Устройство регулирования выпрямленного напряжения

 

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники и системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство регулирования выпрямленного наИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники и системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД путем снижения максимально возможного уровня падения напряжения на регулируюпряжения содержит основной канал преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное, выполненный в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры с выходом постоянного тока, формирующей регулирующий орган дискретного действия 3 с информационными управляющими входами 7, подключенными к соответствующим выходом аналого-цифровой схемы управления 7. Управляющий вход 9 аналого-цифровой схемы управления 7 связан с силовым выходом регулирующего элемента непрерывного действия 10. Управляющие входы 13, 14 подключены к источникам опорного напряжения , определяющих минимальный и максимальный уровни падения напряжения на регулирующем элементе непрерывного действия 10. Управляющий вход регулирующего элемента непрерывного действия 10 подключен к выходу усилителя рассогласования 15. информационные входы 17. 16 которого связаны с потенциальным выходом устройств 5 и источником управляющего сигнала 18 соответственно. 3 з.п,ф-лы. 3 ил. щем элементе непрерывного действия последовательного типа. На чертеже представлена функциональная схема предложенного регулятора. Регулятор содержит входные выводы 1 и 2. регулирующий орган дискретного действия (РОДД)3, выполненный в виде трансформаторно-ключеаой исполнительной сл с со со о VI ю о OJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 M 7/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5007066/07 (22) 05.07.91 (46) 23.08,93. Бюл. N 31 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) А.А.Голованчиков и В.Е,Болтнев (73) А,А.Голованчиков и В.Е.Болтнев (56) Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения. Киев, Наукова думка, 1983.

В.Е.Болотиев, В.А.Несов, И.А,Андреев

Сравнительная оценка регулирующих органов дискретного действия В кн. Магнитнополупроводниковые и электромашинные элементы автоматики, Рязань, 1982 с. 7283.

Авторское свидетельство СССР

N -687546, кл, Н 02 М 7/12, 1977. (54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование; изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники и системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство регулирования выпрямленного наИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники и системах вторичного электропитания.

Цель изобретения — повышение КПД путем снижения максимально возможного уровня падения напряжения на регулирую., ЯЛ,, 1836796 АЗ пряжения содержит основной канал преоб. разования входного переменного напряжения в выходное постоянное, выполненный в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры с выходом постоянного тока, формирующей регулирующий орган дискретного действия 3 с информационными управляющими входами 7, подключенными к соответствующим выходом аналого-цифровой схемы управления 7, Управляющий вход 9 аналого-цифровой схемы ,управления 7 связан с силовым выходом, регулирующего элемента непрерывного действия 10. Управляющие входы 13, 14 подключены к источникам опорного напряжения, определяющих минимальный и максимальный уровни падения напряжения на регулирующем элементе непрерывного действия 10. Управляющий вход регулирующего элемента непрерывного действия 10 подключен к выходу усилителя рассогласования 15, информационные входы 17, 16 которого связаны с потенциальным выходом устройств 5 и источником управляющего сигиала 18 соответственно. 3 з.п,ф-лы.

3 ил. щем элементе непрерывного действия последовательного типа.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного регулятора.

Регулятор содержит входные выводы.1 и 2, регулирующий орган дискретного действия (РОДД) 3, выполненный в виде трансформаторно-ключевой исполнительной

1836796

55 структуры (ТКИС) с входом переменного и выходом постоянного тока, и представляет основной канал преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное. Выход постоянного тока РОДД 3 непосредс1венно объединен с выходными выводами устройства 4 и 5 для подключения нагрузки 6. Информационные управля1ощие входы РОДД 3 связаны с соответствующим выходами 7 аналого-цифровой схемы управления АЦСУ 8, один из управляющих входов

9 которой подключен к силовому входу регулирующего элемента непрерывного действия (РЭНД) 10, э два других управляющих входа 11 и 12 АЦСУ 8 связаны с источником опорных напряжений 13 (Up) и 14 (Up>), Управляющий вход РЭНД 10 подключен к выходу усилителя рассогласования (УР) 15, один иэ управляющих входов 16 которого связан с потенциальным выходом устройства 4, а другой 17 — с источником управляющего напря>кения (ИУН) 18 (0у). Входная цепь переменного тока РОДД 3 включена последовательно с первичной обмоткой 19 трансформатора 20 и образованная последовательная цепь подключена к входным выводам устройства 1 и 2, Выходная обмотка 21 трансформатора 20 подключена ко входу двухполупериодного выпрямителя 22, один иэ выходных выводов которого связан с потенциальным выходом устройства 4, а другой — с силовым входным выводом РЭНД

10.

