Регулятор напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим регуляторам, стабилизаторам переменного или постоянного тока, и может найти применение в амплитудных модуляторах, в системах электропитания аппаратуры q eдcтв связи, радиоэлектроники, а также в качестве моцнБСК усилителей низкой частоты и т.п.

Известен регулятор напряжения со звеном повышенной частоты и устройство управления подобными регулятоpar«t, содержащие инвертор V коммута торов выполненных по схеме мостового инвертора, задающий генератор со встречно изменяющимися пилообразными напряжениями и двумя каналами управления каждым коммутатором, кото9ЫЙ позволяет регулировать шходное напряжение методом многозонной реверсивной широтно-импульсной модуля ции to большем iiHanaaoHe, дискретными уровнями по амплитуде и плавно за счет ШИМ в каждой зоне 1 и L2l;

Недостатком данного устройства являет ся то, что при изменяющихся токах нагрузки в инверторе возникают сквозные токи, значительно понижающие надежность и КПД устройства в целом, а в коммутаторах, где подобных явлений не наблюдается, аначи,0 тельно уменьшается диапазон регулирования за счет появления нерегу и- руегшх пауз на время рассасывания носителей в транзисторах. Это приводит к повышению амплитуды пульса15 ций, увеличению габаритной мощности устройства и его массы.

Известен способ и устройство noeiiшения эффективности высокочастотных гранзисториых инверторов, в которых

20 управление происходит от двух зада-, ющих генераторов прямоугольной формь.

