Импульсный регулятор постоянного напряжения
Владельцы патента RU 2505913:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано для питания автономных инверторов, станций катодной защиты, установок микродугового оксидирования и для питания других различных электротехнологических установок. Импульсный регулятор постоянного напряжения содержит соединенные последовательно первый диод, управляемый ключ, индуктивность фильтра и нагрузку, два нулевых диода и конденсаторы фильтра, управляющий микроконтроллер, драйвер управления, цепь обратной связи и пульт ручного управления, блок синхронизации, два входа которого соединены со вторыми разноименными выводами первых диодов, а два выхода подключены, соответственно, к входам драйвера управления и управляющего микроконтроллера. Индуктивности фильтра выполнены на общем магнитопроводе магнитосвязанными. Дополнительно импульсный регулятор содержит два дополнительных конденсатора и два вторых диода. Каждая из индуктивностей фильтра выполнена с дополнительным выводом. Выводы дополнительных конденсаторов присоединены к дополнительным выводам соответственно индуктивностей фильтра и общей клемме первичного источника питания переменного тока, а выводы вторых диодов подключены к дополнительному и выходному выводам соответствующих индуктивностей фильтра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано для питания автономных инверторов, станций катодной защиты, установок микродугового оксидирования и для питания других электротехнологических установок.
Известно устройство импульсного регулятора постоянного напряжения [АС СССР №1198486, кл. G05F 1/56, Бюл. №46, 1985], содержащий регулирующий транзистор, соединенный эмиттером со входом выходного LCD-фильтра, вспомогательный источник питания, ограничивающий резистор, управляющий транзистор, база которого соединена с блоком управления, входы которого связаны с нагрузкой, вспомогательный транзистор, с последовательно включенным резистором и диодом, отпирающий транзистор с резистором между его базой и коллектором вспомогательного транзистора, резистор между базой регулирующего и эмиттером вспомогательного транзистора, резистор между базой вспомогательного и эмиттером отпирающего транзистора, дополнительный источник питания, включенный между коллектором управляющего транзистора и эмиттером вспомогательного транзистора.
Недостатками такого регулятора являются сложность и относительно низкая надежность, а также невозможность получения двуполярного выходного напряжения.
Известно устройство импульсного регулятора постоянного напряжения [Ю.Кумаков. Импульсные регуляторы постоянного напряжения для питания многоуровневых инверторов // Новости электротехники, информационно-справочное издание. 2006 n4(40), стр.71-74], содержащее соединенные последовательно управляемый ключ, индуктивность и диод; нулевой и обратный диод, конденсатор фильтра, вольтметр, систему управления, соединенную с вольтметром и управляющим ключом.
Недостатками такого регулятора также являются относительная сложность, невозможность получения двуполярного выходного напряжения и относительно низкий коэффициент мощности.
Устройством, наиболее близким к предлагаемому, является импульсный регулятор постоянного напряжения [В. Климов, С. Климова, Ю. Карниленко. Корректоры коэффициента мощности однофазных источников бесперебойного питания // Силовая электроника. 2009, №3. стр.40-42], состоящий из двух цепей, содержащих соединенные последовательно индуктивность, диод, а также управляющий транзистор и конденсатор.
Недостатками такого регулятора являются высокий коэффициент пульсаций в каждом канале выходного напряжения, относительные сложность, из-за использования двух отдельных индуктивностей и низкий КПД.
Задача изобретения - упрощение конструкции, повышения надежности и КПД устройства.
Технический результат - получение двуполярного выходного напряжения, снижение коэффициента пульсаций.
Поставленная задача достигается тем, что импульсный регулятор постоянного напряжения, состоящий из двух цепей, содержащих соединенные последовательно первый диод, управляемый ключ, индуктивность фильтра и нагрузки, а также двух нулевых диодов и конденсаторов фильтра, подключенных одними выводами к общей клемме первичного источника питания переменного тока, другая клемма которого подключена к первым разноименным выводам первых диодов, управляющего микроконтроллера, драйвера управления, цепи обратной связи и пульта ручного управления, в отличие от прототипа, содержит блок синхронизации, два входа которого соединены со вторыми разноименными выводами первых диодов, а два выхода подключены, соответственно, к входам драйвера управления и управляющего микроконтроллера, при этом индуктивности фильтра двух последовательных цепей выполнены на общем магнитопроводе магнитосвязанными.
Кроме того, импульсный регулятор постоянного напряжения, в отличие от прототипа, может содержать два дополнительных конденсатора и два вторых диода, а каждая из индуктивностей фильтра выполнена с дополнительным выводом, причем выводы дополнительных конденсаторов присоединены к дополнительным выводам соответственно индуктивностей фильтра и общей клемме первичного источника питания переменного тока, а выводы вторых диодов подключены к дополнительному и выходному выводам соответствующих индуктивностей фильтра.