Трансформатор 20, выпрямитель 22 и

РЭНД 10 формируют дополнительный канал преобразования и регулирования напряжения, Регулирующий орган дискретного действия 3 может быть выполнен по любым известным схемам, например, — в виде

ТКИС с входом и выходом переменного тока, представляющий собой трансформатор с дискретно регулируемым с помощью ключевых элементов коэффициентом трансформации, выход которого через двухполупериодный выпрямитель подключен к выходным выводам устройства, либо группу трансформаторов с дискретно изменяемым с помощью ключевых элементов коэффициентом передачи по напряжению, общая выходная цепь которых так же через двухполупериодный выпрямитель подключена к выходны л выводам устройства, Кроме того, ТКИС может быть выполнена непосредственно с выходом постоянного тока в виде группы трансформаторов с выходными обмотками. нагруженными на индивидуальные двухполупери лные выпрямители с общим выхо15

45 дом и совмещающих функции выпрямления с функцией кл.очевых элементов.

Предлагаемый регулятор работает следующим образом, Контур непрерывного регулирования (КНР), образованный РЭНД 10, УР 15 и ИУН

18, является независимым и обеспечивает требуемые уровень и качество выходного напряжения на нагрузке 6.

Падение напряжения на РЭНД 10 регистрируется на управляющем входе 9 АЦСУ 8 и сравнивается с опорными напряжениями

Uo1 13 и Voz 14. Результат сравнения падения напряжения ha РЭНД 10 с опорными напряжениями 13 и 14 преобразуется АЦСУ

8 в цифровой код на управляющих выходах

7, необходимый для изменения коэффициента передачи по напряжению Р ОДД 3.

Формирование выходного кода АЦСУ 8 организовано так, что изменение коэффициента передачи РОДД 3 направлено на поддержание падения напряжения нэ РЭНД

10 в пределах, определяемых опорными напряжениями Uo1 13 и Uoz 14, определяющих его минимальный и максимальный уровни, Минимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 определяется величиной U01 13 и, очевидно. должен быть минимальным и близким к напряжению насыщения РЭНД(0р3яд min U01) Максимальный уровень падения напряжения на РЭНД

10 определяется диапаэоногл изменения входного напряжения и числом разрядных секций ТКИС определяющих величину дискретной ступени. регулирования РОДД 3, С увеличением числа разрядов РОДД 3 уменьшается величина скачкообразных изменений напряжения на его выходе и соответственно, может быть уменьшен максимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 путем соответствующего выбора. Выбор максимального падения напряжения на РЭНД 10 определяется условием

0рэнд max = U02 =- (001 + Л 0родд + Л 0зап) где Л 0родд величина дискретного изменения напряжения на выходе РОДД 3 при изменении управляющего кода на выходе

КИСУ 8 на единицу; Л Usan «Uрgдд — малая величина запаса, необходимая для обеспечения устойчивой работы контура дискретного регулирования (КДР), образованного

РОДД 3, АЦСУ 8, 0о, 13 и Uog 14, Если для падения напряжения на РЭНД

10 выполняется условие 001» 0р д 002, то выходной код АЦСУ 8 остается неизменным и. следовательно. си:т;и. ся неизмен1 ЮГА 796 ние, в коэффициент передачи раз отличное от U«, остаются неизменными (их изменение происходит лишь в случаях изменения

Оу 18) при любых изменениях напряжения 10 на входных выводах 1 и 2 или при изменениях тока нагрузки 6, не приводящих к нарушению условия Uo1 < <Брэнд Б02, Изменение напряжения на входных зажи мах 1 и 2 или тока нагрузки 6 в этом случае 15 приводят к изменению напряженил íà обмотках 19 и 21 трансформатора 20, т,к. напряжение на обмотке 21 определяется

C jMMOA НЭПрЯЖЕНИЙ О21 = Он + Брэнд +

+ и Однр, где Однр — прямое падение на диоде 20 выпрямителя 22; а = 1 для выпрямителя со средней точкой и Q = 2 для мостового выпрямителя.

Нарушение условия Uo1 Брэнд U02, напРимеР; в виде Брэнд > Б02, пРиводит к 25 тому, что выходной код АЦСУ начинает последовательно изменяться, управляя коэффициенто л передачи РОДД 3 таким образом, чтобы восстановить выполнение условия Б01 Брэнд < Б02. Так как РОДД 30

3 нагружен на эквивалентный источник напряжения нагрузки, жестко контролируемый КНР, то любые изменения его коэффициента передачи будут приводить к соответствующим:изменениям напряжения 35 на его входе.

При Брэнд > Б02 направление изменения выходного кода АЦСУ 8 и коэффициента передачи РОДД 3 должны быть таким, чтобы напряжение на входе РОДД 3 увеличива- 40 лось и соответственно уменьшалось напряжение на первичной обмотке 19 трансформатора 22, т.е. s конечном счете, уменьшалось напряжение на выходе выпрямителя 20, что, в свою очередь, эквивалент- 45 но уменьшению падения напряжения на

РЭНД 10. Таким образом для уменьшения падения напряжения на РЭНД 10 при

Брэнд > U02 коэффициент пеРедачи по напряжению РОДД 2 необходимо уменьшить 50 (коэффициент передачи по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к входному).

РЕГУЛИРОВаНИЕ ПРИ Брэ,д < U01ОСУЩЕСтвляется аналогично, но в этом случае на- 55 правление изменения выходного кода АЦСУ

8 должно быть таким, чтобы коэффициент передачи по напряжению РОДД 3 увеличивался.

