Регулятор напряжения со звеном повышенной частоты

Регулятор напряжения со звеном повышенной частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

((ц 3001371

Союз Советскнк

Социапнстическик

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (B1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.05. 81 (21) 3289791/24-07 с присоелниением заявки М (23 ) Приоритет

Опубликовано 28.02.83, бктллетень М 8

Дата опубликования ояисання 28.02.83 (5l)N. Кл.

Н 02 И 5/12

tH 02 Р 13/28 твву4аРствекяык

ЕСаР

le делам кзебрвтевк» и вткрытий (И) УЛ,К 621.314..722(08&.8) ь,:

А.В. Кобзев, Г.Я. Иихальч внкд и В.Д ф ме)ю

f т и l

У

Научно-исследовательский институт автоматики.. : и электромеханики при Томскои-ао тиауте автоматизированных систем управлей тян "радио лектроники (72) Авторы изобретения (71) Заявитель. (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СО ЗВЕНОИ

ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования и стабилизации постоянного и переменного напряжений, и может найти применение там, где необходимы многофункциональные источники постоянного и переменного напря-. жений, имеющие много выходов стабильного напряжения, причем эти выходы могут быть одновременно постот янного и переменного напряжений с ос- . новной (сетевой) и промежуточной частотами. рах напряжения, изменяющегося вверх и вниз от своего номинального значения, наиболее перспективна однополярная реверсивная вольтодобавка, кото-рая позволяет уменьшить искажение выходного напряжения. Кроме того, данные-регуляторы напряжения в режиме стабилизации выходного напряжения должны регулировать полную мощность нагрузки . Если we строить вольтодобавочные структуры, то напряжение в осталbHblx (дополнительных } каналах . будет нестабильно, поскольку обрат" ная связь может быть настроена лишь

15 на стабилизацию основного или дополнительных каналов. И наконец, регуляторы зачастую неработоспособны на ак.тивно-индуктивную нагрузку.

Известны регуляторы напряжения со звеном повышенной частоты, позволяющие построить стабилизаторы постоянного напряжения с необходимым количеством стабильных выходов t. 1).

Однако такие регуляторы способны стабилизировать лишь постоянное напряжение и могут реализовать лишь однополярную нереверсивную.вольтодобавку или вольтоотбавку. В стабипизатоНаиболее близок к предлагаемому регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные в виде однофазных мостовых инвертоз 1001 ров на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, трансформатор повышенной частоты, первичная обмотка которого включена в первую диагональ моста-модулятора, а вторичная — в первую диагональ моста-демодулятора, схему управления с задающим генератором и двумя фазосдвигающими блоками соответственно с управляемыми углами задержки и one- 10 режения, причем один выход задающего генератора соединен с управляющими входами ключей модулятора, а другой— с одним из входов каждого оазосдви,гающего блока, выходы которых подклю- lS иены к управляющим входам ключей демодулятора, при этом другие управляющие входы обоих фазосдвигающих блоков объединены и образуют управляющий вход регулятора напряжения. Кроме то- 20 го, вторая диагональ моста-модулятора образует входные выводы регулятора, а выходные выводы регулятора образованы последовательным соединением вторых диагоналей модулятора и демодулятора.

На основе известного регулятора нельзя построить многофункциональный источник питания с необходимым числом каналов, потому что напряжение на 30 трансформаторе нестабильно при стабилизации напряжения на его выходе.

3то приводит к сужению функциональных возможностей регулятора при стабилизации напряжения и невозможности получения необходимого. числа выходов со стабильным напряжением.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей регулятора при стабилизации напряжения, путем g0 увеличения числа выходов со стабильным напряжением.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор напряжения со звеном повышенной частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные, например, в виде однофазных мостовых инверторов на полупроводниковых ключах, трансформатор повышенной частоты, первичная обмотка которого включена в первую диагональ моста-модулятора, а вторичная - в первую диагональ моста-демодулятора, схему управления с задающим генератором и двумя фазосдвигающими блоками соответст- венно с управляемыми углами задержки и опережения, причем один выход задающего генератора соединен с управ371 4 ляющими входами ключей модулятора, а другой — с одним из входов каждого фазосдвигающего блока, выходы когорых подключены к управляющим входам ключей демодулятора, при этом другие управляющие входы обоих фазосдвигающих блоков объединены и образуют управляющий вход регулятора напряжения, дополнительно снабжен демодуляторами, управпяющие входы которых подключены к выходу задающего генератора, в их первые диагонали включены дополнительные вторичные обмотки трансформатора повышенной частоты, а вторые диагонали образуют дополнительные выходные выводы регулятора, при этом одна из вторичных обмоток подключе «а к входу блока обратной связи, осуществляющего сравнение напряжения на обмотках трансформатора с эталонным, выходом соединенного с управляющим входом регулятора напряжения, входные выводы которого образованы последовательно соединенными вторыми диагоналями демодулятора и модулятора, а его выходные выводы образованы второй диагональю модулятора.

