Стабилизатор переменного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам электропитания и может быть использовано для стабилизации переменного напряжения. Цель изобретения - повышение КПД. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет коммутации числа витков секций первой обмотки 7 управления и первичной обмотки 4, подключаемых к второй обмотке 12 управления. Обмотка 12 управления расположена на одном стержне магнитопровода 3 с вторичной обмоткой 9. Управление числом витков обмоток 7 и 4, соединяемых с обмоткой 12, и моментами их переключения проводится с помощью блока 2 управления. В каждой секции обмотки 7 включается только один ключевой элемент. Цель достигается за счет снижения потерь на ключевых элементах вследствие уменьшения числа последовательно включенных ключевых элементов. Использование первичной обмотки 4, как секции обмотки 7 управления, позволяет снизить габаритную мощность остальных ее секций, что также приводит к увеличению КПД. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистичесних .

РЕСПУБЛИК

09) (1!) (g))5 С 05 F 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCX0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изоБРетенияы и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4459542/24-07 (22) 12.07,88 (46) 23.09.90. Бюл. )) 35 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) А.И.Уваев (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Патент США Ф 3319153, кл. С 05 F,1/20, 1967.

Авторское свидетельство СССР

Р 1097982, кл . G 05 F 1/20, 1982. (54) СТАБИЛИЗАТОР IIEPEMEHHOI 0 НАПРЯ)ЮИИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам электропитания, н может быть. использовано для стабилизации переменного напряжения. Цель изобретения — повышение КПД. Стабилизация выходного напряжения осуществляется

2 за счет коммутации числа витков секций первой обмотки 7 управления и первичной обмотки 4, подключаемых к второй обмотке 12 управления. Обмотка 12 управления расположена на одном стержне магнитопровода 3 с вторичной обмоткой 9. Управление числом витков обмоток 7 и 4.; соединяемых с обмоткой 12, и моментами их переключения проводится с помощью блока 2 управления. В каждой секции обмотки

7 включается только один ключевой элемент. Цель достигается sa счет снижения потерь на ключевых элементах вследствие уменьшения числа последовательно включенных ключевых элемен- д тов. Использование первичной обмотки

4, как секции обмотки 7 управления, позволяет снизить габаритную мощность остакьиик ее секций, что такие при" С водит к увеличению КПП. 4 ил.

1594505

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичногo источника электропитания, в частности в качестве

5 стабилизатора действующего или средневыпрямленного напряжения переменного тока.

Цель изобретения -- повышение КПД, На фиг. 1 приведена структурная схема стабилизатора переменного напряжения; на фиг. 2 — временные диагРаммы, поясняющие работу стабилиза-. тора; на фиг. 3 — примеры соединения обмоток управления трансформатора

1 регулирующего органа и ключевых элементов управляемого ключевого узла;

На фиг. 4 — таблица истинности, реапиэуемая каждой секцией дешифратора.

Стабилизатор (Фиг. 1) содержит регулирующий орган 1 и блок 2 управления. Регулирующий орган 1 выполнен в виде трансформатора на трехстержневом магнитопроводе 3, на первом крайнем стержне которого расположены пер- 2g вичная обмотка 4, подключенная к входным выводам 5 и 6, и секции первой обмотки 7 управления. Начало, конец и внутренние отводы первичной обмотки 4 через соответствующие ключевые элементы управляемого ключевого узла 8 соединены в общую точку.

Аналогично начало, конец и два вывода каждой секции первой обмотки 7 управления через соответствующие ключевые элементы управляемого ключевого узла 8 соединены в общую точку. При этом конец каждой предыдущей секции соединен с общей точкой ключевых элементов последующей секции, Конец первичной обмотки 4 соединен с общей

40 точкой ключевых элементов первой секции первой обмотки 7 управления.

На втором крайнем стержне размещень. .вторичная обмотка 9, подключенная к выходным выводам 10 и 11, и вторая обмотка 12 управления. Первый вывод второй обмотки 12 управления соединен с концом последней секции первой обмотки 7 управления, а второй вывод через первичную обмотку трансформато50 ра 13 тока — с общей точкой ключевых элементов первичной обмотки 4.

Блок 2 управления содержит измеритель 14, цифровой регулятор 15, де-. шифратор 16, узел 17 усилителей мощ— ности и узел 18 синхронизации. Измеритель 14 входом подключен к выходным выводам 10 и 11, а выходом — к входу циФрового регулятора 15, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора 16.

