Регулятор напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием

Регулятор напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗСЖАНИБМ, соаержашай ювертор, соеаиненный с ааваюшкм генератором , h моауляовонных ячеек с согласующими трансформаторами, своими вторичиь1мн обмотками пооключевными через пемоаулятор в фильтр к выхоаным «ыво::вам , а также блок Я1рввпвняя ячейками. соеаи1юниый с управляющим шсооом регу лятора, отличающий ся тем, что, с целью упрощения, повышеню КПД в зацавиом аиапазоае регулирования, уменьшения массы в габаритов, кажаая моауляоионная ячейка выполнена в сое« аиненных послеоовательао пе1 нчной об мотки трансформатс и П0)лупр(жсч1нико вого ключа, а все ячейки 1кщкл1о 11вны паллельно к силовому вивертора. при этом управляют вхоаы ключей соеавнены с блоком управления, вьшопнен ным ва И модуляторов алитвльности импульсов с нарастакяцими суг первого к пос юаукхпему уровнями опорного вепря ження, попклю нных к выходу формирователя управляющего скшала, оцин БХОО. которого соединен с зааающим генератором , а второй образует управляющий вхоа регулятора. 2.Регулятор по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью | асщи« рения функциональных возмомшостей, си л(жой выхоа инвертора с разован ввеве шшм трансформатором. 3.Регулятор по пп. 1- и 2, о т л в - чающийся тем, что, с пелью уменьшения аинамических потерь, выход задающего генератора, соедшюнный с вн верторсж, образован делителем частоты. 4.Регулятор по пп. 1-3, отличающийся тем, что в блоке управления первый вход образован генераю ю ю м торам линейно изменяюо1егоая напряжения , подключенного к сумматору, вторсА вход - другвм входом этого сумматора, выходом соединенного с модуляторами длительности импульс, дополнительные вхоаы которых соединены с узлами п следовательных резисторов, подключенных к источнику опорного напряжения.

„„SU „„1022271

COOS СОВЕТСКИХ

ШЛВВЮ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ5Г,".

K ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

:В»

ГОСУДАРСТВЕННЬ Й КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3297202/2407 (22) 04.06.81 (46) 07.06.83. Бюп. hh 21 (72) А. В. Кобзев и Н, М. Музыченко. (73, ) Научно-исспецова юпьский инсти тут автоматики и электромеханики ири

Томском институте автсматизированньп систем удравпения и радиоэлектроники (53) 621.314 722(088.8) . (56) 1. Авторское свицетепьство СССР

М 699504, кл. Н 02 P 13/16, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

l4 754635 кп. Н 02 Р. 13/14, 1978. (54) (57) 1. РЕГУЛЯ ГОР НАПРЯЖЕНИЯ

С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ВЫСОКОЧАС РЭТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ, соцерка1ций . инвертор, соединенный с зацаюшим генератором, h моцупяционных ячеек с согае суюшими трансформаторами, своими вторичными обмотками цодкпючэнными вэрэз демодулятор в фильтр к выхсциьве выво::дам, а также dnoi управаэнни ячейками, соединенный с управпяюшим- входом рагу лятора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью упрощения, поеипиения КПД в заданном циапазсие регулирования, уменьшения массы и габаритов, каждая модуляционная ячейка выпопнена ив сое диненных носпецоватепьио первичной об» мотки трансформатора s попупровоцнико вого ключа, а все ячейки поцкпвчвны па .

6аплепьно к сиповому выходу ssseprepa, 1 Р Н 02 М 7/48 // Н 02 Р 13/16 при этом управпяюшяе входы ключей соединены с блоком управления, выполнен- ным иэ Il модуляторов длительности импульсов с нарастающими от первого к оспецуюшему уровнями опорного напря жения, подкпюченных к выходу формироватепя управпяюшего сигнала, один вхоц которого соединен с зацаюшим генератором, а второй образует управпяюший ахоп регупя тора.

2. Регулятор по и. 1, о т п и ч а ю m и и с я тем, что, с цепью расширения функционапьных всзмакностей, сиповсй выход инвертора образован ввеценным. трансформатором. е

3. Регулятор по пп. 1. и 2, о т и и ч а ю ш и и с я тем, что, с цепью уменьшения динамических потерь, samoa

aaaaIsaего генератора, соециненный с ин вертором, образован цепитепем частоти.

4. Регулятор.по пп. 1-3, о т л sч & 10 ш E и с я тем з что В бпоке яэ

Вии4 равпения первый вход образован генера 4и тором пинейно изменяки1егоси нащжже ния, поцкпюченного к сумматору, второй вхоц - цругям вхоцом этого сумматора, . выходом соединенного с моцупяторами дпичапьности имдупьсов, цопопнитепьные «Век вхоцы которых соецинены с узпами поспецовательных резисторов, поцкпючвн ных к источнику опорного напряжении.

22271 2 повышает габариты и массу. Кроме того, через ключевые, элементы всегца течет ток при любом уровне регулируемого напряжения, что естественно понижает КПВ

5 устройстВа В целом. BoiIblooB кОличестВО ключей неоправданно усложняет устройство.

