Однотактный регулятор постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M3/26 

I

Изобретение относится к регуляторам напряжения, обеспечивающим регулирование постоянного напряжения на нагрузке, гальванически отделенной трансформатором от цепи входного ис- точника напряжения.

Известны однотактные регуляторы постоянного напряжения с трансформа.тор.ным выходом и нагрузкой, подключенной на вторичной стороне трансформатора через вьшрямитель и сглаживающий LC-фильтр l.

Недостатком известных однотактных регуляторов постоянного напряжения является ограниченный диапазон регулирования выходного напряжения и относительно большие массогабаритные показатели, обусловленные полной модуляцией напряжения, поступающего на вход фильтра.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству однотактный регулятор постоянного напряжения, содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку, соединенную через управляемый ключ с входными выводами, обмотку вьшода реактивной знергии,образующую после-довательную цепь с блокирующим диодом и выходную обмотку, при этом первый вьшод выходной обмотки соединен с одним из вьшодов выпрямительного диода, второй вывЬд которого соединен с одноименным выводом шун10тирующего диода и с входным выводом LC-фильтра, а второй вывод выходной обмотки и выходные выводы LC-фильтра образуют выходные выводы устройства 2.

15

. Недостатки регулятора состоят в том, что он имеет ограниченный диапазон регулирования выходного напряжения и относительно большие массога20баритные показатели LC-фильтра, обусловленные полной модуляцией йапряжения, поступающего на вход фильтра. 3 Цель изобретения - увеличение диапазона регу.тшрования выходного напряжения и улучшении массогабаритных показателей при одной и той же мощности в нагрузке. Поставленная цель достигается тем, что в однотактном регуляторе постоянного напряжения междуДругим выводом шунтирующего диода и вторьм выводом выходной обмотки включена последовательная цепь, причем шунтирующий и блокирующий диоды соединены согласно между собой, а между общей точкой этих диодов и вторым выводом выходной обмотки подключен дополнительно введенный конденсатор, и к общей точке выпрямительного и шунтирующего диодов подключен одноименный вывод дополнительного диода, дру гой вьшод которого подключен к общей точке блокирующего диода и обмотки вьгоода реактивной энергии. На фиг. I и 2 представлен предлагаемый однотактный регулятор постоян ного напряжения. В нем начало первичной обмотки 1. трансформатора 2 соединено с положительным полюсом входного источника напряжения, а конец первичной обмотки 1 через управляемый ключ 3 подкотючен к отрицательному полюсу входного источника напряжения. Начало выходной обмотки 4 трансформатора 2 через вьтрямительный диод 5 подключено к началу обмотки дросселя фильт ра 6, конец которой через параллельное соединение конденсатора фильтра 7 и нагрузки 8 связан с концом выход ной обмотки. Параллельно выходной обмотке 4 с выпрямительным диодом 5 включена цепочка, состоящая из последовательного соединения шунтиру ющего диода 9 и конденсатора 10, а обмотка 11 вьюода реактивной энергии с последовательно включенным блокирующим диодом 12 включена лельно конденсатору 10. В однотактном регуляторе постоянного напряжения (фиг.2) параллельно шунтирующему диоду 9 и блокирующему диоду 12, включенных последовательно подключен дополнительный диод 13. Принцип действияi предлагаемого однотактного. регулятора постоянного напряжения рассмотрим исходя из пред положения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работ и непрерывности изменения магнитных потоков в сердечнике дросселя фильтра 6 и трансформатора 2. Обозначим через / относительную (по отношению к периоду т) длительность включенного состояния ключа 3. При включении ключа на время Т протекает процесс передачи энергии через обмотку 4 трансформатора 2 и выпрямительный диод 5 в сглаживающий фильтр,составленный из дросселя 6, конденсатора 7, и нагрузки 8. Одновременно с прямой передачей энерГ1Ш от источника входного напряжения в нагрузку протекает