которого подключен к потенциометру 26, установленного на выходе плеча 11 триггера.

В начале каждого периода напряжения сети широтно-импульсным модулятором (ШИМ) 6 вырабатывается импульс, длительностью не более полупериода, который замыкает ключевой элемент 2. Напряженпе на выходе регулирующего органа (1,2) в этом интервале повторяет напряжение сети, которое через фильтр прикладывается к нагрузке 4. В другой полупериод ключевой элемент 2 разомкнут, и происходит естественное перемагничивание сердечника дросселя 1, который насыщается в момент, однозначно связанный с длительностью замыкания в предыдущий полупериод ключевого элемента 2. Таким образом, напряжение на выходе регулятора во всем диапазоне регулирования синфазно .с сетью. Длительность импульса на выходе ШИМ 6 в каждый из периодов зависит от величины сигнала ошибки, равной разности задающего напряжения и напряжения обратной связи в интервале формирования каждого импульса. Напряжение обратной связи формируется запоминающим устройством. При этом

440655

заряд конденсатора 15 происходит через согласующий трансформатор 12, резистор 13, диод 14 той полуволной выходного напряжения, которая соответствует разомкнутому состоянию ключевого элемента 2. Заряд конденсатора 15 происходит до момента запирания .диода 14, который зависит от соотношения периода сети и постоянной времени заряда. - .

Поскольку зарядный резистор 13 выполнен регулируемым, то в процессе настройки стабилизатора постоянная времени может быть скорректирована на заданные условия. Уровень заряда конденсатора 15 сохраняется до

момента размыкания ключевого элемента 2, когда на дросселе 1 насыщения скачком появляется напряжение, запускающее через дополнительную обмотку 19 и дифференцирующую цепочку 18 коммутирующий ключ 17,

например тиристор. Через цепь коммутирующего ключа 17 практически мгновенно происходит разряд конденсатора 15 до нуля. В последующий период конденсатор 15 зарядится до нового уровня, определяемого выходным напряжением в контролируемый полупериод, осуществляя таким образом безынерционный контроль выходного напряжения.

Выходное напряжение запоминающего устройства вводится последовательно и встречно

с выходом триггера источника задающего напряжения. Триггер опрокидывается, когда на базу плеча 10 подается отпирающее напряжение через ограничительный стабилитрон 21, формирователь 22 и дифференцирующую емкость 23 с отдельной обмотки синхронизирующего трансформатора 5. Формирователь 22 заперт и открывается только при пробое ограничительного стабилитрона 21, причем он пропускает вершину той полуволны напряжения, которая заряжает конденсатор 15 запоминающего устройства. При запирании формирователя 22 левое плечо 10 триггера открь вается, а правое 11 закрывается, и на выходе триггера появляется задающее напряжение

стабильной амплитуды. Диод 7 запирается, и на вход ШИМ 6 прикладывается разность напряжений, снимаемых с выходов триггера и заиоминающего устройства. ШИМ 6 формирует импульс, длительность которого соответствует величине разности. По окончании импульса ШИМ 6 задним его фронтом через дифференцирующую цепочку 20 триггер опрокидывается в исходное состояние. Одновременно с этим замыкается коммутирующий

ключ 17 и становятся равными нулю напряже-. ния задающее, обратной связи и на выходе ШИМ 6.

Таким образом, в интервале формирования импульса 111ИМ 6 на входе его приложено

практически идеально сглаженное напряжение, а все остальное время оно равно нулю. Это резко увеличивает помехозащищенность схемы управления и надежность работы стабилизатора. Компенсация колебаний напряжения сети происходит следующим образом:

при уменьшении напряжения сети уменьшается интервал, в течение которого ограничительный стабилитрон 21 пробит. Вследствие этого уменьшается длительность открытого состояния формирователя 22, сдвигается момент опрокидывания триггера источника задающего напряжения, и сигнал ошибки на вход ШИМ 6 будет приложен раньше, чем при номинальном напряжении сети, поэтому длительность импульса на его выходе увеличивается, компенсируя приложенное возмущение. Регулируя резистор 27, Ло.жис изменять интервал пробитого состояния ограничительного стабилитрона 21 и тем самым устанавливать необходимый коэффициент компенсации указанного возмущения.:

Предложенная схема может быть применена в регуляторах-стабилизаторах как с принудительной, так и с естественной коммутацией ключевого элемента. При использовании регулирующего органа на встречно-параллельных тиристорах необходимо введение такого же канала, контролирующего другую полуволну выходного напряжения.

Предмет изобретения

1. Магнитно-полуироводниковый регуляторстабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган в виде параллельно включенных нелинейного ферромагнитного и полупроводникового ключевого элементов, фильтр выходного напряжения, источник задающего напряжения, цепь обратной связи и синхронизированный с сетью при помощи трансформатора управляемый широшо-импульсиый модулятор, .вход которого подсоединен к источнику задающего напряжения ii к цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, точ: ости и помехозащищенности, параллельно выходу через согласующий трансформатор, резистор и диод включено запоминающее устройство, выполненное, например, на конденсаторе и составном эмиттерном повторителе, вход которого зашунтирован коммутирующим ключом, по цепи управления подключенным через дифференцирующую цепочку к дополнительной обмотке нелинейного ферромагнитного элемента, а выход соединен последовательно с выходом триггера источника задающего наиряжения, причем вход триггера соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, по входу зашунтированного диодом, и через ограничитель и

формирователь с отдельной обмоткой синхронизирующего трансформатора.

2.Регулятор-стабилизатор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения широкого диапазона регулирования выходного напряжения стабилизатора, на выходе триггера источника задающего напряжения установлен потенциометр.

3.Регулятор-стабилизатор по пи. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повыщения

стабильности амплитуды импульсов задающего напряжения в широком диаиазоне изменения сигнала ошибки, к выходу потенциометра подключен эмиттерный повторитель.

4.Регулятор-стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью осуществления стабилизации выходного напряжения по амплитудному, эффективному или среднему значениям, зарядный резистор запоминающего устройства выполнен регулируемым.

5. Регулятор-стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения заданной степени компенсации колебаний напряжения питающей сети, между эмиттером формирователя и анодом ограничительного

стабилитрона установлен регулируемый резистор.