Обратимый стабилизатор постоянногоНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/54 H02M7/72 

1

Изобретение относится к системам питания постоянного тока и может быть использовано при разработке источников питания.

Известны обратимые стабилизаторы постоянного напряжения, регулирующий орган которых состоит из двух однотактных конверторов и сглаживающего фильтра 1 .

Недостаток таких стабилизаторов сравнительно узкий диапазон изменения входных и выходных напряжений,а также повышенные массогабариты фильтра.

Наиболее близки к предлагаемому обратимые стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие нерегулируемый источник постоянного тока, буферный аккумулятор, вольтдобавочный инвертор, реверсивный выпрямитель и сглаживающий фильтр 2

Недостаток известных стабилизаторов - их сравнительно низкие КПД и надежность из-за протекания в выпрямителе- нерегулируемых сквозных токов

Цель изобретения -. увеличение КПД и надежности стабилизатора путем ограничения величины сквозных токов.

Указанная цель достигается тем, что в обратимом стабилизаторе посто

янного напряжения, содержащем нере гулируемый источник постоянного тока, буферный аккумулятор, вольтдобавочный инвертор, реверсивный выпрямитель и сглаживающий фильтр, выходы прямого и обратного каналов реверсивного выпрямителя объединены через рабочие обмотки вновь введенных дросселей насьпдения, обмотки управления

0 которых подключены к дополнительному источнику тока.

На фиг. .1 показана принципиальная схема обратимого стабилизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - перемещение рабочей точки по кривой, намагничивания магнитопроводов дросселей насыщения.

Стабилизатор содержит буферный аккумулятор 1, вольтодобавочный инвертор 2, нагруженный на трансформатор 3, реверсивный выпрямитель 4, включающий в себя прямой канал с трансформаторами 5 и 6 и обратный канал 5 с трансформаторами 7 и8, дроссели 9 и 10 насыщения, дополнительный источник тока 11, сглаживающие дроссель 12 и конденсатор 13, нагрузку 14 и основной нерегулируемый источник 15 0 постоянного тока.

Аккумулятор 1 подключен одним полюсом к общей шине стабилизатора, а вторым - к средним точкам первичной и вторичной обмоток трансформатора 3. Крайние выводы первичной обмотки трансформатора соединены с инвертором 2, а крайние йыводы вторичной полуобмотки - со входами реверсивного выпрямителя 4. Выходы последнего через рабочие обмотки дросселей 9 (И 10 подключены к сглаживающему дросселю 12, связанному с конденсатором 13, нагрузкой 14 и нерегулируемь1м источником 15 постоянного тока. Обмотки управления дросселей 9 и 10 соединены последовательно с дополнительным источником 11 тока.

Работа стабилизатора протекает следующим образом.

Если ток нагрузки 0,, больше,;Чем ток источника 15 , происходит разряд аккумулятора 1. При этом разрядный ток аккумулятора протекает по транзисторам 5 и 6 прямого канала реверсивного выпрямителя 4. За счет регулируемого фазового сдвига между моментами переключения -транзисторов инвертора 2 и транзисторов 5 и 6 вы.прямителя обеспечивается такой режим, когда при любом напряжении на выходе аккумулятора U обеспечивается постоянство напряжения на нагрузке 14 (U(4 ) . В каждом полупериоде работы наблюдается сначала сложение напряжений U и идд§(фиг. 1), а затем их вычитание.

В этом случае, если ток нагрузки становится меньше тока источника 15 (3,д. ) , стабилизатор автоматически переходит в режим заряда аккумулятора. Излишек тока J протекает по обратному каналу реверсивного выпрямителя в аккумулятор 1, а изменением фазового сдвига между моментами переключения инвертора и выпрямителя достигается постоянство выходного напряжения стабилизатора и« .

