Стабилизированный источник напряжения постоянного тока

 

Использование: источники вторичного электропитания. Стабилизированный источник напряжения постоянного тока содержит инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель, управляемые дроссели насыщения, выходной фильтр и канал обратной связи, выполненный на узел выбора большего значения, к входам которого заведены обратные связи по выходному напряжению и по напряжению выпрямителя. Это позволяет компенсировать асимметрию напряжения в разные полупериоды работы выпрямителя, возникающую вследствие неидентичности характеристик дросселей насыщения и выпрямительных диодов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 М 3/337

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 5023447/07 (22) 23.12.91 (46) 23,02.93. Бюл.М 7 . (71) Московский энергетический институт (72) В.Ф.Ситников, В.И.Яськив и Л,Л.Хруслов (73) Московский энергетический институт (56) Европейский патент % 0191482, кл. Н 02

М 3/337, 1987.

Патент США t+ 4217632, кл. Н 02 М 3/28, 1980. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК

НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование: источники вторичного электропитания. Стабилизированный исИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания.

Известен стабилизированный источник напряжения постоянного тока, который содержит высокочастотный инвертор напряжения, силовые обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и анодами диодов двухтактного выпрямителя по схеме со средней точкой, выходной фильтр и цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную к управляющим обмоткам дросселей насыщения.

Обладая целым рядом положительных качеств — двухтактное выпрямление. высокие частота преобразования и стабильность

„.,5U ÄÄ 1797730 АЗ точник напряжения постоянного тока содержит инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактнйй выпрямитель, .управляемые дроссели насйщения, выходной фильтр и канал обратной связи, выполненный на узел выбора большего значения, к входам которого заведены обратные связи по выходному напряжению и по напряжению выпрямителя. Это позволяет компенсировать асимметрию напряжения в разные полупериоды работы выпрямителя, возникающую вследствие неидентичности характеристик дросселей насыщения и выпрямительных диодов. 1 ил. выходного напряжения при широком диапазоне изменения квк выходных, так и входных параметров, данный источник не нашел широкого применения из-за нетехнологичности изготовления двухобмоточных управ- 4 ляемых дросселей насыщейия и М асимметрии плеч выпрямителя, вызванной CA) неидентичностью параметров дросселей насыщения и выпрямительных диодов.

Известен также стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор, силовой трансформатор, двухтактный выпрямитель со средней точкой, управляемые однообмоточные дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами вторичных полуобмоток и диодами выпря1797730 мителя, выходной фильтр, цепь обратной связи по выходному напряжению, подключенную через размагничивающие диоды к анодам диодов выпрямителя, Однако из-за разброса параметров управляемых дросселей насыщения и выпрямительных диодов возможна асимметрия плеч выпрямителя, сказывающаяся на качество выходного напряжения., Цель изобретения — устранение асимметрии напряжения в разные полупериоды работы выпрямителя — достигается за счет того, что в стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный иивертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового. трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр, цепь обратной связи по выходному напряжению, включающую делитель выходного напряжения и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к анодам размагничивающих диодов, катоды которых подключены к анодам диодов выпрямителя, 10

25 введены дополнительно делитель обратной связи по напряжению выпрямителя и узел 30 выбора большего значения, входы которбго подключены к делителям обратных связей по выходному напряжению и по иапряжеиию выпрямителя, в выход подключен к управляющему входу усилителя постоянного 35 тока.

Дополнительная обратная связь по напряжению выпрямителя в стабилизированном источнике напряжения постоянного тока принимает участие в формировании 40 выходного сигнала цепи обратной связи таким образом, что время действия ее s течение полупериода непосредственно связано с забросом параметров дросселей насыщения и выпрямительных диодов. 45

На чертеже представлена функциональная схема стабилизированного источника напряжения постоянного тока, Выход высокочастотного инвертора 1 включен иа первичную обмотку 2 силового 50 трансформатора 3, управляемые дроссели 4 насыщения обмотками включены между вторичными полуобмотками 6 и 7 и выпрямительными диодами 8 и 9. Катоды выпря. мительных диодов 8 и 9 соединены между 55 собой и вместе со средней точкой трансформатора 3 подключены к выходному фильтру

40, на выходе которого включена нагрузка

11. Параллельно нагрузке 11 включен делитель 12 выходного напряжения. Делитель 13 напряжения выпрямителя включен между общим катодом выпрямительиых диодов 8 и

9 и средней точкой трансформатора 3. Делители 12 и 13 соединены с входами узла 14 выбора большего значения, выход которого подключен к управляющему входу усилителя 15 постоянного тока, выход которого подключен к анодам размагничивающих диодов 16 и 17,.катоды которых соединены с анодами выпрямительных диодов 8 и 9.

Узел 14 выбора большего значения наиболее просто может быть выполнен на диодах

18 и 19, катоды которых соединены и подсоединены к выходной клемме узла 14, а аноды — к входным клеммам этого узла. Этот узел может быть реализован и другим образом, например, на операционных усилителях.

