Преобразователь переменного напряжения сети в постоянное напряжение
Изобретение относится к области преобразовательной техники. Технический результат заключается в получении выходной характеристики преобразования с участками постоянной мощности и стабилизации заданного выходного тока, в уменьшении мощности потерь внутри преобразователя и повышении надежности системы энергообеспечения. Для этого устройство содержит корректор коэффициента мощности, блок преобразования постоянного напряжения в постоянное, широтно-импульсный модулятор, датчик тока, два операционных и дифференциальный усилителя, два диода, микропроцессора, два цифроаналоговых преобразователя, корректирующую цепь, устройство гальванической развязки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к преобразователям, входящим в состав системы энергообеспечения для телекоммуникаций.
Известен преобразователь напряжения, включающий в себя корректор коэффициента мощности, входом которого образован вход преобразователя, а выход указанного корректора коэффициента мощности подключен ко входу блока преобразования постоянного напряжения в постоянное, выход которого является выходом преобразователя, блок, являющийся, по существу, широтно-импульсным модулятором, выход которого связан с управляющим входом блока преобразования постоянного напряжения (международная заявка WO 03/094333). Задачей, решение которой обеспечивалось данной схемой, было уменьшение потерь в преобразователе. Эта задача решалась путем использования обратной связи, включающей в себя широтно-импульсный модулятор, между выходом преобразователя и управляющим входом блока преобразования постоянного напряжения. Однако задать выходную характеристику с участками постоянной мощности и стабилизации заданного выходного тока, что является необходимым при работе преобразователя в системе энергообеспечения для телекоммуникаций, и осуществить ее получение с помощью обратной связи, реализованной в данном устройстве, в данном устройстве невозможно.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является получение выходной характеристики преобразования с участками постоянной мощности и стабилизации заданного выходного тока, что, как уже было отмечено выше, необходимо при работе преобразователя в системе энергообеспечения для телекоммуникаций, позволяет уменьшить мощность потерь внутри преобразователя, улучшить его температурный режим и способствует повышению надежности системы энергообеспечения.
Технический результат достигается тем, что преобразователь напряжения, включающий в себя корректор коэффициента мощности, входом которого образован вход преобразователя, а выход указанного корректора коэффициента мощности подключен к входу блока преобразования постоянного напряжения в постоянное, выход которого является выходом преобразователя, датчик тока на выходе преобразователя, и широтно-импульсный модулятор, выход которого связан с управляющим входом блока преобразования постоянного напряжения, снабжен датчиком тока на выходе преобразователя, двумя операционными и дифференциальным усилителями, двумя диодами и микропроцессором, причем микропроцессор включает в себя аналого-цифровой преобразователь, а также двумя цифроаналоговыми преобразователями, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом дифференциального усилителя, соединенным с одним из входов первого операционного усилителя, входы дифференциального усилителя соединены с выводами, образующими выход блока преобразования постоянного напряжения в постоянное, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с другим входом первого операционного усилителя, первый вход второго операционного усилителя подключен к датчику тока, ко второму входу второго операционного усилителя подключен выход второго цифроаналогового преобразователя через корректирующую цепь, постоянная времени которой, по меньшей мере на два порядка, превышает период обработки сигнала микропроцессора, выходы операционных усилителей подключены к катодам упомянутых диодов, аноды которых соединены между собой и связаны со входом широтно-импульсного модулятора, при этом микропроцессор запрограммирован с возможностью обеспечения тока Iref на выходе первого цифроаналогового преобразователя в соответствии с соотношением:
где Iref.min, Iref.max, U'вых.max, U'вых.min - введенные в микропроцессор константы, характеризующие соответственно минимально и максимально допустимые токи на выходе цифроаналогового преобразователя, максимально допустимому и минимальному рабочему напряжениям на выходе преобразователя,
U'вых - константа, пропорциональная текущему значению напряжения на выходе преобразователя, поступающего на вход аналого-цифрового преобразователя.
Датчик тока может иметь любое исполнение, например, в виде резистора, к выводам которого подключены входы второго дифференциального усилителя, выходом которого образован выход датчика.
На фиг.1 представлена схема заявляемого преобразователя.
На фиг.2 показана характеристика преобразователя.