Бель изобретения - упрощение, повышение КПВ во всем диапазоне регулирова

1Î ния, уменьшение массы и габаритов.

Поставленная цель цостигается тем, что в регуляторе напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, соцержашем инвертор, соединенный с за15 дающим генератором, fl модуляционных ячеек с согласующими трансформаторами, своими вторичными обмотками-. поцключенными через цемоцулятор и фильтр к выходным, вывоцам,. а также блок управ20 ления ячейками, соециненный с управляю.щим входом регулятора, кажцая модуляционная ячейка выполнена иэ соединенных послецовательно первичной обмотки трансформатора и полупроводникового клю25 ча, а все ячейки параллельно подключены к силовому выходу инвертора, причем управляющие входы ключей соецинены с блоком управления, выполненным иэ П моцулаторов цлительности, импульсов = парасю таюшими от первого к последующему уровням опорного напряжения, поцключенных K выхоцу формирователя управляю» ивго сигнале; один вход которого связан с задающим генератором,. а второй образу PBSBQlOIQR3

С цЮлью psclIIIIpeHRII функциональных

ВОзможнОстей силОВОЙ ВыхОц ИИВертОре

: образован введенным трансформатором.

Вля уменьшения динамических потерь.

Выхоц зацаюшего генератора, связанный с инвертором, образован целителем часТОТИ, Кроме Toro1 II блоке управления первый вход образован генератором линейно изменяющегося напряжения, поцключенно45 го к сумматору, второй вхоц «другим входом етого сумматора, выхоцом соеди,ненного с модуляторами длительности им- пульсов, донолнительнью входы которых

50 соецинены с узлами последовательных резисторов, поцключенных к источнику

olloplIoro напряжения.

Изобретение относится к преобразованию и регулированию электрической энергии и может найти применение в усилителях сигналов звуковой частоты, амплитуцных моцуляторах, быстро перестраивае» мых и глубокорегулируемых вторичных источниках электропитания при высоких энергетических показателях с минимальными массой и габаритами.

Известен регулятор напряжения со звеном уевышенной частоты, в котором высокочастотный трансформатор инвертора соцержит g вторичных обмоток, поцключенных к диагоналям мостовых моцуляторов и соециненных послецовательно цруг с другом. Система управления обеспечивает работу полностью управляемых полупроводниковых ключей цемоцулаторов таким образом, что реализуется многоэонная широтно-имнульснаа модуляциа регулиру- емого напряжения. Ванный регулятор поэ

/ вопиет осуществить регулирование выхоц ного напряжения s большом цианазоне с незначительными искажениями при любой глубине моцуляции $1)

Основным недостатком регуляторов поцобного типа является то, что при большом числе ячеек, когда необхоцимо высокое качество электроэнергии, последовательно с нагрузкой включается большое число ключевых элементов, что существенно снижает КПД и усложняет устройство. При большом напряжении необходимо иметь трансформаторы управления с изоляцией на это напряжение, что существенно повышает. габариты, а при малых напряжениях и больших токах показатели ухуцшаютса из-зза аповышенного падения напряжения на ключах.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является регулятор напряжения с .промежуточным высоко . частотным преобразованием, содержащий. инвертор, соединенный с заца1ошим гене петором, A. Модуляционных ячеек с согла сующими трансФорматорами, которые вторичными Обмотками подключены через демодулятор и фильтр к нагрузке,. а также блок управления ячейками соединенный с управляющим Входом регулятора $2)

В этом регуляторе частично устраня ются ранее укаэаннью нецостатки, но. содержится столько же мостовьи модуля циониых ячеек, в которых при большом напряжении источника йитаниа (часто выпрямленное. напражение промышленной сети) требуется повьппенное количество ключевых элементов на напряжение сети, что

На фиг. 1 и 2 привецены функциональ нью схемы регулятора напряжениа;55 на фиг, 3 -.блок-схема управления регулятором напряжения; на фиг. 4 и 5диаграммы, поясняющие работу регуляторе.

3 1022

Регулятор напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, (фиг. 1 и 2) содеркит инвертор 1 на ключах 2-5, соединенных с задающим генератором 6, tl модуляционных ячеек 7 с трансформаторами 8 и.полупроводниковым ключом 9 переменного тока в «ежцой, поцключенных параллельно силовому выходу 10, 11 инвертора. Вторичные обмотки трансформаторов 8 поцключены че- 30 рез цемоцулятор 12 и фильтр 13 и sar рузке 14. Управляющие входы ключей 9 подсоединены в блоке 15 управления через модуляторы 16 цлительности импульсов х формирователю 17 управляюпю О го сигнала, образующему своим входом вход 18 регулятора.

В регуляторе напряжения (фиг. 2) силовые выхоцы 10 и 11 инвертора образованы вторичной обмоткой 19 cor- 20 ласующего трансформатора 20, у которого первичная обмотка 21 подключена i: . диагонали мостового инвертора 1,. причем силовой выхоц 11 инвертора заземлен. Первый вход,.22 : формирователя 17 25 управляющего сигнала (фиг. 3) образован

° генератором 23 линейно изменякхцегюея напряжения, кото ий так же, хак и второй вхоц 18, поцключен к сумматору 24, связанному с модуляторами 16 длительности импульсов.