процесс накопления энергии в сердечнике трансформатора 2. При выключении ключа 3, возникающая ЭДС на обмотках трансформатора 2 и дросселя 6 приводят к запиранию выпрямительного диода 5 и включению шунтирующего диода 9 и блокирующего диода 12, которые при включенном состоянии ключа были выключены. На этом интервале времени, равном (1 --)т, выводится энергия из дросселя 6 в нагрузку и из трансформатора 2 в конденсатор 10. Поскольку к дросселю 6 прикладывается разность напряжений Уц- 1), то пульсации тока в дросселе могут быть существенно уменьшены, а следовательно, могут быть уменьшены индуктивность дросселя 6 и величина конденсатора фильтра 7, т.е. улучшены массогабаритные показатели сглаживающего фильтра. Через конденсатор 10 протекает разностный ток пульсаций трансформатора 2 и дросселя 6. На интервале времени (1 - ) среднее значение тока дросселя 6, равное току нагрузки, протекает через два последовательно включенные диода 9. и 12, что снижает КПД. Для устранения указанного недостатка параллельно последовательно включенным диодам 9 и 12 подключен диод 13, (фиг.2). В этом случае, среднее значение тока дросселя 6 протекает только через диод 13, а пульсации токов трансформатора 2 и дросселя 6 замыкаются через диоды 1 2 и 9 , причем диоды 12 и 9 включаются в работу последовательно. Когда пульсация тока трансформатора 2 превышает пульсацию ока дросселя 6 включается диод 12, а диод 9 при этом выключен. На этом интервале времени конденсатор 10 подзаряжается. Когда пульсации трансформатора 2 становятся мень/пе пульсации дросселя 6 диод 12 выкд11 чао1 5 о.я, а диод У включается и конденсато 10 разряжается. Таким образом, за время (1 - f )Т половину этого временного отрезка проводят диод 12, а вторую половину диод 9, причем через указанные диоды текут только разност ные токи пульсаций трансформатора 2 и дросс-еля 6, а средний ток дросселя 6 течет пере.з один диод 13, что и позволяет повысить КПД регулятора. Предлагаемый однотактный регулятор постоянного напряжения позволяет по сравнению с известным устройством увеличить диапазон регулирования выходного напряжения и. Е(п + п) Т вместо Кц En. jr в известном, причем не только за счет п , но и за счет диапазона изменения -J (в известном -jT 0,5). Кроме расширения диапазона регулирования, предлагаемый однотактный регулятор постоянного напряжения позволяет уменьшить массогабаритные показатели сглаживающего фильтра за счет введения регулируемого напряжения УС. Еп,2. - J ) на конденсаторе 10, включенного в цепь шунтирующего диода, Формула изобретения 1. Однотактный регулятор постоянного напряжения, содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку соединенную через управляемый ключ .с входными выводами, обмотку вывода реактивной энергии, образующий последовательную цепь с блокирующим 3. 4 диодом и выходную обмотку, при этом первыГ: вывод выходной обмотки соединен с одним из выводов выпрямительного диода, второй вьшод которого соединен с одноименным вьгоодом шунтирующего диода и с входным вьгоодом LC-фильтра, а второй вьгоод выходной обмотки и выходные выводы LC-фильтра образуют выходные, выводы устройства, отличающийся .тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования и улучшения массогабаритных показателей между другими выводами шунтирующего диода и вторым выводом выходной обмотки включена последовательная цепь, причем шунтирующий и блокирующий диоды соединены согласно между собой, а между общей точкой этих диодов и вторым выводом выходной обмотки подключен дополнительно, введенный конденсатор. 2. Регулятор по п. , о т л и-. 4а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения КПД, к общей точке выпрямительного и шунтирующего диодов подключен одноименный вывод дополнительного диода, другой вьшод которого подключен к общей точке блокирующего диода и обмотки вывода реактивной энергии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю.И. Конева, М., Сов, радио, 1977, № 9, с. 83-97. 2.Электронная техника в автоматике Под ред. Ю.И. Конева. М., Сов. )радио, 1977, с. 87, рис. 4.

f О ,5

-

Ai

J

L

Фuг