Стабилизатор переменного напряжения
Владельцы патента RU 2314628:
Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении точных, быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения.
Стабилизатор переменного напряжения включает входные и выходные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, и узел управления, выходы которого подключены ко входам управления трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы к входным и выходным выводам, двухсторонний ключ, включенный между входными и выходными выводами, параллельно трансформаторно-ключевому регулирующему органу, вход управления которого подключен к соответствующему выходу узла управления и датчики входного и выходного тока, выходы которых подключены к соответствующим входам узла управления. Технический результат - повышение нагрузочной способности при кратковременной перегрузке. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении точных, быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения.
Известен стабилизатор переменного напряжения, включающий входные и выходные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, реверсивный счетчик, входы прямого и обратного счета которого подключены к соответствующим выходам формирователя сигналов рассогласования, вход которого подключен к выходному выводу и дешифратор, выходы которого подключены к управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы первой группы входов подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, аналого-цифровой преобразователь, входы которого подключены к входным выводам стабилизатора, а выходы к соответствующим входам второй группы входов дешифратора (свидетельство на полезную модель №15058, МПК Н02М 5/22, опубл. 10.09.2000 г., бюлл. №25). Известный стабилизатор позволяет осуществлять стабилизацию напряжения в заданных пределах, работая в режиме переключения.
Однако многие технологические установки, вычислительная техника, используемые механизмы не допускают в рабочих режимах даже кратковременного отключения питающего напряжения, в том числе и при перегрузках, что предъявляет к стабилизаторам повышенные требования по перегрузочной способности. Чтобы обеспечить заданную кратность перегрузки, необходимо увеличивать мощность ключей в блоке коммутации, следствием чего является рост стоимости и массогабаритных параметров.
Задачей изобретения является повышение нагрузочной способности стабилизатора при кратковременных перегрузках.
Техническим результатом является уменьшение нагрева ключей при перегрузках за счет кратковременного шунтирования трансформаторно-регулирующего органа.
Указанный результат достигается тем, что в стабилизатор переменного напряжения, включающий входные и выходные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, и узел управления, выходы которого подключены ко входам управления трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы к входным и выходным выводам, введены двухсторонний ключ, включенный между соответствующими входным и выходным выводами, параллельно трансформаторно-ключевому регулирующему органу, вход управления которого подключен к соответствующему выходу узла управления и датчики входного и выходного тока, выходы которых подключены к соответствующим входам узла управления.
Кроме того, узел управления включает реверсивный счетчик, входы прямого и обратного счета которого подключены к соответствующим выходам формирователя сигналов рассогласования, вход которого является входом узла управления и дешифратор, выходы которого являются выходами узла управления, а входы первой группы входов подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, аналого-цифровой преобразователь, входы которого являются входами узла управления, а выходы подключены к соответствующим входам второй группы входов дешифратора,
- трансформаторно-ключевой регулирующий орган включает трансформатор с секционированными первичной и вторичной обмотками, каждая из которых имеет, по меньшей мере, по два отвода, которые через соответствующие ключи подключены к входу или к выходу трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы управления соответствующих ключей подключены к соответствующим управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа;
- формирователь сигналов рассогласования включает выпрямитель, выход которого подключен к входам компараторов верхнего и нижнего уровней, выходы компараторов верхнего и нижнего уровней подключены к соответствующим выходам формирователя, а входы выпрямителя подключены к входам формирователя;
- формирователь сигналов рассогласования включает аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен ко входам схем сравнения верхнего и нижнего уровней, выходы схем сравнения подключены к соответствующим выходам формирователя, а входы аналого-цифрового преобразователя подключены к входам формирователя;
- двухсторонний ключ выполнен в виде двух тиристоров, включенных параллельно в противоположных направлениях, входы управления которых объединены и являются входом управления двухстороннего ключа,
- трансформатор трансформаторно-ключевого регулирующего органа выполнен в виде автотрансформатора.
Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 показана структурная схема стабилизатора переменного напряжения; на фиг.2 - структурная схема формирователя сигналов рассогласования, на фиг.3 - структурная схема трансформаторно-ключевого регулирующего органа с двумя ключами для каждой из обмоток; на фиг.4 - структурная схема трансформаторно-ключевого регулирующего органа с трансформатором, выполненным в виде автотрансформатора.
