Стабилизатор напряжения переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания стабилизированным напряжением переменного тока. Цель изобретения - повышение КПД. ЦЕЛЬ ДОСТИГАЕТСЯ ТЕМ, ЧТО СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СНАБЖЕН ДВУХПОЗИЦИОННЫМ ИМПУЛЬСНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ 15 НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ВЫХОД КОТОРОГО ПОДКЛЮЧЕН К ВТОРОЙ ДИАГОНАЛИ МОСТОВОГО КОММУТАТОРА 8 И К ВТОРОМУ ВХОДУ КОМПАРАТОРА 17 НАПРЯЖЕНИЯ, ВХОД ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 6, А УПРАВЛЯЮЩИЙ ВХОД ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ КОМПАРАТОРА 17 НАПРЯЖЕНИЯ. СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ АМПЛИТУДЫ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫХОДЕ СТАБИЛИЗАТОРА 15, КОМПЕНСИРУЮЩИМ ОТКЛОНЕНИЯ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ. ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ОТКЛОНЕНИЯХ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ НОМИНАЛЬНОГО В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ АВТОТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОНИЖАЮЩАЯ ОБМОТКА 2 ТРАНСФОРМАТОРА 1. ИСТОЧНИКОМ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СЛУЖИТ ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ИСН) 15, питаемый от мостового выпрямителя 6. Сложение двух напряжений осуществляет мостовой коммутатор 8, выполненный на ключах 9-12 с двусторонней проводимостью. Сумма напряжений подается на выход стабилизатора, к которому подключена нагрузка 14. Измерительный элемент 16 вырабатывает информацию о величине отклонения выходного напряжения стабилизатора от номинального и подает ее в виде опорного напряжения на один из входов компаратора 17 напряжения, на другой вход которого с потенциометра 18 поступает информация о величине напряжения на выходе ИСН 15. НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫХОДЕ ИСН поддерживается на уровне опорного. В зависимости от изменений величины сетевого (входного) напряжения и нагрузки изменяется амплитуда трапециевидного напряжения, а выходное напряжение поддерживается неизменным с определяемой параметрами схемы точностью и высоким КПД. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l9lSU(llI 576! я)5 С 05 Р 1/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4411236/24-07 (22) 18.04,88 (46) 07.07,90. Бил. Р 25 (75) А,В. Петров (53) 621.316.722 ° 1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

P.- 1065837, кл. G 05 F 1/44, 1981.

Авторское свидетельство СССР

737928, кл. С 05 F !/22, 1979. (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЧ ПЕРЕИЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания стабилизированным напряжением переменного тока. Цель изобретения — повьш ение КПД. Цель достигается тем, что стабилизатор переменного напряжения снабжен двухпозиционным импульсным стабилизатором т !

5 напряжения постоянного тока, выход которого подкп чен к вторичной диагонали мостового коммутатора 8 и Ñ к второму входу компаратора 17 напряжения„ вход подключен к выходу мостового выпрямителя 6, а управляющий вход подключен к выходу комнаратора 17 напряжения, Стабилизация выходного напряжения обеспечивается изменением амплитуды трапециевидного напряжения на выходе стабилиза-ора 15, компенсирующим отклонения сетевого напряжения. При положительных и отрицательных отклонениях сетевого напряжения от номинального в качестве источника синусоидального напряжения используется автотрансАорматорная понижающая обмотка 2 трансформатора 1. Источником трапециевидного напряжения служит двухпозиционный импульсный стабили- @ затор напряяення постоянно-а тока (HCH) (/)

15, питаемый о(мостового выпрямителя 6, Сложение двух напряжений .ocytqe- (, „ ствляет мостовой коммутатор 8, выполненный на кличах 9-12 с двусторонней

3 1576886 4 проводимостью. Сумма напряжений подафтся на выход стабилизатора, к котоому подключена нагрузка 14. Измериельный элемент )6 вырабатывает инфор5 ацию о величине отклонения выходного

| йапряжения стабилизатора от номинального и подает еев виде опорного напряжения на один из входов компаратора 17

Напряжения, на другои вход которого с потенциометра 18 поступает информа"

Изобретение относится к электро1 гехнике и может быть использовано для стабилизации напряжения электроприемников, питаемых от промьппленной 20 сети переменного тока, в частности бытовой аппаратуры.

