Активный фильтр для сглаживания пульсаций

 

Использование: изобретение может быть использовано в выпрямительных устройствах , к качеству выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования . Сущность изобретения: устройство состоит из источника постоянного тока, к которому через последовательно соединенные дроссель и первичную обмотку трансформатора подключена нагрузка, зашунтированная конденсатором. Вторичная обмотка трансформатора зашунтирована последовательной цепочкой из ключевых элементов. Между общей точкой соединения ключевых элементов и отводом от середины витков вторичной обмотки включен конденсатор. Блок управления соединен с управляющими входами ключевых элементов . Ключевые элементы отключают или подключают встречно или согласно конденсатора к вторичной обмотке трансформатора , на первичной обмотке которого наводится ЭДС, компенсирующая пульсации на выходе источника постоянного тока. Благодаря тому, что ток нагрузки протекает только через дроссель и первичную обмотку трансформатора, повышается КПД устройства . Благодаря подбору соотношения чисел витков обмоток трансформатора достигается полное использование ключевых элементов и конденсатора не только по току, но и по1 напряжению, что позволяет применять менее мощные элементы. 3 ил. (Л С

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК., . Ы 1 778887 А1 (5!)5 Н 02 M 1/14

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР „,„, " @

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ли,",,"""

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851495/07 (22) 17.07.90 (46) 30.11.92. Бюл. М 44 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) О.А.Дерин, А.А,Мартынов и В.Ф.Шукалов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1166235, кл. Н 02 M 1/14, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1377981, кл. Н 02 М 1/14, 1986. (54)АКТИВНЫЙ ФИЛЬТРДЛЯ СГЛАЖИВАНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ (57) Использование: изобретение может быть использовано в выпрямительных устройствах, к качеству выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования, Сущность изобретения: устройство состоит из источника постоянного тока, к которому через последовательно соединенные дроссель и первичную обмотку трансформатора подключена нагрузка, Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в выпрямительных устройствах, к качеству выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования.

Известен активный фильтр, содержащий источник постоянного тока, нагрузку, дроссель, блок у: равления,транзистор,два конденсатора и цепь смещения, причем дроссель, первый и второй конденсаторы подключены к нагрузке, свободный вывод первого конденсатора подключен к входу блока управления, свободный вывод дросзашунтированная конденсатором. Вторичная обмотка трансформатора зашунтирована последовательной цепочкой из ключевых элементов. Между общей точкой соединения ключевых элементов и отводом от середины витков вторичной обмотки включен конденсатор. Блок управления соединен с управляющими входами ключевых элементов. Ключевые элементы отключают или подключают встречно или согласно конденсатора к вторичной обмотке трансформатора, на первичной обмотке которого наводится ЭДС, компенсирующая пульсации на выходе источника постоянного тока.

Благодаря тому, что ток нагрузки протекает только через дроссель и первичную обмотку трансформатора, повышается КПД устройства. Благодаря подбору соотношения чисел витков обмоток трансформатора достигается полное использование ключевых элементов и конденсатора не только по току, но и по напряжению, что позволяет применять менее мощные элементы. 3 ил. селя подключен к источнику постоянноготока, свободный вывод второго конденсатора соединен с силовой цепью транзистора и цепью смещения, свободные концы цепи смещения и силовой цепи транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, выход блока управления R 65,Т 5 соединен со входом транзистора.

В рабочем режиме пульсации выходного напряжения источника постоянного тока поступают через дроссель и первый конденсатор на вход блока управления, выходное напряжение которого вызывает в силовой

1778887

50

55 цепи транзистора тока, проходящий через второй конденсатор и наводящий в дросселе напряжение ЭДС, равное по амплитуде и противоположное по знаку пульсациям выходного напряжения источника постоянного тока, благодаря чему пульсации напряжения на нагрузке снижаются, Недостаток этого активного фильтра— низкий КПД, определяемый мощностью, потребляемой транзистором и цепью смещения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для ослабления пульсаций постоянного тока на выходе выпрямителя, содержащее входной вывод для подключения источника постоянного тока, выходной вывод для подключения нагрузки, дроссель, первывй и второй конденсаторы, первый и вторОй диоды, первый и второй управляемые ключевые элементы и блок управления, причем дроссель подключен к входному выводу, к свободному выводу дросселя подключены анод первого диода и первый управляемый ключевой элемент, к свободному выводу первого ключевого элемента подключены первый конденсатор и анод второго диода, к катоду первого диода подключен свободный вывод первого конденсатора и второй управляемый ключевой элемент, к выходному выводу подключены катод второго диода, свободный вывод второго управляемого ключевого элемента и второй конденсатор, свободный вывод которого подключен к общему выводу, выходы блока управления подключены к входам управляемых ключевых элементов.