; При этой пдрвый подключен к базо-коплекторным 1 переходам и сфазирован со вторым подключенныи к базо-эмит ; 39 терным переходам транзисторов, таким образом, чтобы изменение полярности его напряжения происходило раныие на время выхода транзистора из насыщения 3. Недостатком известного устройства является неоправданно завышенная габаритная мощность первого генератора, который должен быть рассчитан на полное напряжение заданной частот и максимальное значение тока, который тем не менее потребляется импульсно на очень малом промежутке пе риода. Здесь возникают серьезные тру ности переключения такого генератора и обеспечения его нормальной работы при резко переменной нагрузке. Цель изобретения - повышение технико-энергетических характеристик регулятора. Поставленная цель дoctигaeтcя тем что в регуляторе напряжения, содержа щем инвертор на транзисторных ключах с усилителем-формирователем i управлящего сигнала и с блоками подготов ки их к выключению, соединенными с базо-коллекторными переходами транзисторов Г) коммутаторов, выполненных например, по схеме мостового инвертора, задающий генератор, подключенный к формирователю тактовых мпульсов и к формирователю встречно изменяющихся пилообразных напряжений, соединенных с управляющим входом ре-г гулятора и с двумя каналами управления каждым коммутатором, включающими компаратор с цепями, задающими порог срабатывания, формирователь блокирующих импульсов и ведомый автогенератор, выходом подключенный к базо-эмиттерным переходам транзис торных ключей коммутаторов, каждый канал управления выполнен из последовательно соединенных компаратора, формирователя блокирующих импульсов, дополнительно введенного блока подготовки выключения транзисторклх клю чей коммутатора и ведомого автогенератора, синхронизирую(дим входом соединенного с усилителем-формирователем управляющего сигнала инвертора и через блок подготовки выключения его транзисторов с задающим генератором, причем первый и дополнительно введенный второй формирователи тактовых импульсов подклюдены соответственно ко второму и третьему вхо дам формирователей блокирующих импульсов ; каждого канала. 1 При ЭТОМ блок подготовки выключения может быть выполнен, например, в виде импульсного усилителя с трансчформаторным выходом с амплитудой и длительностью сигнала не меньше необходимых для рассогласования неосновных носителей из области базы транзисторных ключей инвертора и коммутаторовУсилитель формирователь выполнен на базе триггера со счетным входом и трансформаторного усилителя мощности.. Формирователь блокирующих импульсов выполнен в виде двух последовательно включенных логических элементов 2И-НЕ, причем его первый и второй входы образованы входами первого элемента, третий - входом второго, а выход - выходом последнего. На фиг. 1 приведена блок-схема регулятора напряжения на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы в узловых точках схемы; на фиг 4 - пример выполнения формирователя блокирующих импульсов; на фиг. 5 - временные диаграммы в узловых точках формирователя блокирующих импульсов. Регулятор напряжения содержит мостовой инвертор 1 с ключевыми элементами 2-5, в диагональ которого включен высокочастотный трансформатор 6, питающий вторичными обмотками И мостовых коммутаторов 7 и .8, на ключах 9-12, соединенных последовательно с нагрузкой 13 и фильтром И, а также задающий генератор 15, подключенный к формирователям 16 и 17 тактовых импульсов и к формирователям 18 и 19 линейно нарастающего и линейно спадающего пилообразных напряжений, соответственно, соединенных с управляющим входом регулятора 20 и с двумя каналами 21 и 22 управления, каждым коммутатором 7 и.8. Канал управления состоит из последовательно соединенных .компаратора 23 с цепями 2, задающими его порог срабатывания, формирователя 25 блокирующих импульсов, блока 26 подготовки выключения транзисторных ключей коммутатора и ведомого автогенератора 27, соединенного с усилителем-формирователем 28 управляющего сигнала инвертора 1 и через блок 29 подготовки выключения его транзистора с задающим генератором 15. Выход ведомого автогенератора 27 через трансформатор 30 и резистор 31 подключен к базо-эмиттерным переходам двух транзисторных ключей коммутатора, а выход блока 26 подготовки выключения через ди од 32 - к безо-коллекторным переходам. Кроме того, выход усилителяФормирователя 28 через трансформатор 33 и резистор З соединен с базо-эмиттерными переходак траизисторов инвертора, а выход блока 29 прдготовки выключения через диод 35 подключен к базо-коллекторным пе реходам его .транзисторов. Регулятор работает следующим образом. Задающий генератор 15 работает на повышенной частоте и формирует импульсные сигналы с большой скважноетью 36 (фиг. 2), которые испольЗУются в качестве управляющих в бло ке 29 лодготовки выключения. Здесь они проходят через импульсный усилитель и трансформатор и фо{жируются по амплитуде и длительности, необходимых для рассасывания неосновных носителей из области базы транзисторных ключей 2-5 инвертора 1 (кривые 37 на фиг о 2). На б азоэмиттерные переходы транзисторов ин вертора подается сигнал 38 управления прямоугольной формы, сформированный в усилителе-формирователе 28 по задним фронтам сигнала с блока 29 подготовки. По тактам задающего генератора в формировател; х 18 и 19 встречно изменяющихся пилообразных напряжений, вырабатывается линейно нарастающее 39 и линейно спадающее 40 пилообразные напряжения, которые суммируются с входным управляющим сигналом k и подаются на входы ком параторов 23 всех каналов, где каждая пара построена на собственный постоянный уровень Ц2 срабатывания, По мере изменения величины входного сигнала k} (фиг, 2 и 3) соответ ственно перемещаются пилообразные напряжений и пересекают уровни t2 (фиг. 2) и I-V (фиг.