Цель изобретения — повышение К1Щ, На фиг. 1 представлена структурная схема стабилизатора напряжения переменного тока; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема стабилизатора; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу стабилизатора; на фиг. 4 — схема пути протекания тока 30 нагрузки на разных интервалах времени.

Стабилизатор напряжения содержит трансформатор 1, снабженный автотранс форматорной обмоткой 2 и понижающими обмотками 3-5, мостовые выпрямители

6 и 7, подключенные к обмоткам 3 и

4 трансформатора 1, мостовой коммутатор 8, выполненный на ключах 9-12 с двусторонней проводимостью, к управ- 40 ляющим входам которых подключены выходы усилителя-формирователя 13 управляющих импульсов. Одна иэ диагоналей коммутатора 8 включена последовательно с автотрансформаторной обмоткой 2 трансформатора 1 и с нагрузкой 14, подключенной к выходным выводам, а другая диагональ коммутатора 8 подключена к выходу двухпоэиционного стабилизатора 15 напряжения постоянного тока, вход которого подключен к выходу мостового выпрямителя 6. К выходу стабилизатора подключен также измерительный элемент 16, выход которого подключен к одному иэ входов компаратора 17 напряжения, второй вход которого через потенциометр 18 подключен к выходу двухпозиционного импульсного стабилизатора 15, а выход — к входу ция о величине напряжения на выходе

ИСН 15. Напряжение на выходе ЧСН поддерживается на уровне опорного. В зависимости от изменений величины сетевого входного напряжения и нагрузки изменяется амплитуда трапециевидного напряжения, а выходное напряжение поддерживается неизменным с определяемой параметрами схемы точностью и высоким КПЦ. 4 ил. управления ключа 19 двухпозиционного импульсного стабилизатора 15.

Ключи 9-12 (фиг. 2! представляют собой транзисторы 20-23 с подключенными к ним встречно-параллельно диодами 24-27. Усилитель-формирователь 13, выполненный на транзисторах 28 и 29 и выходном трансформаторе 30, входом подключен к понижающей обмотке 5 трансформатора 1. г1вухпоэиционный импульсный стабилизатор 15 содержит ключ 19, дроссель 31, конденсатор 32 и диод 33.

Измерительный элемент 16 содержит развязывающий трансформатор 34, выпрямитель 35, фильтр 36, дифференциальный усилитель 37, источник опорного напряжения, выполненный в виде стабилитрона 38 и подключенный к одному из входов усилителя 37.

Стабилизатор напряжения переменно1 га тока работает следующим образом.

Напряжение сети, подаваемое на автотрансформаторную обмотку 2 трансформатора 1, может. отклоняться по величине в меньшую или большую сторону от номинального значения, Напряжение на выходных выводах трансформаторной обмотки 2, меньшее номинального напряжения, суммируется при помощи коммутатора 8 с автоматически регулируемым напряжением, получаемым на выходе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 напряжения постоянного тока. Напряжение на выходе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 регулируется таким образом, что суммарное напряжение, получаемое ка выходе стабилизатора напряжения переменного тока, постоянно по величине при изменяющемся напряжении сети, Для этого измерительный элемент 16, подключенный к выходу стабилизатора, вырабатывает сигнал рассогласования, пропор76886

SS

5 15 ционяльный отклонению напряжения, подявяемь!Й ня Один из вхОдОВ компяр ятсра 17 напряжения и являющийся для ксмпаратора 17 опсрнь1м напряжением. На второй вход компаратора 17 подается при помощи потенциометра 18 выходное напряжение двухпозиционного импульсного стабилизатора 15. Компяратср 17 вырабатывает сигкял, отпирающий транзисторный клвч 19 двухпозиционнсго импульсного стабилизатора 15, если напряжение, подаваемое с потекциометра 18, меньше опорного напряжения, подаваемого с измерительного элемента 16.