Выход зацакяцего генератора 6, соециненный с.инвертором 1, может быть об . резован целителем 25 частоты.

Не фиг. 4 и 5 показаны временные диаграммы в наиболее характерных точ-. . ках схемы: 26. форма напряжения на выхоце инвертора; 27. - входной сигнал. ,28 - треугольное напряжение с выхода генератора 23 линейно изменяющегося напряжения после суммирования его со вхоцным сигналом в сумматоре 24)

29 - уровни напряжения,.с которых начинают работать модуляторы 16 цлительио с™ импульсов на выхоце которых фор- 45 мнруется сигнал 30 32 управления ключами 9; 3 5 - напряжение на обмотках трансформаторов 8 моцуляционных яйеек7;

36 - суммарный сигнал на выходе демо дулятора "(выпрямителя - сумматора) )

37 - напряжение на.нагрузке после филь ра; 38 такты работы инвертора;

Регулятор напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием (фиг. 1 и 2) работает следующим обре зом.

- Задающий генератор 6- формирует прямоугольное напряжение повышенной

271 4 частоты, которое подается на управление ключевыми элементами 2-5 инвертора 1, преобразующего напряжение сети (например, .постоянное) в переменное {фиг. 4, кривая 26) с частотой зацаюшего генера тора 6. При нулевом входном сигнале 27 все моцуляционные ячейхи 7- отключены ключами 9 от силового выхода 10, 11 инвертора 1. При нарастании {спацании) вхоцного сигнела 27 результат суммиро вания 28 с треугольным напряжением (суммирование осуществляется в форми рователе 17 управляющего сигнала) в моцуляторах 16 цлительности импульсов, настроенных на разные уровни 29 ребо ты, преобразуется sсигнал,,моцулиро ванный по цлительности 30-32, у кото рого положительная полярность соответ ствует замкнутому ключу (интервал t;g на фиг. 4), а отрипательная - разомкнутому (интервалы В, t g на фиг. 4).

Эти сигналы управляют, ключами 9, поочередно поцключаюшими требуемое число трансформаторов, на обмотках которых формируется напряжение 33-35.

Эти непряжения затем суммируются и выдр в демду ре 12, х торый выполнен из g послецовательно сое циненных выпрямителей, в результате формируется напряжение, пропорциональное вхоцному 36, хоторое фильтруется фильтром 13 и поступает в нагрузку 14.

Для того, чтобы иметь возможность управлять ключевыми элементами 9 мо цулядионных ячеек 7 относительно обшей, заземленной шины, силовой выход инверторе 1 образован трансформатором 20-. Это цает возможность испольэовать любые ключи в ячейках. Увеличение массы при высокой частоте- лреобразова ния за счет дополнительного трансформаторе незначительное и оправцано иэю простоты управления ключами так как не требуется дополнительных трансформато роа управления.

С целью уменьшения динамических потерь зацаюший генератор 6 соецинен с инвертором 1 через целитель 25 частоты.

На фиг. 5 показан режим работы, который аналогичен описанному, но инвертор 1 работает на пониженной частоте, а модуляторы длительности и ключи ячеек так же, как и ранее. Качество выхоцного напряжения повышается за счет умень щения количества переключений 38 (фиг. 4 и 5), при которых, кек правило,, формируют паузу для нормальной работы

S 1022 инвертора. Форма и частота пульсаций точно такая же. Уменьшаются и динамические потери в инверторе и трансформа торах. В том и другом случаях ключи модуляционных ячеек работают в режиме % переключения только тогца, когца идет плавное широтно-импульсное регулирование и только в одной ячейке, в цругих же режимах или ключ открыт независимо от инвертора, или же закрыт, так как ключ 9 может быть как угоцно долго открыт или закрыт.

Предлагаемый регулятор выгоцно оТ личается от прототипа, так как существен-, но уменьшается количество ключевых эле 1 ментов, что упрощает как управление, так и сам регулятор, а это неизбежно умень шает массу и габариты. Так как при малых уровнях выхоцного напряжения

271 4 ячейки полностью отключены и не потребляют ток (через ключи не течет ток от цругих ячеек), повышается срецневзвешенный КПД. КПД выше за счет меньшего количества элементов (ключей). Качество выходного напряжения и быстродействие не ухуцшаются, а с применением делителя частоты в зацающем генераторе могут быть существенно повышены.

Уцается при тех же габаритах увеличить количество ячеек, что повышает качество преобразовательной .электроэнергии, Предлагаемый регулятор испытан на аноцном модуляторе мощностью 2060 и 500 BA; s нем удалось по сравнению с прототипом уменьшить массу в 2-3 раза, а КПД довести до 96%.

1022271

1022271

1022271

Составитель Г. Мыиык

Рецактор С. Пекарь ТехреаЖ. Кастелевич Корректор

Заказ 4062/47 Тираж 687 Псеписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но селам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ц. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгорсщ, ул. Проектная, 4