Способ преобразования и стабилизации переменного напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 H02P13/16 

(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к эпектротех нике и предназначено дпя реаггазании способа преобразования и стабилизации переменного напряжения в устройствах для его осуществления при разработках вторичных источников питания с преобразованием частоты. Известен способ регулирования выходного напряжения автономного инвертора, формирующего синусоиду выходного напряжения при помощи последовательности прямоугольных импульсов с неодинаковыми амплитудами, при которых площадь каждого участка формируемой синусоиды сравнивают с произведением максимально возможной длительности импульсов на ам плитуду меньщего по уровню импульса соседнего участка и генерируют на данном участке импульс амплитудой, равной амплитуде меньщего по уровню импульса со седнего участка, если величина сравниваемой площади не превьшает указанного произведения fl}. Однако его невозможно применить длярегулирования и стабилизации выпрямленного синусоидального напряжения. Наиболее близок к изобретению cnocof преобразования и стабилизации переменного напряжения путем выпр51Мления напряжения первичной сети с последующим преобразованием постоянного напряжения в высокочастотное стабилизированное, заключающийся в том, что обеспечивают постоянство вольтсекундных площадей полуволн 5.вь1сокочастотном напряжения, питающем первичные обмотр фансформатора f 2j. Недостатком такого способа преобразования является то, что он не позволяет получить стабилизированное переменное напряжение, частота которого значительно превыщает частоту питающей сети, без применения ополнитнльного силового узла - демодулятора, значительно усложняющего прсшесс преобразования. Известно устройство формируницее синусоЕДапьное выходное напряжение, солер жашее задающий генератор, автономный инвертор, блок управления. 3,Недостаток такого устройства закпгочается в низком качестве выходного напряжения. . Наиболее бпизок к изобретению преоб,разоватегаь, содержащий подкпюченный к входным за кимам выпрямитель, выход ко торого соединен, с полумостовым инвертором с высокочастотным выходным трансформатором, схему управления и сетевой фипьтр t4 Недостатком известного устройства является наличие сетевогофильтра, потери мощности на котором приводят к снип жению мощности устройства и невозмож- кости регулирования, выходного напряжения. Цель изобретения - уменьшение уровня выходных пульсаций. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразования и стабилизации переменного напряжения часть сетевого выпрямленного напряжения суммируют с выходным постоянным напря .жениём, полученный суммарный сигнал , сравнивают с опорным пилообразным напряжением, в результате сравнения получают щиротно-модулйрованный сигнал, которым управляют ключевым преобразователем. В устройство Для реализации способа, содержащее подключенный к входным зажимам выпрямитель, выход которого соединен с полумостовым инвертором с высокочастотным выходным трансформатором и схему управления, введен делитель входного напряжения и дополнительный выпрямитель с делителем выходного напряжения, выходы которых подключены к входу суммирующего узпа., . Кроме того, высокочастотный выходно трансформатор инвертора содержит Y) дополнительных гальванически развязанных выходных обмоток с выводами для пбдключения нагрузок, причем выходы гальванически развязывающих элементов подключены, на вход суммирующего узла. На фиг. 1 представлены временные диаграммы напряжения питающей сети Ug. и выходного напряжения и,; на фиг. 2диаграммы управляющих напряжений, И1Ьлюстрируюшие работу суммирующего узла 9, причем на фиг, 2а приведена диаграмма напряжения, поступающего с де лителя 7 , на вход суммирующего узла (Uj ); на фиг. 26 - диаграмма сумируюшего напряжения, поступающего с делителя 7 и 8 на вхоО суммирующего узла 9( и ); на фиг. 2в - диаграмма суммирования пилообразного напряжения, поступающего с генератора 11 ( и Ugyp) j на фиг. 2 - диаграмма выход-. ного напряжения суммирующего узла 9 (Ugyyp), поступающего на вход схемы управления 12; на фиг. 3 приведена прин цип йальная схема преобразователя; на фиг. 4 - то же, вариант исполнения. Преобразователь содержит выпрямитель 1, пдлумостовой, инвертор 2, выполненный на ключевых элементах 3 и 4, к вькоду полу мостового инвертора подключена первичная обмотка выходного высокочастотнрго трансформатора 5. Паралпельно выводам выпрямителя 1 и дополнительного выпрямителя нагрузки 6 включеНЬ1 соответственно резистивньхе делители 7 и 8, средние точки которых подключены к. суммирующему узлу 9, состоящему из компаратора 10 и подключенного к оДгному из его входов генератора пилообразного напряжения 11. Выход суммирующего узла 9 подсоединен к схеме 12 управлёния ключевыми транзисторами 3 и 4. При У) вторичных обмоток трансформатора 5 каждая подключается к суммирующему узпу 9 через гальванически развязывающий элемент 13 (трансформатор или оптрон). Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Переменное, напряжение питающей сети через выпрямитель 1 (фиг. 3) поступает на вход полумостового инвертора 2, с выхода которого высокочастотное, модулированное по дштельности переменное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора 5. На вход схемы 12 управления, выход которой подключен к базам ключевых транзисторов 3 и 4, поступает сигнал с суммирующего узла 9, величина которого изменяется в зависимости от сигналов, поступающих на компаратор 10 суммирующего узла 9 с делителя 7 входного напряжения и делителя 8 выходного напряжения. На Дру- гой вход компаратора 10 подается пилообразное напряжение генератора 11. Схема 12 управления вырабатывает импульсы, поочередно открываювцие транзисторы 3 и 4 , полумостового инйерто- ра 2, Например, в момент времени -fc (фиг. 1) открывается силовой транзистор 3. В этом случае на первичной обг.