Источник работает следующим образом.

Высокочастотный инвертор 1 напряжения преобразует входное сетевое напряжение в высокочастотный меандр (20 кГц), который поступает на первичную обмотку 2 силового трансформатора 3. Напряжение, снимаемое с полуобмоток 6 и 7 вторичной обмотки трансформатора 3, выпрямляется диодами 8 и 9, сглаживается выходным фильтром 10 и поступает на нагрузку 11.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется эа счет соответствующего изменения напряжения иа входе ШИМ на дросселях 4 и 5. Магнитоп роводы дросселей

4 и 5 выполнены из магиитомягких материалов с прямоугольной петлей гистерезиса. В рабочий полупериод, когда к управляемому . дросселю 4(5) насыщения приложен "плюс" напряжения вторичной полуобмотки 6 (7) трансформатора, происходит перемагничивание магнитопровода в режиме источника

ЭДС от начального уровня индукции Ви до уровня индукции насыщения Bs согласно закону

VH 41ВДЭЗ, где f — частота переменного напряжения;

W — число аитков обмотки; Я вЂ” активная площадь сердечника.

По обмотке этого дросселя насыщения протекает ток, величина которой определяется законом полного тока 1- Ht/W, где Н вЂ” ширина гистерезиса на данной частоте;! — средняя длина магнитопроводв дросселя насыщения.

В это время к обмотке второго управляемого дросселя 5 (4) насыщения приложен

"минус" питающего напряжения. что соответствует управляющему полупериоду. В этот полупериод происходит перемагничивание магнитопровода в режиме источника тока от уровня индукции В> до уровня индук1797730 ции В1, который определяется стабилизирующей обратной связью по напряжению. В следующий полупериод, который для данного дросселя насыщения будет рабочим, перемагничивание магнитопровода начнет- 5 ся с уровня индукции Вь Таким образом, реализован ШИМ на дросселях насыщения.

Отработка изменения сетевого напряжения происходит непосредственно на дросселях насыщения путем сравнения напряжения 10 вторичной обмотки трансформатора с напряжением насыщения магнитопроводов дросселей насыщения.

3а счет технологического разброса параметров управляемых дросселей насыще- 15 ния 4 и 5 (коэффициент прямоугольности, индукция насыщения, коэффициент заполнения стали и др.) и выпрямительных диодов 8 и 9 (частотные характеристики, прямое падение напряжения и др.) возможен ре- 20 жим, при котором плечи выпрямителя загружены неравномерно, что отрицательно влияет на качество выходного напряжения и КПД источника.

В управляющий полупериод происхо- 25 . дит перемагничивание управляемого дросселя насыщения под действием сигнала, сформированного под действием двух обратных связей. На первом этапе действует обратная связь по выходному напряжению. 30.

Время действия ее равно времени перемагничивания второго управляемого дросселя насыщения, для которого этот отрезок времени соответствует рабочему полупериоду, в режиме источника ЭДС от уровня индук- 35 делитель выходного напряжения и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к анодам размагничивающих диодов, катоды которых подключены к анодам диодов выпрямителя. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что введены дополнительно дели . тель обратной связи по напряжению выпрямителя и узел выбора большего значения, выходы которого подключены к делителям обратных связей по выходному напряжению и напряжению выпрямителя, а выход подключен к управляющему входу усилителя постоянного тока.

Формула изобртения

Стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий высокочастотный инвертор с силовым трансформатором на выходе, двухтактный выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке по схеме со средней точкой, управляемые дроссели насыщения, обмотки которых включены между выводами полуобмоток силового трансформатора и диодами выпрямителя, выходной фильтр, цепь обратной связи по выходному напряжению, включающую ции В1 до уровня индукции В. В момент времени, когда наступает насыщение управляемого дросселя насыщения в рабочем полупериоде и появляется сигнал на выходе выпрямителя, Этот момент времени зависит как от исходного уровня индукции материала магнитопровода, так и от динамических характеристик дросселей насыщения и выпрямительных диодов, Пусть в первом управляемом дросселе насыщения будет рабочий полупериод, тогда во втором — управляющий. Глубина размагничивания материала его магнитопровода зависит от величины тока размагничивания, формируемого под действием обеих обратных связей. Действие их раздельно во времени благодаря узлу 14 выбора большего значения, Таким образом, в следующем рабочем полупериоде во втором дросселе насыщения процесс перемагничивания будет происходить с учетом характеристик первого управляемого дросселя насыщения и выпрямительного диода в его плече, и время его насыщения однозначно связано с процессами перемагничивания первого дросселя насыщения в предыдущий полупериод, В этом случае действуют отрицательные перекрестные обратные связи, что позволяет усреднить во времени ток нагрузки через плечи выпрямителя. Таким образом, введение дополнительной обратной связи позволяет устранить асимметрию е плечах выходного выпрямителя.

1797730

Составитель А.бочаров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Мотыль

Редактор

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

Заказ 670 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5