Источник питания постоянного тока

Источник питания постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(ii) 648963 союз CO89TCKkl

Соцналнстнцаскнтт

Республнк (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.03.76(2) ) 2334488/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано25.02,79,Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 28.02.79

2 (5!) М. Кл.

q 05 r- 1П6

Государстеенный комитет

ССС9 оо делам изобретений н открытий (53) УДК 621.316. .722. 1. (088.8) (T2) Авторы изобретения

H. И. Олейник, В. И. Петренко, Ю. М. Любченко и П. F. Конченков (71) Заявитель (54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОЮ ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при питании неравномерной нагрузки от первичного источника с боль шнм внутренним сопротивлением, Известны источники питания постоянного тока (1)от (2$, Один из известных источников питания постоянного тока, содержит силовой ключ, вход которого подключен к одному из входных выводов, а выходчерез дроссель 1„С1)-фильтра к одному из выходных выводов, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управлятошнм входом силового ключа, а вход - с выходными выводамн (1J.

Недостатком указанного устройства является существенное увеличение его массы прн ограничении амплитуды пульсаций выходного напряжения.

Второй нэ известных источников питания постоянного тока, являющийся наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению являет ся блок силовых ключей, вход которого подключен к одному из входных выводов, е выход - через дроссель QCQфильтра к одному нэ выходных выводов, широтно-импульсный модулятор один из выходов которого соединен с управляюшим входом блока силовых ключей, а один нз входов - с выходны ми выводами н экстремальный регуля10 тор КПЙ, соответствующие входы zmoporo подключены к входным н выходным выводам.

Недостатком этого устройства является увеличение его массы прн огра

15 ниченнн амплитуды пульсаций выходного напряжения в диапазоне максимальных токов нагрузки, ьтель изобретения - уменьшение ма@»

20 сы источника питания постоянного тока прн ограничении амплитуды пульсацнй выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что источник питания тюстоянного тока, з 64

Содержаший блок силовых ключ ой, Вход которого подключен к одному из входных выводов, а выход - через дрожель „СД-фильтра к одному из выходных выводов, широтно-импульсный модулятор, один из выходов которого подключен к управляющему вход„ oK cwoвых ключей, один из входов — к выходным выводам, и экстремальный регулятор KHQ, соответствуюшие входы ко- горого подключены к входным и выходным выводам, снабжен блоком сравнения частот, двумя ключами, элементом

ИЛИ, формирователем напряжения и преобразователем напряжения в частоту, нри етом выход блока сравнения частот соединен с управляюшими входами ключей, выход экстремального регулятора

КПД непосредственно, а второй иэ выходов широтноимпульсного модулятора через формирователь напряжения и преобразователь напряжения в частоту, соединенные последовательно, подкл|очен к соответствукицему входу блока сравнения частот, каждый из которых соединен со входом соответствующего ключа, причем выход каждого ключа подключен к первому и второму входу элемента ИЛИ, соогветственно, а выход элемента ИЛИ соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора.

Схема источника питания постоянного тока изображена на чертеже. Его входные выводы подключены к первичному источнику с большим внутренним сопротивлением 1, а выходные выводык нагрузке 2. Блок 3 силовых ключей входом подключен к одному из входных выводов, а выходом через дроссель 4

t„CÇ-фильтра, содержащего гакже блок5 конденсаторов и блок 6 диодов, соединен с одним из выходных выводов.

Блок 6 диодов анодной цепью подключен к отрицательному выводу источника, а катодной - к выходу блока силовых ключей. Управляющий вход блока 3 подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 7. Экстремальный регулятор KHQ 8 входными цепями соединен с входными и выходными выводами ис точника, Выход экстремального регулятора 8 соединен с входом ключа 9 и одним из входов блока 1О сравнения частот, выходные цепи которого подклюм чены к уцравляюшим входам ключей 9 и 11. Выход широтно-импульсного модулятора 7 через формирователь напряжения 12 и преобразователь напряже8963 ния в частоту 13 подключен к входу блока 10 сравнения частот, а через ключ 1 1 и элемент ИЛИ 14 - к входу широтно-импульсного модулятора, управляемого по частоте. Второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом ключа 9.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы скважность импульсов управления силовыми ключами блока 3, поступающих с выхода широтно-импульсного модулятора 7, имеет такое значение, при котором напряжение на нагрузке стабильно и равно U с.Г- во всем диапазоне изменения тока нагрузки и входного напряжения. Частота следования импулаов управления зависит от выходных сигна» лов блока 10 сравнения частот, на входы которо "î поступают импульсные сигналы как с выхода Вкстремального регулятора 8, так и с выхода преобразователя 13. Частоты етих сигналов равны соответственно 11 и . По результатам сравнения значений и 1 блок 1О формирует электрический сигнал, открывающий либо ключ 9, либо ключ 1 L Причем если 5 ° f уто оТ крывается ключ 9 и сигнал частотой 1 с выхода экстремального регулятора 8 через ключ 9 и элемент ИЛИ 14 постунает на частотный вход широтноимпульсного модулятора 7, синхронизируя частоту его выходного сигнала.

Следовательно, при открытом ключе 9 частота следования импульсов управления блоком силовых ключей равна частоте 4< выходного сигнала экстремального регулятора КГИ 8.