Каждый цифровой выход последнего подключен к первому входу соответствую- . щего усилителя узла 17, .а второй вход каждого из этих усилителей присоединен к выходу узла 18 синхронизации, который своим входом подключен к выходной обмотке трансформатора

13 тока, Выход каждого усилителя узла 17 соединен с управляющим входом соответствующего ключевого элемента из узла 8.

Стабилизатор работает следующим образом.

На входные выводы 5 и 6 подается переменное напряжение, в результате чего первичная обмотка 4 создает ИДС и в стержне магнитопровода 3, на котором она размещена, создается магнитный поток ф, уравновешивающий входное напряжение. Поток Ф, разделяется на два потока т и ф .

Поток, проходит по среднему стержню магнитопровода 3, а поток ф — по крайнему стержню, на котором расположена вторичная обмотка 9. Поток >, индуцирует в первой обмотке 7 управления ЭДС 1,,, а поток ф ин-: дуцирует во второй обмотке 12 управ- ления ЭДС 1„. Изменение числа вит ков первой обмотки 7 управления, а также первичной обмотки 4, соединенных с второй обмоткой 12 управления, приводит к изменению величин потоков ф, и ф< . При этом изменяется ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке 9 потоком ф .

Стабилизация выходного напряжения обусловлена изменением величины магнитного потока, сцепленного с вторичной обмоткой 9, и осуществляется коммутацией секций первой обмотки 7 управления и первичной обмоткой 4.

Управление коммутацией ключевых элементов узла 8, а также элементами их переключения производится с помощью блока 2 управления, который вырабатывает управляющие сигналы в зависимости от отклонения вьгходного напряжения от заданного эначенйя таким образом, чтобы скомпенсировать эти отклонения.

Заданная точность регулирования выходного напряжения обеспечивается выбором соответствующего числа сек5 15945 ций обмотки 7 управления и числа управляемых ключевых элементов узла 8.

На временных диаграммах (фиг. 2) показаны сигнал А1, являющийся выходным напряжением стабилизатора; сиг5нал А2, копирующий ток в обмотках управления, протекающий через силовые выводы включенной комбинации ключевых элементов узла 8; сигнал АЗ, являющийся выходным напряжением измерителя 14 и пропорциональный величине стабилизируемого переменного напряжения; сигнал А4 на выходе цифрового регулятора 15 — цифровой, представляющий собой набор уровней логической " 1" и логического "О" на выходах регулятора, обновляемых в соответствии с периодом квантования Т .

Причем каждый из наборов допускает 20 интерпретацию двоичным и-разрядным числом. Величина этого числа зависит от величины отклонения выходного напряжения от его требуемого значения, вырабатываемого в регуляторе 15 и 25 реализуемого закона регулирования (П-закон, И-закон, ПИ-закон и т.д.) °

После преобразования по закону регулирования его результат представляется в цифровой форме с помощью.извест- 3О ных схем АЦП.- Сигнал А5 на выходе дешифратора (6 является цифровым.

Он является результатом преобразования, осуществляемого логическими элементами, согласно таблице истинности (фиг. 4).

Сигнал Аб является последовательностью импульсов, причем начало каждого импульса. синхронизовано с моментом прохождения тока в силовых выводах ключевых элементов узла 8 через нулевой уровень. Сигнал А7 является также последовательностью импульсов копирующих импульсы по 45 следовательности Аб. По приходу каждого из импульсов Аб импульсы А7 появляются на выходах лишь тех усилителей узла. 17, на первом входе которых имеется уровень логической "1", подаваемый с выходов дешифратора 16. Если на вход такого усилителя подается уровень логического О, то он не реагирует на импульсы Аб. Этим обеспечивается включение тех комбинаций из секций первой обмотки 7 управления (включая первичную обмотку 4), которые обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе стабилизатора.

Измеритель 14 может быть реализован на основе схем измерения, используемых в аналоговых или цифровых вольтметрах. На основе стандартных элементов можно реализовать и регулятор 15. Дешифратор 16 предназначен для согласования двоичного кодирования, используемого в регуляторе 15 с внутренним кодированием регулирующего органа 1. Его структура может быть представлена в виде секций, число которых равно числу коммутируемых секций, включая первичную обмотку, в регулирующем органе 1. Каждая из секций дешифратора 16 реализует таблицу истинности. Из этого следует, что одна секция дешифратора может быть выполнена из четырех логических схем И на два входа.