При стабилизации переменного напряжения полупроводниковые ключи выполнены в виде полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью.

При стабилизации постоянного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода напряжения повышенной частоты ключи модулятора и демодулятора выполнены в виде управляемых ключей с односторонней проводимостью, дополнительные демодуляторы выполнены на неуправляемых ключах, а выходные выводы, соответствующие стабильному напряжению повышенной частоты, образованы вторичной обмоткой трансформатора„

При стабилизации переменного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода постоянного напряжения дополнительный демодулятор, вторая диагональ которого образует соответствующие выходные выводы, выполнен на неуправляемых ключах.

С целью уменьшения падения напряжения на дополнительных демодуляторах и повышения точности стабилизации последние выполнены в виде соединенных в кольцо вторичной обмотки трансформатора повышенной частоты и двух ключей, причем выходные выводы дополнительных демодуляторов .образованы

5 100 общей точкой соединения ключей и-средней точкой обмотки трансформатора повышенной частоты.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого регулятора напря><ения со звеном повышенной частоты; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы регулятора.

Предла гаемь1й регулятор напряжения со звеном повышенной частоты .содержит1О модулятор 1, выполненный по мостовой схеме на ключах 2-5 с двусторонней проводимостью, в первую диагональ моста которого включена первичная обмотка 6 трансформатора 7 повышенной частоты, а вторая диагональ образует основной выход регулятора, гальванически связанный с сетью, к которому подключена нагрузка 8, а также демодулятор 9, выполненный также по мостоэо вой схеме на ключах 10-13 с двусторон À проводимостью. Причем в первую диагональ моста демодулятора включена вторичная обмотка 14 трансформато— ра 7. Вторая диагональ моста-демодуля25 тора 9 соединена последовательно со второй диагональю моста-модулятора 1 и образует вход регулятора, к которому подключается напряжение сети U

Вторичная обмотка 15 транс<)орматора 7 подключена на вход блока 16 обратной связи, выход которого соединен с управляющими входами фаэосдвигающих блоков 17 и 18 соответственно с регулируемым углом сдвига фазы за35 держки о/1, и опережения р . Выходы фазосдвигающих блоков 17 и 18 соединены с управляющими входами ключей 10, 12 и 11, 13 демодулятора соответственно. Синхронизирующие входы 19 и 20 фазосдвигающих блоков 17 и 18 cool.ветственно соединены с выходом задающего генератора 21, другой выход которого подключен к управляющим входан ключей 2-5 модулятора и управляющим входам ключей дополнительных демодуля торов 22 и 23 (количество которых для примера взято равным двум ), выполненных на ключах с двусторонней пров имостью соответственно 24-27 и 28-31, управляющие цепи которых подключены к задающему генератору 21, В первые диагонали дополнительных мостов-демодуляторов 22 и 23 включены соответственно вторичные обмотки 32 и 33 трансформатора 7, а вторые диагонали

SS образуют дополнительные выходные клеммы, к которым подключены нагрузки 34 и 35.

1371 4

Позицией 36 обозначено выходное напряжение задающего генератора 21;

37-39 — выходные напряжения фазосдви гающего блока 17 соответственно при углах задержки фазы (относительно

7(% ° периода повышеннои частотыус р-- —, Ы р с <<./2 и о р) Ц2; 40-4? — выходйые напряжения фазосдвигающего блока 18 соответственно при углах опережения фазы p1, = ; с ф и ; 43 - напряжение сети и найряженйе на нагрузке при с(р - p, = — „"; 44-46 - напряжение на обмотках трансформатора 7 сэответс т вен но при о Р = / р = --, u(p = pp J L

7С и с р= р) —; 47-49 - напряжение на . наГрузке, соответственно прис а = р =

= 7t/2; c(р =1 рс -7 и с = 1-,/2.

Принцип работы регулятора напряжения со звеном повышенной частоты состоит в следующем.

Допустим переменное напряжение сети равно номинальному напряжению,, Ключи инвертора 2-5 замыкаются по алгоритму 2,5-3,4 ключи демодулятора 10- 13 по алгоритму 10, 11-12, 13 (рядом стоящие цифры соответствуют замкнутому состоянию ключей).