З), задаваемые цепями 2k см ениЯ| происходит срав нение линейно изменяющихся напряжений с 3THf«i уровнями и на выходе компаратора 23 вырабатываются сигна лы 43 и kk, модулированные по длительности, которые,проходя;через формирователи 25 блокирующих им пульсов, совместно с сигналгии 45 и 46 (фиг. 5) формирователей тактовых импульсов, получают ограничение по тактам в крайних режимах,47 и 48. Ограничение позволяет получить на походе блоков подготовки выключения постоянно присутствующие импульсы 49 и 50 с длительностью, равной длительности с блока подготовки выключения в канале управления инвертором 1. Полученная последовательность импульсов 49 и 50 сдвигается относительно тактов 36 задающего генератора 15 (при увеличении входного сигнала 41) в одном канале в сторону опережения 50, а в другом - в сторону отставания 49. Ведомые автогенераторы 27, содержащие ЭК -триггер и усилитель мощности, по счетному входу переключаются по задним фронтам импульсов 49 и 50 с блоков подготовки выключения, а по входам Пи К триггеры синхронизируются по фазе сигналом 38 управления инвертором 1, в результате чего на выходе вырабатываются прямоугольные импульсы 51 и 52, поступающие совместно с сигналом 49 и 50 блоков подготовки выключения на управление, например, коммутатором 7, причем сигнал с блока подготовки поступает на базо-коллекторный переход и обеспечивает предварительное рассасывание избыточного заряда из области базы транзисторных ключей коммутатора перед их выключением, а с ведомых автогенераторов - на базо-эмиттерный переход, обеспечивая тем cai«tM управление ключами. Каждый канал управления под1ключаеТся к смежным (работающим в. - противофазе), например верхним, ключам. 9 и 11, а идентичный второй канал - к нижним 10 и 12. В результате указанного алгоритма переключения ключей коммутатора обеспечивается на нагрузке регулирование напряжения с однополярной реверсивной широтноимпульсной модуляцией 53 (фиг. 2) на двух уровнях. Дальнейшее увеличение входного сигнала 41 обеспечивает еще большее смещение линейно изменяющихся напряжений 39 и 40. Сравнение- . на прежнем постоянном уровне исчезает, автогенераторы коммутатора 7 продолжают работать, по сигналам блокировочных импульсов 47 и 48 с формирователем 25. Линейно изменяю- щиеся напряжения сравниваются теперь со следующим постоянным уровнем опорного напряжения коммутатора, а выхрдное напряжение регулируется в последующих двух зонах, амплитуда которого5пределяется ЭДС секции обмотки трансформатора, включенной в диагональ коммутатора. При наличии И коммутаторов реализуется регулирование выходного напряжения в 2И, зонах, обеспечивая на нагрузке 13 наиболее точную аппроксимацию 5 входного сигнала k (фиг. 3) импульсно-модуля ционным методом. Выходное напряжение 55 регулятора сглаживается фильтром Н, который имеет минимальные массогабаритные показатели. Использование в формирователях 25, 16 и 17 бло кирующих и тактовых импульсов логических элементов, выполненных на интегральных схемах,.позволяет значительно уменьшить длительность получаемых импульсов, определяемых временем срабатывания триггера в автогенераторах, тем самым обеспечить наибольший диапазон регулирования. Введение блоков подготовки выключения транзисторов в каждый канал регулятора позволяет значительно рас ширить диапазон регулирования как пр максимальных, так и при минимальных значениях тока нагрузки. В то же вре мя повышается КПД регулятора за сче уменьшения потребляемого тока9схемы управления. Введенный формирователь тактовых импульсов повышает надежность регулятора за счет исключения сбоев в схеме управления а крайних зонах регулирования. Испытан регулятор напряжения постоянного тока мощностью 2 кВА с ча стотой преобразования инвертором 2000Q Гц. Количество коммутаторов И при этом количество регулируемых зон 2V1-3. Регулятор обрабатывает си налы управления, изменяющиеся с частотой до 5000 Гц при коэффициенте нелинейных искажений не более 2%. Длительность с блоков подготовки вы ключения, позволяющих производить предварительное рассасывание неосновных носителей из области базы, с тавляет 3-5 МКС, а такое запаздыван не ухудшает характеристик регулятора, КПД регулятора составил в номинальном режиме 89 при выходном среднем значении напряжения 1000 В. Масса регулятора в целом кг. Формула изобретения 1. Регулятор напряжения, содержащий инвертор на транзисторных ключах с усилителем-формирователем уп9l8 равляющего.сигнала и с блоками подготовки их к выключению, соединенными с базо- коллекторными: переходами транзисторов и коммутаторов, выполненных, например, по схеме, мостового инвертора, задающий генератор, подключенный к формирователю тактовых импульсов и к формирователям встречно изменяющихся пилообразных напряжений, соединенных с управляющим входом регулятора и с двумя каналами управления каждым коммутатором, включающими компаратор с цепями, задающими порог срабатывания. формирователь блокирующих импульсов и ведомый автогенератор, выходом подключенный к базо-эмиттерным переходам транзисторных ключей коммутаторов, отли чающий.ся тем, что, с целью повышения техникоэнергетических показателей, каждый канал управления выполнен из последовательно соединенных компаратора, формирователя блокирующих импульсов, дополнительно введенного блока подготовки выключения транзисторных ключей коммутаторов и ведомого автогенератора, синхронизирующим входом соединенного с усилителем-формирователем управляющего сигнала инвертора и через блок подготовки выключения его транзисторов с задающим генератором, причем первый и дополнительно введенный второй формирователи тактовых импульсов подключены соответственно ко второму и третьему входам формирователей блокирующих импульсов каждого канала. 2„ Регулятор по По 1, отличающийся тем, что блок подготовки выключения выполнен в виде импульсного усилителя с трансформаторным выходом с амплитудой и длительностью сигнала не меньше необходимых для рассасывания неосновных носителей из области базы транзисторных ключей инвертора и коммутаторов. 3. Регулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что усилитель-формирователь выполнен на базе триггера со счетным входом и трансформаторного усилителя мощности. . Регулятор по пп. 1-3, отличающийся тем, что формирователь блокирующих ИМПУЛЬСОВ выполнен в виде двух последовательно включенных логических элементов 2И-НЕ, причем его первый и второй входы образованы входами первого элемента третий - входом второго, а выход выходом г1оследнего. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 23бб75б/2«-07, Н 02 Р 13/16, 1976. 110 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Vf 2531307/2 -07, кл. Н 02 Р 13/16, 1977. 3. Дробович Ю.И. и др. Способ повьшения эффективности высокочастотных транзисторных инверторов. В кн. Проблемы технической электродинамики. Наукова думка, 1978, № 65, с. 9-11. Fl J I I I I nm П П П П П П П П П П П П n I I I I I r I I

A.

J

Ж

.„-jai- -ИЖ------.

йгГ1

Аг«/

п.

фуг. 4

Фуг,