Для lorOfчтобы стабилизатор автоматически переходил из режима заряда в режиЯ разряда и наоборот, плечи выпрямителя управляются синхронными и синфазньлми прямоугольными напряжениями. При этом в известных схемах стабилизаторов, в которых отсутствуют дроссели 9 и 10, по транзисторам выпрямителя 4 и инвертора 2 протекают нерегулируемые сквозные токи в моменты переключения транзисторов выпрямителя 4. Это происходит из-за того, что включение одной пары, транзисторов выпрямителя осущестляется существенно быстрее, чем выключение противоположной пары транзисторов, в результате чего на врем рассасыван-ия носителей в запираемых транзисторах в выпрямителе 4 образуется короткозамкнутый контур. Этот контур включает в себя последователное соединение транзисторов 5 и 8 ИJJИ 6 и 7- в зависимости от полупериода. Работа инвертора на такой короткозамкнутый контур приводит к заметному увеличению мощности потерь и снижению КПД стабилизатора. Кроме того, токовые и мощностные перегрузки транзисторов инвертора 2 и выпрямителя 4 снижают надежность устройст- ва.

Для ограничения сквозныхтоков в предлагаемом устройстве выходы прямого и обратного каналов выпрямителя 4 через дроссели насыщения 9 и 10 подключены к дросвелю 12. Эти дроссели оказываются внутри вышеуказанных контуров, что и обеспечивает ограничение сквозных токов.

Рассмотрим пример работы стабилизатора при разряде аккумулятора в момент переключения транзисторов выпрямителя.

Пусть транзисторы 5 и 7 к моменту времени t открыты, а транзисторы б - и 8 закрыты. По транзистору 5 и рабочей обмотке дросселя 10 протекает

5 ток разряда 3 3,/i . Этот ток создает в сердечнике дросселя 10 намагничивающий магнитный поток, при этом рабочая точка В дросселя 10 может находиться на участке от А до С (фиг.2).

Q В режиме разряда на рабочей обмотке дросселя 9 ток не протекает, поэтому рабочая точка указанного дросселя оказывается смещенной в точку А.

В момент времени t происходит практически мгновенное открытие транзисторов б и 8 при открытых на время tp транзисторах 5 и 7. Это означает что при указанной на фиг. 1 полярности добавочного напряжения UgoS. P бочей обмотке Шд дросселя 9 через

0 открытые транзисторы 5 и 8 и насыщенный дроссель 10 (если приложится напряжение 2идоб- Начнется перемагничивание дросселя 9 по обмотке .

5 Так как величина 3„и)д (З.а))) выбирается таким образом, чтобы обеспечить минимальное насыщение средечника (точка А на фиг. 2), то ток перемагничив-ания Зд 2Л , где З

0 холостого хода дросселя.

Таким образом, за время запирания tp транзисторов 5 и 7 происходит перемагничивание сердечншса дросселя 9 током 23хх , что практически сводит к нулю ток в короткозамкнутом контуре,

После закрытия транзисторов 5 и 7 ток Лд становится равным нулю, а серечник дросселя 9 перемагничивается током 0« по обмотке управления Шд

(точка А на фиг. 2). Для полного исключен 1я сквозных токов важно, чтобы за время tp не произошло полного перемагничивания сердечника дросселя. Так как величина tp обычно не превытает одной 1-2 мкс друх микросекунд,

то габариты дросселей 9 и 10 получаются небольшими по сравнению с массой всего стабилизатора.

При работе стабилизатора в зарядном режиме, а также при иной полярности напряжения идо5. в моменты переключения транзисторов выпрямителя 4. ограничение сквозных токов осуществляется аналогичным образом.

Таким образом, введение дросселей 9 и 10 насыщения в цепи каналов выпрямителя 4 позволяет ограничить нерегулируемые сквозные токи в силовых транзисторах стабилизатора, а тем самым повысить КПД и надежность последнего.

Формула изобретения

Обратимый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий буферный

аккумулятор, нерегулируемый источник питания, включенный параллельно нагрузке и включенные последователь но между буферным аккумулятором и нагрузкой управляемый вольтдобавоч ный инвертор с реверсивным выпрямителем и сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, выходы прямого и обратного каналов реверсивного выпрямителя объединены чгрез рабочие.обмртки вновь введенных дросселей насыщения, обмотки управления которых подключены к дополнительному источнику тока.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 160729, кл. G 05 F 1/54, 1964.

2.Авторское свидетельство СССР № 347751, кл. G 05 F.5/00, 1972.