В рабочем режиме блок управления замыкает управляемые ключевые элементы, подключая первый конденсатор встречно или согласно с нагрузкой или отключает его. между выводом дросселя и выходным выводом наводится ступенчатое напряжение, вычитающееся из пульсаций напряжения источника постоянного тока, в результате чего пассивный фильтр дроссель — второй конденсатор сглаживает пульсации пятикратно увеличенной частоты существенно меньшей амплитуды. Благодаря этому пульсации напряжения на нагрузке снижаются.

Недостатками этого устройства я вляются низкий КПД и плохое использование элемейтов по напряжению, обусловленные включением управляемых ключевых элементов, диодов и первого конденсатора последовательно с нагрузкой, в результате чего в низковольтных сильноточных устройствах потери на этих элементах будут сопоставимы с мощностью нагрузки, 5

35 коэффициент использования по напряжению составит единицы процента.

Цель изобретения — повышение КПД, улучшение использования элементов по напряжению, что позволяет применять в схеме фильтра менее мощные элементы.

Более высокий КПД активного фильтра позволяет применять его в автономных и бортовых источниках электропитания.

Цель достигается тем, что в активный фильтр, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника постоянного тока и нагрузки, дроссель, один вывод которого соединен с входным выводом, первый и второй конденсаторы, два управляемых ключевых элемента, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключевых элементов, причем второй кОнденсатор включен между выходным и общим выводами, дополнительно введен трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка трансформатора включена между свободным выводом дросселя и выходным выводом, вторичная обмотка трансформатора зашунтирована цепочкой из последовательно соединенных указанных ключевых элементов и выполнена с отводом от середины витков, подключенным через первый конденсатор к общей точке соединения ключевых элементов, а вход блока управления соединен с выводами для подключения указанного источника постоянного тока, Благодаря введению трансформгтора ток нагрузки протекает только через дроссель и первичную обмотку трансформатора, КПД увеличивается, подбором соотношения чисел витков обмоток трансформатора достигается полное использование ключей и первого конденсатора по току и напряжению, что позволяет применять менее мощные элементы, ключевые элементы и первый конденсатор гальванически развязаны с силовой цепью, что повышает технологичность конструкции и упрощает блок управления.

На фиг.1 приведена структурная схема активного фильтра; на фиг. 2 — принципиальная схема активного фильтра: на фиг. 3— диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу активного фильтра.

Активный фильтр состоит из источника

1 постоянного тока, к которому подключены последовательно дроссель 2. первичная обмотка 3 трансформатора. Вторичная обмотка 4 трансформатора зашунтирована последовательно включенными первым и вторым ключевыми элементами 5 и 6, Конденсатор 7 включен между отводом от сере1778887

55 дины витков вторичной обмотки 4 и точкой соединения ключевых элементов 5 и 6.

Конденсатор 8 и нагрузка 9 включены параллельно между свободным выводом первичной обмотки 3 трансформатора и свободным выводом источника постоянного тока 1. Вход блока уп равления 10 подключен к точке соединения выхода источника постоянного тока 1 и дросселя 2, первый и второй выходы — к управляющим входам ключевых элементов 5 и 6 соответственно.

Блок управления 10 состоит из входного резистора 10.1, делителя опорного напряжения на резисторах 10.2, 10.3, 10.4, двух компараторов на операционных усилителях

10.5 и 10.6, двух нагрузочных резисторов

10.7 и 10.8.

Активный фильтр работает следующим образом, В статическом режиме выходной ток источника постоянного тока 1 через дроссель

2 и первичную обмотку 3 трансформатора поступает на нагрузку 9. Одновременно напряжение источника постоянного тока 1 через резистор 10.1 поступает на входы компараторов, выполненных на операционных усилителях 10.5 и 10,6, сравнивающих это напряжение с опорными напряжениями, формируемыми цепочкой резисторов

10,2, 10.3, 10.4. В статическом режиме при отсутствии пульсаций на выходе источника постоянного тока 1 напряжение на выходе больше чем на резисторе 10,4, но меньше чем на резисторе 10,2., в результате чего на входах компараторов 10.5 и 10.6 присутствует отрицательное напряжение, поступающее через резисторы 10,7 и 10.8 на затворы транзисторов б и 5 соответственно, которые находятся в закрытом состоянии.

