Однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с улучшенными динамическими свойствами



Однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с улучшенными динамическими свойствами
Однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с улучшенными динамическими свойствами

 


Владельцы патента RU 2528565:

Кругликов Илья Алексеевич (RU)
Ширяев Александр Олегович (RU)
Якименко Игорь Владимирович (RU)

Изобретение относится к области электротехнике и может быть использовано для управления быстродействующими сетевыми трансформаторными источниками питания с улучшенными динамическими свойствами. Технический результат заключается в улучшении динамических свойств импульсного источника питания на основе однотактного сдвоенного обратноходового преобразователя. Для этого заявленное устройство содержит дополнительно релейный стабилизатор магнитного состояния сердечника индуктивного элемента и логический элемент ИЛИ, при этом вход одного ключевого элемента соединяется с выходом релейного стабилизатора магнитного состояния, а вход другого ключевого элемента - с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединяются с выходами релейного стабилизатора напряжения и релейного стабилизатора магнитного состояния. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления быстродействующими сетевыми бестрансформаторными источниками питания с улучшенными динамическими свойствами.

Из существующего уровня техники известен однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с традиционным законом управления [1, с.79-83]. Наиболее близким к заявленному техническому решению является ультразвуковой генератор [2].

Одним из основных недостатков всех импульсных преобразователей является возникновение перерегулирования выходного напряжения при быстром выходе на режим, а также выбросы и провалы выходного напряжения при скачкообразных изменениях параметров нагрузки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение динамических свойств импульсного источника питания на основе однотактного сдвоенного обратноходового преобразователя.

Данная задача решается за счет того, что используется двухконтурная система управления ключевыми элементами, обеспечивающая независимую релейную стабилизацию магнитного состояния сердечника индуктивного элемента и напряжения на нагрузке.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является отсутствие перерегулирования выходного напряжения при быстром выходе на режим, а также выбросов и провалов выходного напряжения при скачкообразных изменениях параметров нагрузки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг.1 - однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с двумя контурами управления;

На фиг.2 - однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с двумя контурами управления и тактированием.

Структурная схема однотактного сдвоенного обратноходового преобразователя, в которой использована двухконтурная система управления ключевыми элементами, обеспечивающая независимую релейную стабилизацию магнитного состояния сердечника индуктивного элемента и напряжения на нагрузке, приведена на фиг.1. На схеме обозначены:

1, 2 - ключевые элементы,

3, 4 - коммутирующие диоды,

5 - источник напряжения питания (в сетевых преобразователях используется выпрямленное и отфильтрованное напряжения сети),

6 - индуктивный элемент (в преобразователях с непосредственной связью используется реактор, в преобразователях с гальванической развязкой - трансформатор),

7 - обратноходовой выпрямитель с емкостным фильтром (однотактный сдвоенный преобразователь может работать и как прямоходовой, если в нем используется прямоходовой выпрямитель с LC фильтром),

8 - нагрузка, 9 - уставка напряжения,

10 - релейный модулятор контура стабилизации напряжения,

11 - релейный стабилизатор напряжения на нагрузке,

12 - логический элемент ИЛИ,

13 - датчик магнитного состояния (Под магнитным состоянием сердечника магнитного элемента в обратноходовом преобразователе с гальванической развязкой понимается сумма магнитодвижущих сил всех обмоток ∑wi·ii многообмоточного трансформатора, где wi и ii - число витков и мгновенное значение тока в i-й обмотке. У магнитного реактора в обратноходовом преобразователе с непосредственной связью всего одна обмотка, поэтому может использоваться обычный датчик тока.),

14 - уставка магнитного состояния,

15 - релейный модулятор контура стабилизации магнитного состояния,

16 - релейный стабилизатор магнитного состояния.

Традиционно, в таком преобразователе используется один контур управления, а ключевые элементы открываются и закрываются одновременно. В режиме обратноходового преобразования энергия накапливается в сердечнике индуктивного элемента во время открытого состояния ключевых элементов и передается в нагрузку, когда они запираются. Как и во всех импульсных преобразователях, здесь имеет место перерегулирование выходного напряжения при быстром выходе на режим, а также выбросы и провалы выходного напряжения при скачкообразных изменениях параметров нагрузки.

В приведенной на фиг.1 схеме с двумя контурами управления верхний и нижний пороговые уровни релейных стабилизаторов (16, 11) определяются опорными уровнями уставки (14, 9) и шириной гистерезиса релейных модуляторов (15, 10) в соответствующих каналах.

Контур стабилизации магнитного состояния, управляющий двумя ключевыми элементами 1 и 2, имеет приоритет по отношению к контуру стабилизации выходного напряжения, управляющим только одним ключевым элементом 1. Поэтому, при включении преобразователя из нулевых начальных условий, в начале осуществляется выход на режим по магнитному состоянию - накопление энергии в индуктивном элементе, соответствующее максимальной выходной мощности. И только после этого начинается выход на режим по напряжению на нагрузке.