Напряжение сети Ц прикладывается к нагрузке Ы, параллельно которой включен инвертор 1. Он преобразует напряжение 43 сети (фиг. 2) B высокочастотное напряжение 44 с сохранением синусной огибающей. Это нап:.:.жение с обмотки 15 поступает на блок 16 обратной связи, который может быть выполнен по любому известному приципу.

В блоке 16 обратной связи поступившее напряжение преобразуется в удобное для сравнения, сравнивается с эталонным {задающим) напряжением, а выявленная ошибка усиливается и подается на управляющие входы фазосдвигающих блоков 17 и 18,. Пса действием напряжения с блока 16 обратной связи фаза импульсных последовательностей на выходе фаэосдвигающих блоков 17 и 18 изменяется от 0 до )Г (по отношению к периоду повышенной частоты).

Если напряжение на трансформаторе 7 соответствует ноыпнальному, то фаза импульсных последовательностей соответствует условиюо р —— P> = (Г/ 2 .

При изменении напряжения сети вверх от номинального изменяется и напряжение на трансформаторе 7. Отклонение напряжения от номинального, выявленное в блоке 16 обратной связи, поступает на вход фазосдвигающих блоков 17 и 18 и приводит к из7 1001 мению фазы импульсных последовательностей, как показано на диаграммах 30 и 41. Это приводит к изменению алгоритмов переключения ключей демодулятора 9, который в этом случае будет следующим - 13, 12-12, 11-11,.

10-10, 13. Такой алгоритм переключения ключей демодулятора приводит к тому, что напряжение демодулятора подключается встречно с напряжением се- >0 ти и, таким образом, уменьшает напряжение на Нагрузке до номинального значения. Напряжение на обмотках трансформатора показано на диаграмме 45. 15

При уменьшении напряжения сети Ug ниже номинального напряжения сигнал рассогласования с блока 16 обратной связи изменяется по знаку. Это приводит к изменению фаз импульсных 20 последовательностей с фазосдви гающих блоков 17 и 18, как показано на диаграммах 39 и 42. Алгоритм переключения кяючей демодулятора 9 при этом изменяется и на 11, 10- 1,0,,25

13- 13, 12-12, 11. Теперь напряжение на демодуляторе включается согласно с напряжением сети и, таким образом, увеличивает напряжение на нагрузке до номинального. Напряжение на об- зО мотках трансформатора показано на диаграмме 46„

Таким образом, при изменяющемся напряжении сети U вверх и вниз от номинального среднее напряжение на нагрузке 8 и на обмотках трансформатора (среднее значение показано пунктиром на диаграммах) остается постоянным, Дополнительные демодуляторы 22 и ip

23, переключаясь по импульсам 36 с задающего генератора 21, соо ветс твенно по алгоритмам 24, 27-25, 26 и

28, 31-29, 30 преобразуют высокочастотные напряжения 44-46 с трансформатора 7 в напряжения с частотой сети 47-49 (фиг. 3).

Если требуется постоянное выходное напряжение с дополнительных демодуляторов, то вместо ключей 24-27 и 28-31 необходимо включить диоды и поставить выходные фильтры.

Внутреннее сопротивление дополнительных демодуляторов 22 и 23 не sxo55 дит в контур регулирования, поэтому при изменении тока нагрузки появпяетcR нестабильность напряжений на нагрузках 34 и 35.

371

С целью уменьшения внутреннего сопротивления дополнительных демодуляторов 22 и 23 последние выполняют в виде соединенной в кольцо вторичной обмотки трансформатора и двух ключей, а точка соединения ключей и средняя точка обмотки трансформатора образуют дополнительные выходные выводы демодуляторов„

Напряжение на нагрузке дополнительного канала (среднее значение) записывается

"ц1= "трср Ел 1н R В1 i где U - среднее напряжение на нагруэн, ке дополнительного канала;

U - среднее напряжение на обмот р ках трансформатора;

Š— остаточная ЭДС полупроводнии ковых ключеи;

1 — ток нагрузки дополнительного н канала;

К - внутреннее сопротивление доьн полнительного канала„

Тогда приращение напряжения на нагрузке дополнительного канала при увеличении тока нагрузки

""н "тсср Е и 1 ан 1

Полученное равенство делят на номинальное значение напряжения

И1и От ср Ми В 1 „(3)

И„U„U„ЬИ U„

Левая часть равенства - точность стабылизации напряжения на нагрузке дополнительного канала, правая: первый член - точность стабилизации на-. пряжения на обмотках транс()орматора, второй — относ тельное значение остаточных ЭДС полупроводниковых ключей, а третий - относительное значение внутреннего сопротивления дополнительного канала. Если Л11 = 1Н, то имеют относительное значение R@> C pH< (где

R - сопротивление нагрузки дополН4 нительного канала)...