В установившемся режиме пульсирующее напряжение с выхода источника постоянного тока через дроссель 2 и первичную обмотку 3 трансформатора поступает на нагрузку 9 и одновременно через резистор

10.1 поступает на входы компараторов 10.5 и 10.6, сравнивающих это напряжение с опорными напряжениями с делителя 10,2, 10.3, 10.4, формируо;его напряжение 31 на инвертирующем входе компаратора 10.5, напряжение Up/ на неинвертирующем входе компаратора 10.6.

При положительной полуволне пульсаций, т,е. в моменты, когда мгновенное значение напряжения на выходе источника постоянного тока 1 больше опорных напряжений Up> и Upz, выходное напряжение компаратора 10.5 становится положительным и через резистор 10.7 поступает на транзистор 6, напряжение Uvg на затворе транзистора 6 также становится положительным, 5

40 транзистор 6 Открывается и подключает конденсатор 7 к правой полуобмотке вторичной обмотки 4. Одновременно выходное напряжение компаратора 10,6 становится отрицательным и через резистор 10.8 поступает на транзистор 5, напряжение Uvá на затворе транзистора 5 также становится отрицательным, транзистор 5 закрыт. Ток конденсатора 7 протекает через вторичную обмотку 4, наводя в первичной обмотке 3 напряжение ЭДС, компенсирующее положительную полуволну пульсаций напряжения источника 1 постоянного тока, Происходит заряд конденсатора 7.

При значении мгновенного напряжения, равного постоянной составляющей выходного напряжения источника постоянного тока 1, что равносильно отсутствию пульсаций, напряжения Uvs и Uv6 отрицательны, транзисторы 5 и 6 закрыты, ток конденсатора 7 не протекает через вторичную обмотку 4, напряжение ЭДС первичной обмотки 3 равно нулю, напряжение источника 1 постоянного тока без изменений прикладывается к нагрузке.

При отрицательной полуволне пульсаций, т.е, в моменты, когда мгновенное значение напряжения на выходе источника 1 постоянного тока меньше Опорных напряжений Upl и Up2, напряжение Uv становится положительным, транзистор 5 открывается и подкл.очает конденсатор 7 к левой полуобмотке вторичной обмотки 4.

Одновременно напряжение Uvs становится отрицательным, транзистор 6 запирается.

Ток конденсатора 7 поотекает через вторичную обмотку 4, наводя в первичной обмотке

3 напряжение ЭДС, компенсирующее отрицательную полуволну пульсаций напряжениЯ источника постОЯнного тока 1.

Происходит разряд конденсатора 7, На фиг. 3 изображены диаграммы, иллюстрирующие работу активного фильтра.

Выходное напряжение источника 1 постоянного тока 01 сравнивается блоком управления 10 с опорными напряжениями Up> и

Upg, выдающим сигналы управления Uvg u

0 6 ключевыми элементами 5 и 6 соответственно, благодаря чему на обмотках 3 и 4 наводится компенсирующее напряжение. вычитающееся из пульсирующего напряжения источника 1 постоянного тока. К дросселю 2 прикладывается напряжение Vz, . равное разности переменной составляющей напряжения источника 1 постоянного тока и компенсирующего напряжения, характеризующееся пятикрытным увеличением частоты основной гармоники пульсаций и существенным снижением амплитуды.

1778887

Благодаря этому пульсации тока дросселя 2 снижаются, амплитуда напряжения на нагрузке 9 также снижается, Формула изобретения

Активный фильтр для сглаживания пульсаций, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного тока и нагрузки, дроссель, один вывод которого соединен с входным выводом, первый и второй конденсаторы, два управляемых ключевых элемента и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключевых элементов, причем второй конденсатор включен между выходным и общим выводами, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения КПД и улучшения использования элементов по напряжению, дополнительно введен трансформатор с первичной и вторичной обмотками, при5 чем первичная обмотка трансформатора включена между свободным выводом дросселя и выходным выводом, вторичная обмотка трансформатора зашунтирована цепочкой из последовательно

10 соединенных указанных ключевых элементов и выполнена с отводом от середины витков, подключенным через первый конденсатор к общей точке соединения ключевых элементов, а вход блока управ15 ления соединен с выводами для подключения указанного источника постоянного тока.

1778887

Составитель О. Дерин

Техред М,Моргентал

Редактор С. Кулакова

Корректор Э. Лончакова

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

Заказ 4200 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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