Структура узла 17 усилителей мощности состоит из параллельных цепей, число которых равно числу ключевых элементов в узле 8, причем каждая из них представляет собой последовательное соединение логической схемы

И на два входа и импульсного усилителя, предназначенного для вырабатывания импульса, включающего ключевой элемент из узла 8, подключенный управляющим входом к выходу данного усилителя.

Узел 18 синхронизации может быть выполнен по схеме, состоящей из дифференцирующего трансформатора, первичная обмотка которого-присоединена к выходной обмотке трансформатора 13 тока и закорочена парой диодов, включенных встречно-параллельно, а вторичная обмотка через выпрямительный мост присоединена к одному входу компаратора, на второй вход которого подано опорное напряжение от источника, в результате этого на выходе компаратора вырабатывается последовательность импульсов Аб °

По сравнению с известным в предлагаемом стабилизаторе при одинаковой точности регулирования использовано такое же число ключевых элементов, а число секций уменьшено вдвое, При работе предлагаемого стабилизатора в каждой из секций включается лишь один ключевой элемент из четырех, а в известном — два из четырех. Поэтому число последовательно включаемых ключевых элементов в предлагаемом стабилизаторе вдвое меньше, чем в известном при одинаковом токе через

7 I5945О5 них. Вследствие этого вдвое уменьшеНа мощность потерь на ключевых элеМентах, чем и достигается увеличение

КПД стабилизатора во всех режимах его работы. Кроме этого, использование

Первичной обмотки 4 как секции первой обмотки 7 управления позволяет снизить габаритную мощность остальных его секций, что приводит к дополнительному увеличению КПД стабилизатора без увеличения веса и габаритов регулирующего органа 1, Уменьшение площади окна, занимае,ь ого.секциями первой обмотки 7 управления, приводит к уменьшению массы магнитопровода и к уменьшению ак-тивных потерь, связанных с перемагничиванием железа, что также обусловливает повышение КПД.

Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряженКя, содержащий блок управления, входом подключенный к выходным выводам, 25 управляемый ключевой узел, выполненнЦй на ключевых элементах, управляюпфе входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления, регулирующий орган, выполненный в виде трансформатора на трехстержневом магнитопроводе, на первом крайнем стержне которого расположены первичная обмотка, подключенная к входным выводам, и секции первой обмотки управления, причем начало и конец каждой секции соединены с первыми силовЬми выводами соответствующих ключевых элементов, вторые силовые выводы которых объединены, при этом конец каждой предыдущей секции соединен

40 с общей точкой ключевых элементов последующей секции, а на втором крайнем стержне размещены. вторичная обмотка, подключенная к выходным выводам, и вторая обмотка управления, первый вывод которой соединен с концом последней секции первой обмотки управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД, первичная обмотка и каждая секция первой обмотки управления снабжены двумя внутренними отводами, начало, конец и отводы первичной обмотки через введенные в управляемый ключевой узел соответствующие ключевые элементы соединены в общую точку, которая через первичную обмотку введенного трансформатора тока подключена к второму выводу второй обмотки управления, внутренние отводы в каждой из секций первой обмотки управления через соответствующие ключевые элементы, введенные в управляемый ключевой узел, соединены с общими точка- ми ключевых элементов своей секции, конец первичной обмотки подключен к общей точке ключевых элементов пер- вой секции первой обмотки управления, а в блок управления введены измеритель, цифровой регулятор, дешифратор, узел усилителей мощности и узел синхронизации, причем измеритель входом подключен к входу блока управления, а выходом †. к входу цифрового регуля1 тора, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, число секций которого равно числу коммутируемых секций трансформатора регулирующего органа, включая первичную обмотку, .а каждая из секций дешифратора реализует таблицу истинности, представленную на фиг. 4 описания, каждый цифровой выход дешифратора подключен к первому входу соответствующего усилителя мощности узла усилителей мощности, а вторые входы всех усилителей соединены с выходом узла синхронизации, вход которого подключен к выходной обмотке трансформатора тока, выходы усилителей мощности, число которых равно числу ключевых элементов управляемого ключевого узла, соединены с соответствующими выходами узла усилителей мощности и выходами блоКа управления.

А2

0

И

О

А5

О

Аб

А7

О

tc

1594505

ФКР.4

Составитель А.Волкова

Техред Jl.îëèéíûê Корректор М.Максимишинец

Редактор Н.Бобкова

Заказ 2828 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101