мотке трансформатора 5 формируется по- пожительная полуволна выходного высокочастотного напряжения. Так как момент времени С/( выбран в начале полу периода сетевого напряжения, эта попувопна вы ходкого высокочастотного напряжения широтно-импульсной модутшции не подвергается и полностью поступает на нйгрузку 6. В момент времени . схема 12 управления закрывает силовой транзистор 3 и открывает транзистор 4, На первичной обмотке выходного, трансформатора .формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. Для того, чтобы сре нее -значение отрицательной полуволны (tjL-fcj) выходного высокочастотного нйпряжейия было равно среднему значению положительной полуволны (t --fe2.)i транзистор 4 выключают несколько раньше, (момент времени -fci,), чем закончится полный период частоты коммутации. От момента времени а, до. момента Ь4 оба транзистора 3 и 4 находятся в отключенном состоянии, напряжение на нагрузку не поступает. В момент времени Ь снова включается силовой транзистор 3, и на первичной обмотке трансформатора 5 снова формируется положительная по луволна выходного высокочастотного напряжения. Однако поскольку мгновенное значение сетевого напряжения непрерывно повышается по синусоидальному закону, длительность полуволн (tr-tr) Должна бьгть меньше, чем у предыдущей отрицательной полуволны с таким условием, чтобы ее среднее значение (плошадь под кривой) было равно среднему значению предыдущих полуволн. Таким образом, дли тельность полуволн выходного высокочастотного напряжения на восходящем участке полуволны сетевого низкочастотного напряжения уменьшается с каждым полу- периодом частоты коммутации. В .середине полуволны сетевого напряжения положительные и отрицательные полувопгаы выходного высокочастотного напряжения равны по . длительности. Затем на падакицем участке по/ волны сетевого напряжения длительности полуволн высокочастотного выходного напряжения увеличивав ются до тех пор, пока достигнут дпитель ности полуволн полупериода частоты KoMll мутации {в конце попупериоДа - частоты t| Таким образом, ппошадь полуволн в вй чале, середине и конце полупериодов одинакова. Это обеспечивает равенство среД них значений полуволн на ковдах ив середине полупериода, сетевдго напряжения, и, следовательно, стабилизацию выходно го высокочастотного напряжения. При aai менении величины (действующего значе- 9 04 сетевого напряжения или сопротивления нагрузки схема управления измеияэт длительность импульсов преобразователя в необходимую сторону, обеспечивая таким образом стабилизацию выходного высокочастотного напряжения независимо эт причин, вызвавших изменение. При при лененкн вторичных обмоток в трансФорматоре 5 (фиг. 4) с кансдой из них снии ается сигнал и через гальванически раз::вязывающий элемент 13 подается на сум мирующий узел 9. .. : Способ преобразования и стабилизации переменного напряжения и устройство дЫ его осуществления позволяют упростить процесс преобразования и повысить его эффективность за счет изменения длитег -.ности выходных импульсов в соответствий с выходным напряжением инвертора и мгновенным значением питающего напряжения. Формула изобретения 1.Способ преобразования и стабилизации переменного напряжения путем выпрямления напряжения первичной сети с поспеДующим преобразованием постоянного напряжения в высокочастотное стабилизированное, заключающийся в TON/;;что ; обеспечивают постоянство вольтсек5ндных площадейполуволн в высокочастотном напряжении,, питающем первичные обмотки ; трансформатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня выходных пульсаций, часть сетевого выпрямленного напряжения суммируют с выход ным постоянным напряжением, получен- - .; ный суммарный сигнал сравнивают с опорным пилообразным напряжением, в резупьтате сравнения получают широтно-моДулированный сигнал, которым управляют ключевым преобразователем. 2.Устройство для преобразования и стабилизации переменного напряжения, содержащее подключенный к входным зажимам выпрямитель, выход которого соединен с полумостовым инвертором с высокочастотным выходным трянсформаторсхм, и схему управпеийя, отличающе е с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения пульсаций выходного напряже ния, введен делитель входного напряже- : кия и Доцопннтельный выпрямитель с дегштелем выходного напряжения, выходы которых подключены . к входу суммирующего узла. 796 3. Устройство по п. 2, о т п и ч а ю ш е е с я тем, что высокочастотный выходной трансформат инвертора содер ; жит И дополните|1ьных гальванически развязанных выходных обмоток с выводами для подключения нагрузок, причем выходы гальванически развязывающих эпементов подключены на вход суммирующего узла. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Л/ж /

6 ts

Фvг.f 4 1.Авторское свидетельство СССР 612217, кл. 6 О5 F 1/30, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР 521639, кл, Н 02 Р 13/16, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР 693350, кл, О 05 F 1/1О, 1979. 4.Бас А, А., Кроуз Ф. Г., Ульянов А. М., Федягихин С. Н. Сетевой стабипизированный ВИП5В-ЗОА. - Сб. Проблемы преобразовательной техники . Киев, ИЭД АН УССР, 1979, вып. 5, с. 120.

A«r/

Л

a

Ф&г.4