Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может использоваться в качестве источника напряжения постоянного тока. Техническим результатом является повышение надежности работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока и его кпд. Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит резонансный инвертор, состоящий из двух последовательно включенных транзисторов, конденсатора инвертора, соединенных между собой и трансформатором с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой, фазосдвигающий конденсатор с одной стороны соединен с источником питания, а с другой стороны - с выводом первичной обмотки, выпрямитель с диодами, которые соединены со вторичными обмотками, а с другой стороны - между собой, обратным диодом и выходным фильтром, через дроссель с конденсатором фильтра, и систему стабилизации, состоящую из соединенных между собой делителя напряжения, формирователя импульсов, генератора опорного сигнала, распределителя импульсов, усилителей импульсов, входные зажимы, выходные зажимы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может использоваться в качестве источника напряжения постоянного тока.

Известен источник напряжения постоянного тока (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. -296 с., рис.4.20), который содержит мостовой инвертор, трансформатор, мостовую схему выпрямителя и выходной фильтр. Стабилизация напряжения осуществляется изменением величины угла управления тиристорами выпрямителя.

Недостатками источника являются относительно большая масса и габариты, низкий кпд, низкая надежность работы из-за применения управляемых вентилей в силовой схеме и относительной сложности системы управления.

Наиболее близким по техническому решению является источник напряжения постоянного тока, содержащий резонансный инвертор, выполненный на тиристорных ключах, стабилизирующий трансформатор с вращающимся магнитным полем, неуправляемую мостовую схему выпрямителя и выходной фильтр (см. Григораш О. В. Стабилизированные преобразователи напряжения повышенной надежности // Электротехника. 1998. 3. с.24-28, рис.1). Регулирование напряжения источника осуществляется стабилизирующим трансформатором с вращающимся магнитным полем.

Недостатком источника является низкая надежность работы.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока и его кпд.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит резонансный инвертор, состоящий из последовательно соединенных двух управляющих элементов, стабилизирующий трансформатор с вращающимся магнитным нолем с первичными и вторичной обмотками, мостовой выпрямитель, выходной фильтр, выход которого соединен с датчиком напряжения, систему управления инвертором, причем резонансный инвертор выполнен на двух последовательно включенных транзисторах, коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго и с первым выводом конденсатора инвертора, а эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом источника питания, коллектор второго транзистора соединен со вторым выводом источника питания и с первым выводом фазосдвигающего конденсатора, в трансформаторе с вращающимся магнитным полем вторичная обмотка размещена на сердечнике трансформатора и выполнена со средней точкой, причем первым и вторым выводами через первый и второй диоды соединена с катодом обратного диода и входом дросселя фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, средняя точка вторичной обмотки соединена с анодом обратного диода, вторыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, первый и второй выводы источника напряжения постоянного тока соединены со входом системы стабилизации напряжения, содержащей делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор опорного сигнала, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы делителя напряжения соединены с первым и вторым выводами источника напряжения постоянного тока, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с первым и вторым соответственно усилителями импульсов, по два выхода которых соединены с эмиттером и базой первого и второго транзисторов инвертора соответственно.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что в составе преобразователя использованы резонансный инвертор на транзисторных ключах, трансформатор с вращающимся магнитным полем, вторичная обмотка которого размещена на его сердечнике, двухполупериодная схема неуправляемого выпрямителя со средней точкой, обратный диод, включенный между выпрямителем и выходным фильтром, а также тем, что предложенная система стабилизации напряжения выгодно отличает предлагаемый стабилизированный источник напряжения постоянного тока от известного, так как повышается надежность его работы и кпд.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена функциональная схема стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации напряжения.

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит резонансный инвертор 1, состоящий из двух последовательно включенных транзисторов 2 и 3, конденсатора инвертора 4, соединенных между собою и трансформатором 5 с двумя первичными обмотками 6, 7 и вторичной обмоткой 8, 9, фазосдвигающий конденсатор 10 с одной стороны соединен с источником питания, а с другой стороны - с выводом первичной обмотки 7, выпрямитель 11 с диодами 12 и 13, которые соединены со вторичными обмотками 8, 9, а с другой стороны между собой, обратным диодом 14 и выходным фильтром 15, через дроссель 16 с конденсатором фильтра 17 и систему стабилизации 18, состоящую из соединенных между собой делителя напряжения 19, формирователя импульсов 20, генератора опорного сигнала 21, распределителя импульсов 22, усилителей импульсов 23 и 24, входные зажимы 25 и 26, выходные зажимы 27 и 28.

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока работает следующим образом.

Входное напряжение U_вх постоянного тока поступает на выводы 25, 26, являющиеся входом резонансного инвертора 1 (фиг.1). Резонансный контур в инверторе образуется конденсатором инвертора 4 и дросселем 16 выходного фильтра 15.

