Регулируемый преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Известен регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные мостовой инвертор, работающий в режиме широтно-импульсной модуляции, и выпрямитель с фильтром 1. Однако такой преобразователь имеет низкий КПД при работе на фильтр с емкостной реакцией либо на фильтр с индуктивной, но при малом токе нагрузки. Наиболее близким техническим решением к изобретению является регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные инвертор с щиротно-импульсным регулированием, дроссель переменного тока и выпрямитель с фильтром 2. Недостатком известного преобразователя постоянного напряжения является ухудщение КПД и регулировочных характеристик при изменении тока нагрузки выпрямителя. Так, например, при емкостном фильтре выпрямителя преобразователь теряет способность регулировать выходное напряжение уже при нагрузке равной 50°/о от номинальной. При индуктивно-емкостном фильтре способность регулировать напряжение теряется при нагрузках, близких к холостому ходу, и на холостом ходу. Цель изобретения - повыщение КПД регулируемого преобразователя и улучшение линейности его регулировочных характеристик при изменении тока нагрузки. .Поставленная цель достигается тем, что в регулируемый преобразователь постоянного напряжения введен дополнительный блок управления, вход которого подключен к выходу датчика тока, включенного между выпрямителем и клеммой для подключения нагрузки, а выход подключен к управляющему входу дросселя переменного тока, который выполнен с регулируемой индуктивностью, причем закон регулирования индуктивности упомянутого дросселя переменного тока определяется соотнощением 1 - (GL-l)UJ eatV где L индуктивность; Q. скважность импульсов инвертора;

частота преобразования; ) ID ток-и напряжение нагрузки, приведенные к первичной стороне выпрямителя.

На чертеже представлена функциональная схема регулируемого преобразователя постоянного напряжения.

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения содержит мостовой инвертор 1, выполненный на транзисторах 2-5 и диодах 6-9, дроссель 10 переменного тока с блоком 11 управления, выпрямитель,, включающий трансформатор 12, вентильные, диоды 13 и емкость фильтра 14, датчик тока 15 и сопротивление нагрузки 16.

Мостовой инвертор преобразователя 1 работает в режиме широтно-импульсной модуляции. Регулирование напряжения в этом режиме осуществляется за счет изменения скважности, т. е. соотнощения между длительностью импульсов выходного напряжения и пауз.

В инверторе режим широтно-импульсной модуляции обеспечивается блоком управления путем подачи импульсов на базы транзисторов 2 и 3 с некоторым сдвигом по отнощению к импульсам, подаваемы.м на базы транзисторов 4 и 5. При этом имеют место моменты, когда транзисторы, установленные в диагонали моста, например, 2 (3) и 5 (4) открыты и формируется импульс с выходного напряжения и когда все транзисторы моста закрыты (пауза).

Для повыщения надежности работы инвертора, Б паузу, цепь дросселя 10 и транс.форматора 12 замыкается через один из транзисторов моста 2 и 5 (3 и 4) и диод 8 и 7 (6 и 9), шунтирующий противоположный транзистор, что обеспечивается соответствующим построением блока 11 управления инвертора . В период, когда пара транзисторов диагонали моста инвертора 1 откроется, дроссель 10 сглаживает броски тока, повышая КПД, и, одновременно, накапливает энергию, а в моменты паузы, благодаря тому, что цепь дросселя 10 и трансформатора 12 замкнута, через фильтр 14 отдает ее в нагрузку 16. Последнее обеспечивает линейность регулировочных характеристик при емкостных реакциях выпрямителя 13.

Наивысший КПД и наилучшая линейность регулировочных характеристик инвертора имеют .место тогда, когда в выпрямителе протекает непрерывный ток. Это обеспечивается индуктивностью дросселя пере,.мен ного тока L, рассчитанной, исходя из соот ° . (Q-l)U

-- 8uti;,

гдеС1 Г-скважность импульсов инвертора

(фиг. 1);

V - частота преобразования; 1д ,1/ - ток и напряжение нагрузки выпрямителя, приведенные к его первичной стороне.

Данное соотношение получено из условия непрерывности протекания тока в диагонали мостового инвертора при использовании эквивалентных схем плеч моста и определяет необходимый закон изменения индуктивности, обеспечивающий высокий КПД и работоспособность преобразователя при изменении тока нагрузки IQ.

В качестве регулируемой индуктивности можно использовать, например, дроссель насыщения.

В этом случае в качестве блока управления используется транзисторный усилитель, в коллектор транзистора выходного каскада которого включена обмотка управления дросселя насыщения. В качестве датчика тока

используется резистор.

Сравнительные испытания преобразователя с регулируемой индуктивностью в виде дросселя насыщения и нерегулируемой индуктивностью (дроссель переменного тока) показали, что с регулируемым дросселем

линейность регулировочных характеристик сохраняется во всем диапазоне нагрузок (КПД преобразователя с изменением нагрузки меняется мало), а с нерегулируемым дросселем при сниженной нагрузке линейность

регулировочных характеристик резко ухудшается. Например, на холостом ходу преобразователь практически теряет способность регулировать выходное напряжение, причем КПД преобразователя существенно падает при снижении нагрузки.

Экономический эффект изобретения определяется расширением области использования регулируемых преобразователей и экономией электроэнергии за счет повыщения КПД.

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные мостовой инвертор с щиротно-импульсным регулированием, дроссель переменного тока и выпрямитель с фильтром, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения линейности регулировочных характеристик при изменении тока нагрузки выпрямителя, введен дополнительный блок управления, вход которого подключен к выходу датчика тока, включенного между выпрямителем и клеммой для подключения нагрузки, а выход

подключен к управляющему входу дросселя переменного тока, который выполнен с регулируемой индуктивностью.

Источники тнформации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

№ 463205, кл. Н-02 М 3/315, 1971. 2. Патент ФРГ № 2501527,

кл. И 02 Р 13/22, 1977