Способ регулирования выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может быть использовано для регулирования выходно го напряжения вверх и вниз от напряжения источника питания, например в качестве вторичного источника гарантированного питания с нестабильным входным и стабильным регулируемым выходным напряжением. Известны способы и устройства регулирования постоянного напряжения вверх и вниз от наэпряжения источника питания 1 и 2. Наиболее близким является способ и устройство, содержащее последовательный и параллельный преобразовате ли, для регулирования выходного напряжения ниже входного/включаиот последовательный прерыватель с переменным коэффициентом заполнения импульсного цикла (первая зона регулирования) , Для регулирования выход ного напряжения на уровне выше входного включают последовательный прерыватель, и с определенной задержкой параллельный прерыватель, затем запиргиот последовательный прерыватель и после этого - параллельный прерыва тель (вторая зона регулирования), Устройство для осуществления способа содержит, кроме прерывателей, контур из диода, дросселя и шунтирующего нагрузку конденсатора, присоединенную к зажимам дросселя цепь из последовательно соединенных последовательного прерывателя, источника питания и параллельного прерывателя, а также диод, присоединенный между общей точкой соединения конденсатора с нагрузкой и общей точкой соединения источника питания с параллельным прерывателем 2, Недостатком данного способа является то, что коэффициент заполнения импульсного цикла последовательного прерывателя изменяется от О до 1 при регулировании выходного напряжения ниже входного. Это приводит к увеличению амплитуды пульсации тока накопительного дросселя, а следовательно, к увеличению массы и габаритов дросселя и конденсаторов, С увеличением массы дросселя и конденсаторов увеличиваются также потери. Недостаток устройства, реализующего известный способ, состоит в том, что последовательно с нагрузкой включено два полупроводниковых прибора: тиристор и диод, что также приводит к дополнительным потерям. Кроме того.

аждый из прерывателей имеет индивиуальный узел коммутации, что привоит к усложнению силовой схемы и схеы управления.

Цель изобретения - упр ощение и улучшение массо-габаритных показатеей преобразователя.

Поставленная цель достигается изенением алгоритма управления прерывателями и местом подключения послеовательного прерывателя.

На фиг. 1-6 представлены варианты у-стройств, реализующих способ регулирования.

Преобразователь постоянного напряжения содержит дроссель 1, диод 2, выходной конденсатор 3, первичный источник 4, параллельный прерыватель 5, связывающий дроссель 1 с одним из выводов источника 4, а также последовательный прерыватель в виде тиристора 6 Дроссель 1 может быть выполнен также в виде автотрансформатора или трансформатора (фиг. 2-6).

Предложенный способ в отличие от известного имеет .три зоны регулирования выходного напряжения и реализуется -следующим образом.

При регулировании выходного напряжения вверх от нулевого уровня до напряжения, уровень которого ниже входного напряжения (первая зона ре-. гулирования) сначала при выключенном прерывателе 6 подают управляющие импульсы на вход параллельного прерывателя 5.

В первой зоне при включенном прерывателе 5 энергии накапливается в дросселе 1, энергия в нагрузку в это время поступает только из конденсатора 3. При выключенном прерывателе 5 накопленная в дросселе 1 энергия передается в нагрузку и конденсатор 3. Во второй зоне регулирования, подают управляющие импульсы на вход последовательного прерывателя 6 с переменным коэффициентом заполнения. Прерыватель 5 во второй зоне переключают с неизменяемым коэффициентом заполнения, обеспечивающим выключение прерывателя 6. Начало и конец проводящего состояния прерывателя 5 совпадает с началом, и концом интервала, предусмотр нного для гарантированного принудительного запирания тиристора 6. Верхний предел регулирования во второй -зоне соответствует равенству входного и выходного напряжений.

Йо второй зоне при включенном прерывателе 6 часть энергии передается в нагрузку и в конденсатор 3 непо-. средственн.0 без промежуточного преобразования, а другая часть накапливается в это время в дросселе I, При выключенном прерывателе 6 энергия, накопленная в дросселе 1 и конденсаторе 3, передается в нагрузку.

В третьей;зоне регулирования на вход прерывателя 5 подают управляющие импульсы с регулируемым коэффициентом заполнения импульсного цикла На вход прерывателя б, при этом падают управляющие импульсы, совпадающие по времени и длительности с паузами управляющих импульсов параллельного прерывателя 5. Выход напряжения регулируется выше уровня входного напряжения. В третьей зоне при включенном прерывателе 5 прерыватель б выключен Энергия накапливаетсяв дросселе 1. Энергия в нагрузку поступает в это время только из конденсатора 3. При включенном прерывателе 6 (прерыватель 5 выключен) в нагрузку и в конденсатор 3 передается накопленная в дросселе 1 энергия, а также часть энергии, поступающая из источника питания без промежуточного преобразования .

Особенностью предлагаемого способа является то, что диапазон регулирования выходного напряжения разбит на три зоны, вследствие чего уменьшается диапазон изменения коэффициентов заполнения импульсных циклов прерывателей, аследовательно, уменьшается расчетная мощность элементов основной части регулятора. Масса и габариты регулятора при применении предложенного способа существенно меньше, КПД выше.

Запирание тиристора 6 осуществляется энергией выходного конденсатора 5 при отпирании .прерывателя 5, время включенного состояния которого должно быть равным или больше времени запирания тиристора 6. Отпадает также необходимость управления устройством коммутации тиристора, что упрощает алгоритм управления этим ключом. Основная часть предложенного устройств.а для осуществления способа проще известного: исключен из силовой цепи диод и устройство искусственной коммутации. В результате масс вентильного оборудования уменьшается, а КПД повышается, что существенно при -относительно низких преобразуемых напряжениях.

Таким образом, применение предложенного способа и устройства для его осуществления позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели: уменьшить расход . активных материалов, уменьшить потери,упростить устройство.

Ф.ормула изобретения

1. Способ регулирования выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в постоянное, содержащий последовательный и параллельный прерыватели, путем подачи на их входы управляющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью упрощения и улучшения массо-габаритных показателей преобразователя для изменения выходного напряжения до уровня меньшего, чем выходной, указанные импульсы подают на вход параллельног прерывателя, а для изменения выходного напряжения от полученного уровня до уровня входного, управляющие импульсы с изменяемым коэффициентом заполнения подают на входы последовательного прерывателя, поддерживая коэффициент заполнения импульсов подаваемых на .вход параллельного прерывателя, а для получения выходного напряжения, уровень которого превышает входной, управляющие импульсы с изменяемым коэффициентом заполнения подают на входы последовательного и параллельного прерывателей, причем длительность первых соответствует паузам между вторыми из упомянутых импульсов, минимальную длительность которых задают не меньшей, чем /

время включения последовательного прерывателя.

2. Устройство для осуществления способа по п, 1, содержащее последовательный прерыватель, контур из дросселя. Диода и выходного конденсатора, а также присоединенную к выводам дросселя цепь из последовательно соединенных первичного источника и параллельного прерывателя, отличающееся тем, что последовательный прерыЬатель присоединен между общей точкой соединения конденсатора с выходным зажимом и общей точкой соединения первичного источника с параллельным прерывателем.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бирзниекс Л.В. Импульсные преобразователи постоянного тока. М.,

Энергия, 1974.

0

2.Авторское свидетельство СССР 279780, кл. Н 02 М 3/135, 1971.

б

-Kh

/

О

Фи.г.8

ФагЛ

Фи,г.5