Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02M3/305 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности Ко вторичньзм источникам, и может использоваться для питания импульсных радиотехнических систем.

Широко известны стабилизаторы напряжения, содержащие включенный последовательно-в питающую шину регулирующий элементключевого типа -1 .

Стабилизаторы напряжения с импульсным регулирующим элементом имеют существенные недостатки: при им пульсном режиме регулятора требуется установка энергоемких входных фильтров; наличие энергоемких фильтров вызывает инерционность; процесса регулирования; неустойчиво работают на импульсную нагрузку; создают значительные радиопомехи.

Известны также устройства с регулирующим элементом в виде инвертора, тока 2.

К недостаткам устройств с регу пирующим инвертором тока относятся: крутопадающий характер внешней характеристики инвертора тока, значительные габариты и масса устройства, так как в этой схеме инвертор

трансформатор и выпрямитель должны выполняться на полную мощность.

Из известных стабилизаторов напряжения наиболее близким по технической сущности к предложенному стабилизатору является стабилизатор напряжения споследовательным регулирующим элементом, выполненном на инверторе тока 3. В этом устрой10стве, выводы переменного тока инвертора через трансформатор и токоограничивающие реакторы соединены с выпрямителем, подключенным выводами постоянного тока к нагрузке. Ин15вертор тока в этой схеме передает в цепь переменного тока только часть мощности, потребляемой нагрузкой , и через выпрямитель она возвращается в цепь постоянного тока не2Qпосредственно к нагрузке. Это позволяет значительно уменьшить массу и габариты инвертора, трансформатора и выпрямителя и обеспечить высокий КПД. Так как входная характеристика

25 инвертора тока имеет в области малых загрузок по току падающий характер, то и внешние характеристики стабилизатора напряжения с регулирующим элементом имеют крутопадающий

30 характер. ВыхЪдное сопротивление такого устройства имеет большую величину,, поэтому оно может эффективноиспользоваться для регулирования и стабилизации тока.

При питании устройств с резко переменной нагрузкой стабилизации

напряжения возможна только при очень высоких коэффициентах усиления всистеме управления, что ухудшает динамические характеристики и усложняет систему регулирования. Необхолимо также устанавливать энергоемкие ёмкостные фильтры, которые увеличивают массу и габариты источника питания.

Цель устройства - уменьшение выходного сопротивления стабилизатора и расширениеза счет этого его функцйональных возможностей.

Это достигается тем, что в уст.ройстве 3 , содержащем регули рующий элемент в виде инвертора тока, цепью питания включенного в проводящем направлении между первыми входным и выходным его выводами,и вентильный мост, один вывод постоянного тока которого.образует вторые входной и выходной его выводы, причем выводы переменного тока инвертора тока и вентильного моста связаны между собой через реактивные элементы, второй вывод постоянного тока вентильного моста соединен через сглаживающий фильтр с первым бдно-именным по полярности выходным выводом стабилизатора, а между выводами переменного тока инвертора и вентильного моста включены конденсаторы.

На фиг. 1 приведена структурная

.схема стабилизатора; на фиг. 2 принципиальная электрическая схема стабилизатора; на фиг. 3- - кривые завис 1м6сти напряжения на нагрузке от тока нагрузки для известной предложенного стабили затора наЙряжения.

Источник 1 питания подключен к нагрузке 2 через последовательный регулирующий элемент, который выполнён На йнвёрторе 3. тока, быводы переменного тока инвертора.3 соединены через конденсаторы 4 .с выводами переменного тока вентильного мост.а 5. Вывод положительной полярности этого моста 5 соединен через сглаживающий дроссель б с положительным выводом нагрузки 2. Сглаживающий дросс ель 7 обеспечивает сглаживание тока/ потребляемого от источника ,

б

Нафиг. 3 кривые

показываю.т зависимость напряжёния на .

-нагрузке от тока нагрузки для стабилизатора с трансформаторной связью .соответственно при частоте инверти р.ованйя 1 и 5 кГц; кривые в, г, - при этих же частотах для предлагаемой схемы. Кривая.д

представляет собой внешнюю характеристику предлагаемого стабилизатора напряжения.

Стабилизатор работает следующим образом.

При работе с полной нагрузкой тиристоры инвертора 3 должны переключаться с частотой, близкой к максимальной. Конденсаторы инвертора при высокой частоте обеспечивают большие значения емкостных токов,чт обеспечивает большие значения напряжений на выводах переменного тока инвертора. Сопротивления разделительных конденсаторов 4 при высокой частоте имеют малые величины,что обеспечивает малые падения напряжений на них при протекании переменного тока. При большом напряжении -на выходных выводах переменного тока инвертора 3 и малом сопротивлении конденсаторов 4 обеспечиваются большие значения напряжений на выводах выпрямителя 5 и, следовательно,обеспечивается большое значение тока, подводимого к нагрузке 2 через дроссель 6 от выпрямителя 5.

При уменьшении тока нагрузки необходимое выходное напряжение обеспечивается при меньшей частоте переключений тиристоров инвертора. Компенсация изменения напряжения источника 1.питания обеспечивается за счет изменения частоты переключения -тиристоров инвертора 3. Если напряжение питания имеет максимальное значение, то заданное напряжени при воминальном значении тока нагрузки обеспечивается при средних частотах инвертора. При уменьшении питающего напряжения необходимо увеличить частоту инвертирования до максимальной. Необходимое, изменение частоты переключений тиристоров ббеспечивается системой управления, которая содержит систему сравнения, преобразователь напряжения в часто.ту и систему распределения и усиления импульсов, -

Использование в качестве регулирующего элемен-та инвертора на тиристорах, который через конденсаторы соеди.нен с выпрямителем, позволяет получить жесткие внешние характе- ристики при неизменной ч.астоте и значительном изменении тока нагрузки (см, фиг, 3, кривые; в, г). Так как ток в нагрузке определяется суммой токов инвертора и выпря1 штеля, то ток регулирующего элемента меньше тока нагрузки, и схема работает с высоким КПД.

По предлагаемой схеме изготавливают стабилизатор на 27 В, 40 А. КПД при токах нагрузки от 2 до 40 А не низке 85%, Выходное статическое сопротивление стабилизатора в модельной установке меньше 0,1 Ом (фиг. 3, кривая д). По сравне;нию С известным стабилизатором 3 выходное сопротивление предлагаемого стабилизатора уменьшается в 10100 раз.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения постоянного тока для питания устройств с резко переменной нагрузкой, содержащий регулируюищй элемент в виде инвертора тока, цепью питания включенного в проводящем направлении между первыми входным и выходным его выводами , и вентильный мост, один вывод постоянного тока которого образует вторые входной и выходной выводы, причем выводы переменного тока инвертора тока и вентильного моста связаны между собой через реактивные элементы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет уменьшения выходного сопротивления стабилизатора, второй вывод постоянного, тока вентильного моста соединен через сглаживающий фильтр с первЕЛм одноименным по полярности выходным выводом стабилизатора, а между выводами переменного тока инвертора и вентильного моста включены конденсаторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Чиженко И.М.,Руденко B.C., Сенько В,И. Основы преобразовательной техники, Высшая школа , 1974,

2.Богданов Н.Н. Стабилизация по

5 стрянного напряжения на нагрузке

за счет регулирования частоты в системе инвертор-выпрямитель, М., Труды МЭИ, 1975, вып. 275,: с. 2027. .- :..,

3.Авторское свидетельство СССР

0 I 398367, кл. 23 К 9/00, 1973.