Таким образом, точность стабилизации основного канала выше точности дополнительного канала на две составляющие (второй и третий члены выраженил ), а их величины в цифрах определлютсл коне«ными параметра, и Ы:,„, и н

5ИТаким образом, предлагаемый регулятор напряжения со звеном повышенной частоты имеет расширенные функционал ьные возможности - з акпючающиес я в том, что он может иметь i ûáoå число стабиль»ых выходов. Причем ппн питании переменным напряжением эти

1001371

1О выходы могут быть как переменного, так и постоянного напряжения. Это достигается благодаря тому, что напряжение на обмотка.< транс<юрматора ост ается пос тоя н ным при и з мене нии напряжения сети. о

Формула и зобрет ения

1О

I, Регулятор напряжения со звеном повышенной частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные в виде однофазных мостовых инверторов на полупроводниковых ключах, трансформа- !5 тор яовышенной частоты, первичная обмотка которого включена в первую диагонал.ь моста-модулятора,а вторичная - в первую диагональ моста-демодулятора, схему управления с задаю- .2в ,щим генератором и двумя фазосдвигающмми блоками соответственно с управ-. ляемыми углами задержки и опережения, причем один выход задающего генерато" ра соединен с управляющими входами ь ключей модулятора, а другой — с одним из входов каждого Фазосдвигающе-. го блока, выходы которых подклочены к управляющим входам ключей демодулятора, при этом другие управляющие вхо-ЗФ ды обоих фазосдвигающих блоков объединены и образуют управляющий вход регулятора напряжения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при. стабилизации напряжения путем получения нескольких стабилизированных гальванически развязанных выходов, он дополнительно снабжен демодуляторами, управляющие входы которых подключены к выходу задающего генератора, в их первые диагонали включены дополнительные вторичные обмотки- трансформатора повышенной частоты, а вторые диагонали образуют дополнитель45 ные выходные выводы регулятора, при этом одна из вторичных обмоток подключена к входу блока обратной связи, осуществляющего сравнение напряжения на обмотках трансформатора с . эталонным, выходом соединенного с управляющим входом регулятора напряжения, входные выводы которого образованы последовательно соединенными вторыми диагоналями демодулятора и модулятора, а его выходные выводы образованы второй диагональю модулято-. ра, 2. Регулятор напряжения по и, 1,. о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, при стабилизации переменного напряжения, полупроводниковые клочи выполнены в виде полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью.

Регулятор напряжения по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при стабилизации постоянного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода напряжения повышенной частоты ключи модулятора и демодулятора выполнены в виде управляемых ключей с односто" ронней проводимостью, дополнительные демодуляторы выполнены на неуправляемых ключах, а выходные выводы, соответствующие стабильному напряжению повышенной частоты, образованы .вторичной обмоткой трансформатора..

4.. Регулятор напряжения по пп. 1 и2,отличающийся тем, что при стабилизации переменного напряжения и необходимости получения, например, одного стабильного выхода постоянного напряжения, дополнительный демодулятор, вторая диагональ которого образует соответствующие выходные выьоды, выполнен на неуправляемых ключах.

5. Регулятор напряжения по пп. 1-4; отличающийся тем, что, с целью уменьшения падения напряжения на дополнительных демодуляторах и повышения точности стабилизации, последние выполнены s виде соединенных в кольцо вторичной обмотки трансформатора повышенной частоты и двух ключей, причем выходные выводы дополнительных демодуляторов образованы общей точкой соединения ключей и средней точкой обмотки трансформатора повышенной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Моин В,С., Лаптев Н.Н. Стабилйзированные транзисторные преорразователи. М., "Энергия", 1972, с., 267-268.

2. Авторское свидетельство СССР

11 589681, кл, Н 02 P 13/14» 1977.

1001371! 001371 юг.2

1001371

Составитель Г. Мыцык

Ревактор Л. Пцелинская Техов А.Бабине4 КоЕЕехтоЕ Е. Рошко

Заказ 1 38/О ТиРаж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 ОД Иосква Н-, Раушская наб.. 8. 4/5

Филиал ППП "Патент".,. г. Ужгород, ул. Проектная,