Допустим, в исходном состоянии конденсатор 4 инвертора 1 разряжен. Для формирования положительной полуволны выходного напряжения инвертора U_аб(фиг. 2,б) система стабилизации напряжения 18 подает управляющий импульс на транзистор 2, он открывается, и конденсатор инвертора 4 начинает заряжаться от источника входного напряжения U_вх таким образом, что его выводы будут иметь потенциалы, указанные знаками на фиг1. Ток заряда конденсатора инвертора 4 будет протекать через первичные обмотки 6, 7 трансформатора 5 и фазосдвигающий конденсатор 10. Для формирования отрицательной полуволны выходного напряжения инвертора система стабилизации 18 закрывает транзистор 2 и открывает транзистор 3. В этом случае конденсатор инвертора 4 будет являться источником питания для нагрузки, и его ток разряда будет протекать по первичным обмоткам трансформатора 5 и фазосдвигающего конденсатора 10 в обратном направлении.

Таким образом, по первичным обмоткам 6, 7 трансформатора 5 протекает переменный ток, вызывающий действие вращающегося магнитного и соответственно ЭДС во вторичных обмотках 8, 9, которые размещены на сердечнике трансформатора. Выпрямитель 11 преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а выходной фильтр 15 сглаживает пульсации, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения U_вых на выводах 27, 28.

Система стабилизации напряжения работает следующим образом.

С выхода (27, 28) сигнал, пропорциональный величине выходного напряжения U_вых, являющийся ведущим для системы стабилизации 18, через делитель напряжения 19 поступает на один из входов формирователя импульсов 20 (фиг.2,a U_дн). На второй вход формирователя импульсов 20 поступает сигнал U_гос от генератора опорного сигнала 21 (фиг.2,a). Когда сигнал U_гос > U_дн, формирователь импульсов 20 формирует импульсы управления, которые через распределитель импульсов 22 и усилители импульсов 23, 24 поступают на управляющие электроды транзистора 2 или транзистора 3.

Работа распределителя импульсов 22 синхронизирована с опорным напряжением генератора 21 для обеспечения формирования положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения U_аб резонансного инвертора 1. Угол управления транзисторами α₁ (фиг.2, б) соответствует номинальному режиму работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока. Если, к примеру, выходное напряжение конвертора U_вых уменьшится, то уменьшится напряжение на выходе делителя напряжения 19 и уменьшится угол управления транзисторами до величины α₂, а значит увеличится выходное напряжение резонансного инвертора U_аб (фиг.2, в, г) и соответственно увеличится выходное напряжение на зажимах 28, 28 U_вых. Выходной фильтр 15, кроме функций создания колебательного контура и обеспечения требуемого качества выходного напряжения, выполняет функции накопителя электрической энергии и в моменты времени, когда существует пауза между работой транзисторов 2, 3, фильтр накопленную электроэнергию отдает в нагрузку. Контур для протекания тока от фильтра в нагрузку, когда закрыты транзисторы, создается обратным диодом 14.

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий резонансный инвертор, состоящий из последовательно соединенных двух управляющих элементов, трансформатор с вращающимся магнитным полем с первичными и вторичной обмотками, мостовой выпрямитель, выходной фильтр и систему стабилизации напряжения, отличающийся тем, что в качестве управляющих элементов использованы транзисторы, коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго и с первым выводом конденсатора инвертора, а эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом источника питания, коллектор второго транзистора соединен со вторым выводом источника питания и с первым выводом фазосдвигающего конденсатора, второй вывод которого соединен с выводом первичной обмотки, в трансформаторе с вращающимся магнитным полем вторичная обмотка размещена на сердечнике трансформатора и выполнена со средней точкой, причем вторичная обмотка первым и вторым выводами через первый и второй диоды соответственно соединена с катодом обратного диода и входом дросселя фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, средняя точка вторичной обмотки соединена с анодом обратного диода, вторыми выводами конденсатора фильтра и источника напряжения постоянного тока, первый и второй выводы источника напряжения постоянного тока соединены со входом системы стабилизации напряжения, содержащей делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор опорного сигнала, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы делителя напряжения соединены с первым и вторым выводами источника напряжения постоянного тока, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала, первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с первым и вторым соответственно усилителями импульсов, по два выхода которых соединены с эмиттером и базой первого и второго транзисторов инвертора соответственно, ток заряда конденсатора инвертора от источника входного напряжения протекает при открытом первом транзисторе через первичные обмотки и фазосдвигающий конденсатор, ток разряда конденсатора инвертора протекает при открытом втором транзисторе в обратном направлении по первичным обмоткам и фазосдвигающему конденсатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2