Пока мгновенное значение напряжения, подаваемого на днухпоэицискный импульсный стабилизатор 15 с выхода выпрямителя 6, меньше опорногс Haïðÿжения (фиг.3, интервалы между восьмым и первым и между шестым и третьим моментами времени), ключ 19 отперт и на выход стабилизатора подается напряжение выпрямителя 6 (за вычетом внутреннего падения напряжения в двухпозиционном импульсном стабилизаторе 15).

Когда мгновенное значение кяпряжеНия на входе двухпсэиционного импульсного стабилизатора 15 превысит значение опорного, компаратор 17 прекращает подачу стпиравщего сигнал, ключ 19 записается, ток дросселя 31 замыкается через диод 33, конденсатор 32 стабилизатора начинает разряжаться током нагрузки, соотношение напряжениИ на входах компаратора 17 вновь мейяется на обратное, ключ 19 отпирается, и процессы повторяются клич 19 периодически отпирается и за-, пирается, а напряжение ка выходе двухпозиционного импульсного стабилиI затора 15 поддерживается на уровне, определяемом опорным напряжением. (фиг.3, интервалы между пятым и шестым и между седьмым и восьмым моментами времени).

Частота переключений ключа 19 составляет, как правило, от сотен герц, до десятков килогерц, а амплитуда пульсаций напряжения на выходе стабилизатора 15 — десятки — сотни милливольт. На фиг. 3 условно занижена частота переключений и завышена амплитуда пульсаций.

При понижении выходного напряжения стабилизатора, например, из-зя понижения сетевого наг1ряжения, напряжение кя выходе.измерительного элемента 16 повышае гся, вследствие этого повышается напряжение ка выходе двухпо-. зиционнсгс импульсного стабилизатора 15 и компенсирует уменьшение выходного напряжения стабилизатора. При повышении выходного напряжения напряжение на выходе двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 понижается, компенсируя увеличение напряжения.

Напряжение U на выходе стябилист затора 15 сднсполяркс, и для его сложения с напряжением UT обмотки 2 трансформатора 1 служит мостовой коммутатор 8, ключи 9 — 12 которого для обеспечения двухсторонней проводимости выполнены ня обратных диодах 2427 и транзисторах 20-23, управляемых импульсами прямоугольнсй формы с выхода усилителя-формирователя 13, представляющего собой усилитель на трансформаторе 30 и транзисторах 28 и 29, 25 управляемых напряжением обмотки 5 трансформатора 1, так что ключи коммутатора 8 управляются синхронно с сетевым напряжением. Фиг, 3 и 4 иллюстрируют сложение напряжений автотрансформаторной обмотки 2 и двухпозиционного импульсного стабилизатора 15 при отстающем (индуктивного характера) токе нагрузки, а также работу ключевых элементов стабилизатора. На фиг. 3 соответственно пока35 заны временные кривые напряжений на грузки Б (ка вьгходе стабилизатора напряжения переменного тока), напряжение на выходе ил1пульснсго стабилизатора и тока нагрузки i а также условно (широкими линиями) отпертое состояние ссстветствующих по нумерации ключей схемы. Отмеченные моменты времени соответствуют: первый и третий — переходу тока через нуль, четвертый и вторсй — переходу напряжений через куль, пятый, шестой, седьмой и восьмой — кячялу и окончанию работы ключа 19 в режиме переключений.