Происходит это следующим образом:

До тех пор пока сигнал с датчика магнитного состояния 13 не достиг верхнего порога релейного стабилизатора магнитного состояния 16, на управляющий вход ключевого элемента 2 и через элемент ИЛИ 12 на управляющий вход ключевого элемента 1 поступает отпирающий сигнал - логическая единица.

Единица на входе логического элемента ИЛИ блокирует прохождение управляющего сигнала от контура стабилизации напряжения на управляющий вход ключевого элемента 1.

Открыты оба ключевых элемента. Происходит накопление энергии в магнитном поле сердечника индуктивного элемента.

Логическая единица снимается с выхода релейного стабилизатора 16 при достижении сигнала датчика магнитного состояния верхнего порогового уровня. Ключевой элемент 2 запирается. А ключевой элемент 1 начинает управляться от релейного стабилизатора напряжения 11.

До тех пор пока напряжение на нагрузке остается меньше верхнего порогового уровня стабилизатора 11, его выходной сигнал соответствует логическому нулю - ключевой элемент 1 заперт. Энергия, запасенная в сердечнике магнитного элемента, поступает в нагрузку. Конденсатор фильтра заряжается.

В процессе передачи энергии в нагрузку запас энергии в сердечнике магнитного элемента уменьшается, и уменьшается сигнал с датчика магнитного состояния. Как только этот сигнал опустится ниже нижнего порогового уровня релейного стабилизатора 16, на его выходе появится логическая единица. Откроются оба ключевых элемента 1 и 2. Произойдет подкачка энергии в сердечник магнитного элемента. Затем продолжится передача энергии в нагрузку. Далее аналогично.

Таким образом, выход на режим по магнитному состоянию носит монотонный характер, по выходному напряжению - ступенчатый.

Достижение напряжением на нагрузке верхнего порога релейного стабилизатора 11, приводит к появлению на его выходе логической единицы, вызывающей открывание ключевого элемента 1. Прекращается вывод энергии из магнитного элемента в нагрузку, исключая перерегулирование на нагрузке. Ток обмотки магнитного элемента протекает при этом через диод 4 и ключевой элемент 1. Аналогичным образом устраняются выбросы напряжения при скачкообразном уменьшении тока нагрузки.

Логическая единица на выходе релейного стабилизатора 11 и открытое состояние ключевого элемента 1 не мешают работе контура стабилизации магнитного состояния.

В установившемся режиме контур стабилизации напряжения отслеживает с заданной точностью напряжение на нагрузке, а контур стабилизации магнитного состояния отслеживает с заданной точностью запас энергии в сердечнике магнитного элемента. Запасенная энергия и магнитное состояние сердечника связаны квадратичной зависимостью.

Запас энергии в сердечнике магнитного элемента позволяет исключить провалы напряжения при скачкообразном увеличении тока нагрузки, если при этом не происходит превышения максимально допустимой мощности. Превышение максимально допустимой мощности неизбежно приведет к провалам напряжения, однако, такой режим является аварийным, хотя и безопасным для данного преобразователя.

Один из недостатков двухконтурной релейной системы управления состоит в весьма широком диапазоне изменения частоты коммутации ключевых элементов при изменении параметров нагрузки. Устранить данный недостаток можно введением тактирования релейных стабилизаторов фиг.2.

Тактируемые D-триггера 17 и 18 - триггера-повторители. Они осуществляют задержку сигналов с релейных элементов 15 и 10 не более, чем на период частоты тактового генератора 19, подключенного к тактирующим входам триггеров. При наличии тактирования, частота коммутации ключевых элементов не превышает частоты тактового генератора.

Виртуальный эксперимент подтвердил работоспособность предлагаемого устройства. Опытный образец был испытан на мощность 1,5…1,8 кВт.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о перспективности использования предлагаемого устройства в быстродействующих источниках питания с улучшенными динамическими свойствами.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Рудык С.Д., Турчанинов В.Б. Однотактный сдвоенный преобразователь напряжения на 500-700 Вт. // Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА. М: МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского, 1983. С.79-83.

2. Рязанов Б.П., Быстрова И.Д., Харламенков В.Д., Федорченко В.В. Ультразвуковой генератор. Номер авторского свидетельства: 1121771. Дата публикации: 30 октября 1984.

1. Однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь, выполненный в виде моста, у которого два противолежащих плеча содержат ключевые элементы, соединенные управляющими входами с выходом релейного стабилизатора напряжения, два другие плеча - коммутирующие диоды, в одну диагональ моста включен источник питания, полярность которого соответствует запертому состоянию диодов, в другую - индуктивный элемент с обратноходовым выпрямителем и нагрузкой, причем вход релейного стабилизатора напряжения соединен с выходом выпрямителя, отличающийся тем, что вводятся релейный стабилизатор магнитного состояния сердечника индуктивного элемента и логический элемент ИЛИ, причем вход одного ключевого элемента соединяется с выходом релейного стабилизатора магнитного состояния, а вход другого ключевого элемента соединяется с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединяются с выходами релейного стабилизатора напряжения и релейного стабилизатора магнитного состояния.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно вводятся тактовый генератор и два тактируемых триггера-повторителя, каждый с двумя входами (сигнальным и тактирующим), причем выход одного триггера соединяется с объединенными между собой входами элемента ИЛИ и ключевого элемента, а его сигнальный вход соединяется с выходом релейного стабилизатора магнитного состояния, выход другого триггера соединяется со вторым входом элемента ИЛИ, а его сигнальный вход соединяется с выходом релейного стабилизатора напряжения, тактирующие входы обоих триггеров соединяются с выходом тактового генератора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения на нагрузках потребителей путем широтно-импульсной модуляции протекающих в них токов.