Стабилизатор переменного напряжения включает входные выводы 1 (фиг.1), трансформаторно-ключевой регулирующий орган 2, выходы которого подключены к выходным выводам 3, реверсивный счетчик 4, входами прямого и обратного счета присоединенный к выходам компараторов 6 и 7 верхнего и нижнего уровней соответственно формирователя сигналов рассогласования 5, входы компараторов 6 и 7 через выпрямитель 8 присоединены к выходному выводу 3, дешифратор 9, выходы реверсивного счетчика 4 соединены с соответствующими входами первой группы входов дешифратора 9, аналого-цифровой преобразователь 10, входы которого подключены к входным выводам 1 стабилизатора, а выходы - к соответствующим входам второй группы входов дешифратора 9.
Трансформаторно-ключевой регулирующий орган включает ключи 11 (фиг.3) первичной обмотки 12 и ключи 13 вторичной обмотки 14 трансформатор 15.
Двухсторонний ключ 16 включен между входным и выходными выводами, параллельно трансформаторно-ключевому регулирующему органу и выполнен в виде двух тиристоров 17, включенных параллельно в противоположных направлениях. Входы управления тиристоров 17 объединены и подключены к соответствующему выходу узла управления.
Формирователь сигналов рассогласования, реверсивный счетчик, аналого-цифровой преобразователь и дешифратор с их взаимным соединением образуют узел управления 18 стабилизатора.
Стабилизатор снабжен датчиками 19 и 20 входного и выходного тока соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам узла управления дешифратора узла управления.
Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом.
В момент включения стабилизатора реверсивный счетчик 4 устанавливается в состояние «0» на всех его выходах, эти сигналы поступают на входы первой группы входов дешифратора 9. В то же время на входы второй группы входов дешифратора 9 подается оцифрованное значение входного напряжения через аналого-цифровой преобразователь 10. Входной цифровой код преобразуется дешифратором 9 таким образом, что на его выходе формируются сигналы управления ключами 11 и 13, соответствующее включение которых обеспечивает выходное напряжение в заданных пределах (в пределах стабилизируемого уровня) или наименьшее удаление выходного напряжения от заданных пределов. Оптимальная комбинация включения ключей 10 и 12 с точки зрения близости выходного напряжения к заданному уровню обеспечивается за счет учета значения напряжения не только на выходных выводах 3, но и на входных выводах 1 стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора поступает на вход выпрямителя 8 формирователя сигналов рассогласования 5, где оно выпрямляется и фильтруется. Далее преобразованное выходное напряжение поступает на входы компараторов 6 и 7 верхнего и нижнего уровней. Если выходное напряжение оказывается меньше нижнего порога, срабатывает компаратор нижнего уровня 7. Реверсивный счетчик 4 в следующий такт, например момент перехода тока через ноль, увеличивает свое состояние на единицу. Код реверсивного счетчика подается на дешифратор 9, на выходах которого формируется новый управляющий сигнал, соответствующий новой комбинации включения ключей 11 и 13, обеспечивающей повышение выходного напряжения на одну ступень и более точное приближение выходного напряжения к заданному. Далее процесс повторяется, способствуя плавному повышению напряжения до тех пор, пока напряжение на выходе стабилизатора не установится в заданных пределах ниже верхнего порогового уровня, который устанавливается компаратором 6 верхнего уровня. При повышении выходного напряжения выше верхнего порога срабатывает компаратор верхнего уровня 6, реверсивный счетчик 4 переключается в режим реверса и в следующий такт уменьшает свое состояние на единицу. Код реверсивного счетчика преобразуется дешифратором 9, и ключи 11, 13 уменьшают напряжение на выходе на одну ступень. Далее процесс повторяется, при этом изменения напряжения происходят в пределах заданных пороговых уровней, определяемых компараторами 6 и 7.
При наличии скачка входного напряжения изменяется цифровой код на выходе аналого-цифрового преобразователя 10, соответственно этому изменяется цифровой код на выходе дешифратора 9, и уже другая комбинация включения ключей 11 и 13 обеспечивает такое включение первичной и вторичной обмоток трансформатора 15, которое позволяет получить ближайшее к заданному из возможных дискретных значений выходного напряжения, изменяя коэффициент трансформации трансформатора 15. Далее процесс приближения осуществляется аналогично вышеописанному. При этом первичная обмотка 12 может иметь отводы, выполненные с большим шагом, чем вторичная, в этом случае ключами 11 будет обеспечиваться грубое приближение выходного напряжения к заданному, а ключами 13 более точное.