Когда полярность няпря. .; ния и направление тока совпадают (фиг.4а, интервал между первым и вторым моментами. времени ня фиг.3), отперты транзисторы 20 ;1 23 (фиг.2 и 4) ключей 9 и 12 коммутатора 8 и ток нагрузки течет пс цепи: обмока 2 — нагрузка 14 — транзистор 23 — двухпоэиционный импульсный стабилизатор

1576886

15 — транзистор 20 — обмотка 2, На следующем интервале (фиг. 4б, время между моментами вторым и третьим на фиг.3) ток сохраняет напряжение, а направление меняет полярность. Сигнал управления, подав аемый от усилителяформирователя 13 на транзисторы 2023, изменяется на противоположный, транзисторы 20 и 23 запираются, на транзисторы 21 и 22 ключей 10 и 11 коммутатора 8 поступает отпирающий сигнал, но из-за того, что ток нагрузки еще не изменил направление, транзисторы 21 и 22 не могут отпереться а отпираются диоды 25 и 26.

Когда ток нагрузки изменяет направление, начинают проводить транзисторы

21 и 22 (фиг, 4в, интервал между

Третьим и четвертым моментами време- 20 ь и на фиг. 3). После того, как напряжение изменяет полярность, подается отпирающий сигнал на транзисторы 20 и 23, но их отпирание не происходит, так как ток еще не изменил 25

Направления, и отпираются диоды 24 и 27 (фиг.4, время между четвертым и первым моментами на фиг.3). Далее процессы повторяются. Когда направление тока соответствует полярности 30 напряжения (фиг.4а,в), энергия в нагрузку передается из обмотки 2 трансформатора 1 и через выпрямитель 6 и стабилизатор 15 от обмотки 3 трансформатора 1, а при протекании тока

Е направлении, обратном полярности напряжения (фиг.4б,г1, энергия поступает от обмотки 2 трансформатора 1

9 нагрузку и частично в стабилизатор

15, но так как стабилизатор 15 и выпрямитель 6 не могут обеспечить рекуперацию энергии в сеть, то эта энергия запасается в конденсаторе 32 стабилизатора 15, заряжая его до напряжения, превьппающего мгновенное значе- 45 ние напряжения на обмотке 3 трансформатора 1. Для того; чтобы это превышение не играло существенной роли в работе стабилизатора, емкость конденсатора должна выбираться исходя из этого условия (превышение напряжения обратно пропорционально емкости конденсатора),На следующем интервале времени энергия, запасенная в конденсаторе, передается в нагрузку.

Обмотка 4 трансформатора 1 и выпрямитель 7 предназначены для питания усилителя-формирователя 13, измерительного элемента 16 и компаратора 17.

Таким образом, в предлагаемом стабилизаторе обеспечивается КПД за счет работы всех элементов в ключевом режиме при незначительных искажениях формы выходного напряжения стабилизатора напряжения переменного тока.

Формула и э о б р е т е н и я

Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, снабженный двумя понижающими и автотрансформаторной обмотками, мостовой выпрямитель, подключенный к одной из понижающих обмоток трансформатора, измерительный элемент,,входом подключенный к выходным выводам, а выходом — к одному из входов компаратора напряжения, мостовой коммутатор, выполненный на ключах с двусторонней проводимостью, одна диагональ которого включена последовательно с выходными выводами и отпайкой автотрансформаторной обмотки, подключенной к входным выводам, усилитель-формирователь управляющих импульсов, выходы которого подключены к входам ключей мостового коммутатора, а вход — к другой из понижающих обмоток трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, стабилизатор снабжен двухпозиционным импульсным стабилизатором напряжения постоянного тока, выход которого подключен к второй диагонали мостового коммутатора и к второму входу компаратора напряжения, вход подключен к выходу мостового выпрямителя, а управляющий вход подключен к выходу компаратора напряжения.

) 5768Р6

Vuz.2

f9

g (20

Ю

И

12

1576886

Составитель А. Колокопкин

Редактор Н. Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Заказ 1846 Тираж 651 Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета по изобретениям. и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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