Регулятор постоянного напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.01.81 (21) 3237276/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 05 F 1/64

Гоеудлретненный комитет

СССР (53) УДК 621.316. .722 (088.8) ";), " " - ВЗРг,у

Опубликовано 30.10.82. Бюллетень № 40

Ilo 46R3N изобретений н открытий

Дата опубликования описания 05.11.82

JO.

В. В. Сазонов, А. П. Макаров, А. С. Велижански и В.БЙБфуруиц (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (54) РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электронике, в частности к преобразовательной технике и может быть использовано в регуляторах автономных систем электроснабжения (АСЭС), в которых в качестве первичных источников электроэнергии используются нерегулируе- 5 мые источники постоянного напряжения ограниченной мощности, например полупроводниковые фотопреобразователи, радиоизотопные генераторы.

Известны автономные системы электроснабжения, в которых используются регуляторы постоянного напряжения, включенные параллельно источнику питания (1) и (2).

Недостатки таких регуляторов заключаются в высоких потерях электрической мощности, рассеиваемой в виде тепла и значительных габаритах устройства в целом.

Наиболее близким известным регулятором является регулятор постоянного напряжения, содержащий широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управляемым входом ключевого элемента, конденсатор и дроссель постоянного тока (31.

Недостаток известного регулятора постоянного напряжения состоит в ограниченном диапазоне регулирования и невысоком

КПД вследствие дополнительных потерь мощности при соизмеримости сопротивления самого регулятора и нагрузки.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования и повышения КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в известном регуляторе постоянного напряжения, содержащем широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управляемым входом ключевого элемента, конденсатор и дроссель постоянного тока, включенных параллельно выходным выводам, дроссель выполнен двумя обмотками, одни разноименные выводы которых подключены к одному выходному выводу непосредственно, а их другие выводы — к другому выходному выводу через ключевой элемент и диод в обратном направлении, соответственно.

На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора постоянного напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Регулятор постоянного напряжения (фиг. 1) содержит конденсатор 1, подключенный параллельно источнику 2 питания

970347

V1 Rl (т1

ЛВ(1Т) =

5Ж, 35

mI ( и Ф

VVI mI (2) 40

45 р,((! — >) y) — п12 (1 — у)Т (3)

5 Wz где Ка — суммарное активное сопротивление обмотки 8 и диода 9.

Для установившегося режима РВ(уТ)

ЛВ((1 — X) Т). Тогда из выражений (1) и (3) с учетом (2) получим (vi-Ri1»)ny = (>i+ )(1- у) . (4)

Среднее значение тока, протекающего через дроссель в течение периода Т, I„= IIII IIiiz 1! — y) = I nII 1(п+ !) Il - I1, (5)

Полученные выражения справедливы для режима работы, когда энергия, запасенная 55 в дросселе в течение времени 11Т, достаточи нагрузке 3, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 4, ключевой элемент 5, управляемый вход которого подключен к выходу

ШИМ 4, дроссель постоянного тока 6, содержащий две обмотки 7 и 8, диод 9, выходные выводы.

Начало обмотки 7 и конец обмотки 8 подключены к положительному выводу источника 2 питания, а конец обмотки 7 через ключевой элемент 5 и начало обмотки 8 через диод в обратном направлении — к отрицательному выводу источника 2 питания.

Регулятор работает следующим образом.

Когда ключ 5 замыкается на время уТ, где 1 — относительное время замкнутого состояния ключа;

1 — период переключений, к обмотке 7 дросселя прикладывается напряжение источника питания Ui.

Изменение индукции под действием этого напряжения за время уТ на основании закона Фарадея: где Р, — суммарное активное coilpoTHBление ключа и обмотки;

Tm, — ток, протекающий по обмотке 7 дросселя (предполагаем, что индуктивность дросселя значительна и величина его тока в течение

«рсмени Т остается постоянной);

lIËOÙàÄÜ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ серпе ника дросселя;

Vv, — число витков обмотки

1!рп размыкании ключа на время (1 — g) Т энергия, накопленная дросселем, через обмотку 8 и диод 9 поступает в источник

2. Согласно закона коммутации ток через обмотку 8 раве : где п = — Ф1 @ - ilnl, lo BHTKoB ooivloTKH 8.

Изм енше индукции за время (1 — 3 ) Т

4 на, чтобы поддерживать ток в обмотке 8 в течение интервала (1 — х) Т, т. е. для режима непрерывных токов дросселя. Критическое значение, т. е. значение 1г, при котором происходит переход от режима непрерывных токов к режиму прерывных токов, можно определить, приравнивая значение тока II к нулю !

II кр п

ПРи 1 = Ук, когда сРеднее значение тока дросселя I„ за период Т равно нулю, в схеме имеет место режим холостого хода, т. е. шунтирования источника не происходит.

На фиг. 2а приведены временные диаграммы напряжения на ключе (Uz ) и тока дросселя Ii для этого режима. При „ < х < 1 имеет место рабочий режим, когда II 0.

Соответствующие временные диаграммы приведены на фиг. 2 б.

Предлагаемый регулятор имеет более широкий диапазон регулирования напряжения, чем у известных схем. В схеме отсутствуют элементы, на которых теряется значительная активная мощность. В отличие от известной она содержит только один конденсатор, обеспечивающий необходимый уровень пульсаций на шинах источника питания. Изменяя соотношение витков обмоток (и), можно

«оздействовать на характер зависимости

1, (у) и обеспечивать благоприятный режим работы элементов схемы.

Регулятор может найти применение в

АСЭС, где требуется производить регулирование напряжения и ограничение мощности источников, обладающих падающей вольтамперной характеристикой.

Формула изобретения

Регулятор постоянного напряжения, содержащий широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с управляемым входом ключевого элемента, конденсатор и дроссель постоянного тока, включенных параллельно выходным выводам, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования и повышения КПД, дроссель выполнен с двумя обмотками, первые разноименные выводы которых подключены к одному выходному выводу непосредственно, а их вторые выводы — к другому выходному выводу через ключевой элемент и диод в обратном направлении соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании М 1365149, кл. Н 2 Н 1971.

2. Патент США № 3979656, кл. G 05 F I/64, 1976.

3. ESA Sciecntifiq and tei;hnil,al review, 1976, Vr, № 3, р. 221 — 229.

970347

Фиг. 2

Составитель Д. Фуфлыгин

Редактор Е. Кинив Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 7410/59 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оз крытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4