Для предотвращения кратковременного отключения питающего напряжения от нагрузки при перегрузке, то есть при превышении нагрузочного и входного токов некоторой величины, на выходах датчиков входного и выходного токов формируются соответствующие сигналы, которые подаются на входы дешифратора узла управления. В результате на соответствующем выходе дешифратора формируется кратковременный сигнал, который подается на входы управления тиристоров двухстороннего ключа, открывая тиристоры. Открытое состояние тиристоров продолжается короткое время, после чего управляющий сигнал изменяется и тиристоры запираются. При этом вновь включается в цепь регулирования трансформаторно-ключевой регулирующий орган. Благодаря тому что тиристоры способны выдерживать многократные перегрузки, особенно при включении из неработающего состояния, когда тиристор имеет исходную температуру, а открываются тиристоры двухстороннего ключа на короткое время, обеспечивается возможность уменьшить разогрев ключей трансформаторно-ключевого регулирующего органа и повысить нагрузочную способность стабилизатора при кратковременных перегрузках.
Включение двухстороннего ключа может произойти также в случае проседания выходного напряжения ниже какой-то пороговой величины, а также при превышении температуры ключей выше определенной критической температуры.
Формирователь сигналов рассогласования 5 представляет собой в общем случае при аналоговом исполнении выпрямитель с фильтром низкой частоты, на выходе которого формируется сигнал постоянного напряжения, пропорциональный амплитуде выходного напряжения, и подключенные к его выходу компараторы верхнего и нижнего уровней. Другим вариантом выполнения формирователя 5 является выполнение его в цифровом виде. В этом случае формирователь 5 включает аналого-цифровой преобразователь, на выходе которого формируются цифровые сигналы, пропорциональные амплитуде подаваемого на вход формирователя 5 напряжения, а схемы сравнения, подключенные к выходу аналого-цифрового преобразователя, обеспечивают формирование логических уровней, соответствующих превышению или снижению выходного напряжения за пределы уровней стабилизации, аналогично формируемым компараторами, при аналоговом выполнении формирователя 5.
Компараторы, счетчик дешифратор и аналого-цифровой преобразователь могут быть выполнены как на аналоговых, так и на цифровых стандартных интегральных микросхемах.
Предлагаемый стабилизатор переменного напряжения обеспечивает повышение нагрузочной способности стабилизатора при кратковременных перегрузках за счет уменьшения нагрева ключей трансформаторно-ключевого регулирующего органа при перегрузках, за счет кратковременного шунтирования трансформаторно-регулирующего органа, следствием чего является кратковременное подключение источника к нагрузке.
1. Стабилизатор переменного напряжения, включающий входные и выходные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, и узел управления, выходы которого подключены к входам управления трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы к входным и выходным выводам, отличающийся тем, что в него введены двухсторонний ключ, включенный между соответствующими входным и выходным выводами параллельно трансформаторно-ключевому регулирующему органу, вход управления которого подключен к соответствующему выходу узла управления, и датчики входного и выходного тока, выходы которых подключены к соответствующим входам узла управления, а трансформатор трансформаторно-ключевого регулирующего органа выполнен в виде автотрансформатора.
2. Стабилизатор переменного напряжения по п.1, отличающийся тем, что узел управления включает реверсивный счетчик, входы прямого и обратного счета которого подключены к соответствующим выходам формирователя сигналов рассогласования, вход которого является входом узла управления, и дешифратор, выходы которого являются выходами узла управления, а входы первой группы входов подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, аналого-цифровой преобразователь, входы которого являются входами узла управления, а выходы подключены к соответствующим входам второй группы входов дешифратора.
3. Стабилизатор переменного напряжения по п.2, отличающийся тем, что формирователь сигналов рассогласования включает выпрямитель, выход которого подключен к входам компараторов верхнего и нижнего уровней, выходы компараторов верхнего и нижнего уровней подключены к соответствующим выходам формирователя, а входы выпрямителя подключены к входам формирователя.
4. Стабилизатор переменного напряжения по п.2, отличающийся тем, что формирователь сигналов рассогласования включает аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен ко входам схем сравнения верхнего и нижнего уровней, выходы схем сравнения подключены к соответствующим выходам формирователя, а входы аналого-цифрового преобразователя подключены к входам формирователя.
5. Стабилизатор переменного напряжения по п.1, отличающийся тем, что двухсторонний ключ выполнен в виде двух тиристоров, включенных параллельно в противоположных направлениях, входы управления которых объединены и являются входом управления двухстороннего ключа.