Если частота,, то открываХ ется ключ 11 и сйгнал частотой 1 с выхода преобразователя 13 через этот ключ и элемент ИЛИ 14 поступает на частотный вход широтно- тмпульсного модулятора 7. При этом блок силовых ключей коммутируется с частотой 1, выходного сигнала преобразователя 13.

На вход этого преобразователя, реализующего пропорциональную связь между квадратным корнем из величины входного напряжения и частотой выходных сигналов, поступает напряжение с выхода формирователя 12. Это напряжение пропорционально разносги между единичным и текущим значениями коэффициента заполнения импульсов, поступающих с выхода широтно-импульсного

6 4 896 Э

55 где К

- коэффициент пропорциональности. модулятора. Поэтому частота выходного сигнала преобразователя 13 определяется выражением:

fg=к1Гг-еу СВ где К вЂ” коэффициент пропорциональности; ф

= — коэффициент заполнения

И импул ьсов;

Т,t, П - период коммутации и длительность открытого состояния блока силовых ключей соответственно.

Так как широтно-импульсный модулятор синхронизируется электрическим сигналом, обладающим более высокой частотой (частотой 4 если 1, > 1, частотой 4 2, если 5, (f ), то и блок силовых ключей коммутируется,с той частотой, при которой для данного фильтра амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке не превышает допустимой величины Д U Н действительно, амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке 4 0н связана, как известно, с частотой коммутации силовых ключей и параметрами фильтра, выражением СТ

0Н=,(-а л) 7 (2)

a).c4 где Ь,С вЂ” соответственно, индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра;

Ос — напряжение на нагрузке.

Из выражения (2) можно получить закон, по которому необходимо изменять частоту коммутации блока силовых ключей для того, чтобы с изменением мощности нагрузки, т.е. с изменением

g, амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке сохранила неизменное значение, равное ЬИн доп. н Аоп

Так zazlJ, Ь, С и ЬОц доп - величины постоянные, то можно записать =к, Я „ ж

И

3S

Сравнивая выражения (1) и (4), можно заключить, что при равенстве

К4 и К выражение (1) представляет собой закон изменения частоты в функции коэффициента заполнения импульсов управления блоком силовых ключей.

Благодаря реализации этого закона с помощью формирователя 12 и преобразователя 13, амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке равна своему допустимому значению. А так как частота коммутации силовых ключей равна наибольшей из двух частот (х или k ), то при любой мощности цагрузки, т.е. при любом коэффициенте 1 g, амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке не превышает своего допустимого значення, Выполнение требований по качеству напряжения на нагрузке.в предложенном устройстве обеспечено при минималь- ном увеличении его массы. Иействитель но, введение дополнительных маломощных устройств, построенных не только на интегральных, но даже и на навесных элементах, практически не влияют на массу устройства в целом. Причем чем больше мощность устройства, тем меньше относительная масса введенных дополнительных элементов.

Минимальное увеличение массы пред ложенного устройства при обеспечении заданного уровня пульсаций достигнуто в основном тем, что часть диапазона изменения мощности нагрузки, на кото рой возрастают пульсации и могут превысить заданное значение, обеспечивае1 ся при повышенной частоте импульсного регулирования. При этом КПЕ(регу лятора незначительно отличается от своего предельного (вкстремального) значенич. Уменьшение габаритов фильтра, связанное с повышением частоты, позволяет дополнительно снизить поте. ри в нем. В результате уменьшается непроизводительный расход электроэнергии первичного источника и дополнитель1 ная (присоединенная) масса усчройства.

Экономическая вффективность исполь зования изобретения максимальна в том случае, когда применяются химические первичные источники энергии, а диапазон токов нагрузки, при которых наблюдается тенденция к повышению пульсаций напряжения, незначителен.

Формула изобрете нияИсточник питания постоянного тока, содержащий блок силовых ключей, вход которого подключен к одному из входных выводов, а выход - через дроссель

1,СЗ-филвгра к одному из выходных выводов, широтно-импульсный модулятор, один из выходов которого подключен к управляющему входу блока силовых ключей, а один из входов - к выходным выводам, и экстремальный регулятор

KIIQ соответствующие входы которого подключены к входным и выходным вывод&мр о т л и ч а ю ш и и с я тему что, с целью уменьшении массы при

; ограничении «амйлитуды пульсаций вы- ходного напряжения, он снабжен блоком сравнения частот, двумя ключами, элементом ИЛИ, формирователем напряжения и преобразователем напряжения в частоту, при этом выход блока сравнения частот соединен с управляющими входами ключей, выход экстремального

648963 8 регулятора КПН непосредственно, а второй из выходов широтно-импульсного модулятора через формирователь напряжения и преобразователь напряжения в частоту, соединенные последовательно, подключен к соответствующему входу блока сравнения частот, каждый из которых соединен со входом соответствующего ключа, причем выход каждого ключа подключен к первому и второму входу элемента ИЛИ соответственно, а выход элемента ИЛИ соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 130544, кл. С(05 Р 1/56, 1960.

2. Авторское свидетельство СССР № 479 184, кл, Q 05 F- 1/00, 1975.

Составитель A. Колоколкин

Редактор А, Садомов Техред Э. Чужик Корректор H. Мельниченко

Тираж 1014 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4