H» ì коэффициенг передачи flo напряжению (коэффициент трансформации) РОДД 3, Выходное напряжение на нагрузке 6 (U„) контролируется KHP на зада:1ном ИУН 18 уровне, поэтому выходное напряжение

РОДД 3, равное О,:. и его входное напряжеШаг дискретный изменений выходного напряжения РОДД 2 (A Upc+ определяется числом разрядов входящей в него ТКИС, диапазонами изменений входного и выходного напряжений и почти не зависит от изменений тока нагрузки. Увеличивая число разрядов ТКИС, формирующий РОДД 3, МОЖНО 06ЕСПЕЧИТЬ ВЕЛИЧИНУ Орэ«д о ах ЛИШЬ незначительно превышающей1 величину, что и обеспечивает высокий уровень КПД устройства во всем диапазоне изменения напряжений нагрузки и питающей сети.

Сравнительную оценку энергетической эффективности предлагаемого устройства рассмотрим нэ частном примере регулятора, работающего в режиме стабилизации выходного напряжения U« = 5 В при токе нагрузки I« - 10 А и амплитуде входного высокочастотного напряжения прямоугольной формы Un = 120 - 170 В, в случае его подключения к выходу полумостового инвертора с питанием от стандартной сети переменного тока, Для трехразрядной ТКИС с двоичным кодированием шаг дискретных изменений выходного напряжения РОДД 3 приближенно можно оценить по формуле ЛОродд=

=(Uc max - Uc mIn)/(2"-1):(О с min/U«) где К— число разрядов ТКИС. В данном случае выходное напряжение РОДД 3, квивалентно преобразуемое схемой регул ят:1ра в такое же изменение напряжения на вход РЭНД

10, составит: Л Upp = Л Орэ«д = 0,3 В, а максимальное падение напряжения на

РЭНД10 при Брэнд=3 В будетрэвно: Брэндпэх

= 3 + 0 3 + 0 1 = 3 4 В, где Л Оэап = 0 1. В— запас для обеспечения устойчивости КДР, Так как максимальный входной ток устройства примерно равен 10 (5+1)/240 = 0,25 А (прямое падение на диодах выходного выпрямителя РОДД 3 принято равным 1 В), то максимальное значение потерь на РЭНД 10 при коэффициенте трансформации трансформатора 20 равным единице составит;

Л Ррэнд = 0,25 3,4 = 0,85 Вт или 1,7 4 Рн.

B устройстве — прототипе максимальное падение напряжения на РЭНД при тех же условиях составит 53 В и, следовательно, максимальная мощность потерь прi Б max=

= 170 В будет равна: Л Ррэнд max = 53 0.25 =

=13,25 Вт или 26,5 Рн, Формула изобретения

1. Устройство регулирования выпрямленного напряжения, содержащее основной канал преобразователя напряжения переменного тока в напряжение пос1оянного тока, дополнительный трансформатор, двухполупериодный выпрямитель v р.гулиРУЮЩИй ЭЛЕМЕНТ НЕПРЕРЫВНОго Д .; 1вил, 1836796

Составитель А. Голованчиков

Редактор А. Мельникова Техред М.Моргентал . Корректор Н, Ревская

Заказ 3026 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина при этом первичная обмотка дополнительного трансформатора и вход переменного тока основного канала соединены последовательно и подключены к входным выводам устройства, выводы выхода постоянного тока основного канала соединены с одноименными выходами устройства, вторичная обмотка дополнительного трансформатора через двухполупериодный выпрямитель и регулирующий элемент непрерывного действия, включенный последовательно в одну из выходных шин двухполупериодного выпрямителя, подключена к выходным выво. дам устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены аналого-цифровая система управления, два источника опорного напряжения, усилитель рассогласования, при этом основной канал выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры с выходом постоянного тока и формирует регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам аналого-цифровой схемы управления, один из управляющих входов которой связан с силовым входом регулирующего элемента непрерывного действия, а двадругих управляющих входа подключены к источникам опорных напряжений, определяющих, минимальный и максимальный уровни падения напряжения на регулирующем элементе непрерывного действия, регулирующий элемент непрерывного действия силовым выходом связан с общим выходным выводом., его управляющий вход подключен к выходу

5 усилителя рассогласования, один из входов которого связан с потенциальным выходным выводом, а второй его вход соединен с выводом для подключения источника управ ляющего сигнала.

10 2. Устройство по п.1, отл ич а ю щеес я тем, что регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры, представляющей собой трансформатор с

15 рядом обмоток, связанных между собой с помощью вентильных и ключевых элементов с целью дискретного изменения коэффициента трансформации, выход которого через двухполупериодный выпрямитель

20 подключен к выходу устройства.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной

25 структуры, содержащей группу трансфор- . маторов, нагруженных на двухполупериодные выпрямители и связанных между собой с помощью ключевых элементов с целью дискретного изменения группово30.го коэффициента передачи по напряжению.