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для питания активно-индуктивной нагрузки регулируемым постоянным напряжением. .

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям (регуляторам) постоянного напряжения в постоянное, например, регуляторах (стабилизаторах) скорости двигателя постоянного тока.

Изобретение относится к области преобразователей постоянного напряжения и предназначено для регулирования тока в нагрузке, например в регуляторах напряжения (тока) генератора постоянного тока.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на электрическом подвижном составе, содержащем, в частности, тяговые аккумуляторные батареи.

Изобретение относится к мощной импульсной технике, а именно к генераторам высоковольтных импульсов с емкостным накопителем энергии, и может быть использовано в сильноточных импульсно-периодических ускорителях электронов и другой электрофизической аппаратуры.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3 кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12-24 кВ и т.д.). Технический результат - расширение функциональных возможностей и увеличение предельной мощности нагрузки. Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения с отношением величины высокого напряжения к величине низкого напряжения, равным N, где N - целое число, содержит общий последовательный конденсаторный делитель напряжения из N конденсаторов, L листов идентичных преобразовательных структур, токовый делитель на L выходов, нагрузку. Каждый лист преобразовательной структуры состоит из диодно-транзисторной цепочки из 2N последовательно соединенных диодов, шунтированных встречно-параллельными транзисторами, и конденсаторно-реакторной цепочки из последовательно соединенных N-1 ветвей с последовательно включенными реактором и конденсатором в каждой ветви. Упомянутые цепочки соединены так, как указано в материалах заявки. Нагрузка подсоединена параллельно первому конденсатору конденсаторного делителя напряжения, оконечный вывод которого образует второй вход преобразователя, общий с одним из выводов нагрузки. Преобразователь может работать как понижающий, так и повышающий напряжение в число раз. 2 ил.

Изобретение относится к системам электропитания, в частности электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение заданного уровня, ограниченного верхним уровнем напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной нагрузки с возможностью рекуперации энергии от активной нагрузки в источник питания для его подзарядки в долевых режимах работы. Технический результат заключается в регулировании потока рекуперируемой энергии. Для этого заявленное устройство снабжено тремя дополнительными диодами и одним транзистором, эммитер которого соединен с катодом первого и анодом второго дополнительных диодов и вторым выводом токоограничивающего дросселя, коллектор транзистора соединен с катодом второго диода и с положительным выходным зажимом, анод первого диода подключен к общему узлу, соединяющему отрицательный входной и выходной зажим, а анод третьего диода соединен с первым выводом токоограничивающего дросселя, а его катод с положительным выводом входного зажима. Изменяя скважность работы транзисторов, можно осуществлять изменение или стабилизацию уровня выходного напряжения относительно входного, а также осуществлять регулирование тока заряда источника питания от энергии накопленной активной нагрузкой. 1 ил.

Изобретение относится к сильнотоковой импульсной технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электрической мощности для питания нагрузок. Согласно изобретению, через последовательно включенные индуктивный накопитель энергии, первичный источник питания и коммутатор электрической цепи пропускают ток накачки индуктивного накопителя энергии и после достижения током накачки заданного значения размыкают общую цепь коммутатором, а энергию импульса экстратока размыкания выводят в нагрузку, причем для увеличения отношения энергии экстратока размыкания к энергии тока накачки первичным источником питания выполняют электрическую цепь, содержащую активное сопротивление и индуктивность накопителя с такими значениями номиналов, при которых длительность тока накачки меньше постоянной времени индуктивного накопителя на заданную величину. Технический результат - повышение эффективности. 3 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное, содержащими индуктивный элемент в выходном фильтре или в индуктивном накопителе энергии. К традиционным режимам работы преобразователя: увеличению и уменьшению энергии в индуктивном элементе, добавляются два дополнительных режима - хранение верхнего уровня накопленной энергии и хранение нижнего уровня, в течение которых запас энергии в индуктивном элементе не меняется. Технический результат - устранение выбросов и провалов выходного напряжения при быстром выходе на режим и при скачкообразном изменении параметров нагрузки. 5ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Техническим результатом является увеличение надежности и повышение коэффициента полезного действия. Двухтактный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит первичную обмотку первого трансформатора, конец которой соединен со стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным полюсом входного напряжения, а затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр1; начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, сток которого соединен с положительным полюсом входного напряжения, а затвор является входом для управляющего сигнала Uупр2. Один вывод накопительного конденсатора соединен между концом первичной обмотки первого трансформатора и стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, второй вывод которого соединен между началом первичной обмотки второго трансформатора и истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом первого выпрямительного диода, катод которого соединен с положительными выводами нагрузки, выходного конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом нагрузки. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки. 2 ил.
Наверх