Существо изобретений поясняется чертежами (фиг 1, фиг 2).
Устройство (фиг.1) содержит источник питания переменного тока 1, соединенный с последовательно соединенными первыми диодами 2, 3, управляемыми ключами 4, 5 и индуктивностями фильтра 6, 7, два нулевых диода 8, 9, конденсаторы фильтра 10, 11, подключенные одними выводами к общей клемме первичного источника питания переменного тока, нагрузку 12, подключенную к цепи обратной связи 13, которая подключена к управляющему микроконтроллеру 14, соединенному с драйвером управления 15, который соединен с управляемыми ключами 4, 5, пульт ручного управления 16, соединенный с управляющим микроконтроллером 14 и драйвером управления 15, блок синхронизации 17, два входа которого соединены со вторыми разноименными выводами первых диодов 2, 3, а два выхода подключены, соответственно, к входам драйвера управления 15 и управляющего микроконтроллера 14.
Устройство (фиг.2) содержит, кроме того, два дополнительных конденсатора 18, 19, соединенных с индуктивностями фильтра 6, 7 и два дополнительных диода 20, 21, включенных встречно в цепь между конденсаторами 11, 19 и 10, 18.
Устройство работает следующим образом. При подаче входного сигнала положительной полярности блок синхронизации 17 выдает соответствующий сигнал на драйвер управления 15, который, в свою очередь, подает отпирающий сигнал на управляемый ключ 4, при отпирании управляемого ключа 4 ток протекает через первый диод 2 и индуктивность фильтра 6, конденсатор фильтра 10 заряжается положительной полярностью, как показано на фиг.1, питая, при этом нагрузку 12 положительной полярностью. За счет магнитной связи 6,7 одновременно отпирается нулевой диод 9 и конденсатор фильтра 11 заряжается отрицательной полярностью, как показано на фиг.1. При запирании управляемого ключа 4, отпирается нулевой диод 8 и ток цепи протекает в том же направлении. Процесс повторяется с частотой коммутации управляемого ключа 4 при положительно полуволне источника питания переменного тока 1. Необходимая длительность открытого состояния управляемого ключа 4 определяется частотой управления. Частота отпирания управляемого ключа 4 значительно выше частоты входного сигнала.
При отрицательной полуволне источника питания переменного тока 1 ток проводит первый диод 3, блок синхронизации 17 выдает соответствующий сигнал на драйвер управления 15, который, в свою очередь, подает отпирающий сигнал на управляемый ключ 5 и процессы повторяются, как и при работе ключа 4. При этом конденсатор фильтра 11 заряжается положительной полярностью, и питает нагрузку 12. За счет магнитной связи 6, 7 одновременно отпирается нулевой диод 8 и конденсатор фильтра 10 заряжается отрицательной полярностью.
При работе любого из ключей 4, 5 нагрузка питается обеими полярностями в течении всего периода входного сигнала, что позволяет значительно снизить пульсации, повысить коэффициент мощности устройства.
Введение отвода индуктивностей фильтра 6, 7, дополнительных конденсаторов 18, 19 и диодов 20, 21 позволяет снизить броски тока через диоды в процессе пуска, повысить надежность и дополнительно снизить коэффициент пульсаций.
Итак, заявляемое изобретение позволяет получить двуполярное выходное напряжение при относительно низком коэффициенте пульсаций, высокой надежности, КПД и коэффициенте мощности за счет использования магнитосвязанных индуктивностей и устройства синхронизации.
1. Импульсный регулятор постоянного напряжения, состоящий из двух цепей, содержащих соединенные последовательно первый диод, управляемый ключ, индуктивность фильтра и нагрузки, а также двух нулевых диодов и конденсаторов фильтра, подключенных одними выводами к общей клемме первичного источника питания переменного тока, другая клемма которого подключена к первым разноименным выводам первых диодов, управляющего микроконтроллера, драйвера управления, цепи обратной связи и пульта ручного управления, отличающийся тем, что содержит блок синхронизации, два входа которого соединены со вторыми разноименными выводами первых диодов, а два выхода подключены соответственно к входам драйвера управления и управляющего микроконтроллера, при этом индуктивности фильтра двух последовательных цепей выполнены на общем магнитопроводе магнитосвязанными.
2. Импульсный регулятор по п.1, отличающийся тем, что содержит два дополнительных конденсатора и два вторых диода, а каждая из индуктивностей фильтра выполнена с дополнительным выводом, причем выводы дополнительных конденсаторов присоединены к дополнительным выводам соответственно индуктивностей фильтра и общей клемме первичного источника питания переменного тока, а выводы вторых диодов подключены к дополнительному и выходному выводам соответствующих индуктивностей фильтра.