Преобразователь напряжения включает в себя корректор 1 коэффициента мощности (ККМ). Входом ККМ, подключаемым к источнику переменного напряжения, образован вход преобразователя. Выход корректора 1 коэффициента мощности подключен ко входу блока 2 преобразования постоянного напряжения в постоянное, выход которого является выходом преобразователя. В выходную цепь включен датчик 3 тока. Датчик тока может иметь любое исполнение. На фиг.1 показан датчик тока в виде резистора 3.1, к выводам которого подключены входы дифференциального усилителя 3.2, выходом которого образован выход датчика 3. Широтно-импульсный модулятор 4, выход которого через управляющий элемент 5 связан с управляющим входом блока 2 преобразования постоянного напряжения, и через устройство гальванической развязки 6 с микропроцессором 7. Последний включает в себя аналого-цифровой преобразователь 8 и подключен к двум цифроаналоговым преобразователям 9 и 10. Вход аналого-цифрового преобразователя 8 соединен с выходом дифференциального усилителя 11. Входы дифференциального усилителя по напряжению 11 подключены к выводам выхода преобразователя, а выход этого усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 8, входящего в состав микропроцессора 7 и одновременно - к первому входу операционного усилителя 12. На второй вход усилителя 12 поступает опорный сигнал по напряжению от цифроаналогового преобразователя 9. Первый вход операционного усилителя 13 подключен к выходу датчика 3 тока, то есть, в данном случае, к выходу дифференциального усилителя 3.2, а на второй вход усилителя 13 поступает опорный сигнал по току от цифроаналогового преобразователя 10 через корректирующую цепь 14, постоянная времени которой по меньшей мере на два порядка превышает период обработки сигнала микропроцессором 7. Выходы усилителей 12 и 13 подключены к катодам диодов 15 и 16 соответственно, аноды этих диодов подключены к устройству гальванической развязки 6, через которое сигналы по напряжению и току поступают на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 4. Выходной сигнал ШИМ 4 является входным сигналом управляющего устройства 5.
На характеристике, показанной на фиг.2, "а" - участок постоянной мощности, формируемый микропроцессором; "b" - точный участок постоянной мощности; "с" - участок стабилизации выходного тока.
В микропроцессор 7 введены константы, соответствующие минимальному IH.min максимальному IН.max значениям токов нагрузки на выходной характеристике преобразователя (фиг.2), константы, соответствующие минимальному рабочему Umin и максимальному Umax значениям выходного напряжения на той же характеристике.
При нагрузке на преобразователь IH>IH.min в микропроцессоре производится вычисление опорного сигнала по току Iref в соответствии с соотношением:
где Iref.min, Iref.max, U'вых.max, U'вых.min - введенные в микропроцессор константы, характеризующие соответственно минимально и максимально допустимый токи на выходе цифроаналогового преобразователя, максимально допустимому и минимальному рабочему напряжениям на выходе преобразователя,
U'вых - константа, пропорциональная текущему значению напряжения на выходе преобразователя, поступающего на вход аналого-цифрового преобразователя,
причем Iref=Iref.max при Uэ вых≤U'вых.min.
Значения Iref получаются на выходе цифроаналогового преобразователя 9.
Для обеспечения устойчивой замкнутой системы в режиме стабилизации выходной мощности используется корректирующая цепь 14. Частота обработки сигнала микропроцессором 4 составляет 6,5 кГц. Постоянная времени корректирующей цепи на два порядка (в сто раз) превышает период обработки сигнала микропроцессором.
При повышении тока нагрузки до значения IH.max и дальнейшем увеличении нагрузки опорный сигнал по току, вырабатываемый микропроцессором 7 и цифроаналоговым преобразователем 10, остается на постоянном уровне, равном Iref.max, что соответствует вертикальному участку выходной характеристики преобразователя переменного напряжения сети в постоянное, то есть режиму стабилизации выходного тока.
Изменяющийся сигнал Iref на выходе микропроцессора квантован по уровню и времени и имеет ступенчатую форму. При введении корректирующей цепи сигнал сглаживается.
По известным Iref.max, Iref.min, U'вых.min и U'вых.max микропроцессором формируется выходная характеристика напряжения с линейным наклонным участком. Этот участок достаточно точно воспроизводит истинный участок постоянной мощности, который необходим при работе преобразователя в системе энергообеспечения для телекоммуникаций.
Сформированный микропроцессором участок постоянной мощности на выходной характеристике преобразователя позволяет, кроме того, уменьшить ток, отдаваемый преобразователем при возрастании выходного напряжения, что уменьшает мощность потерь внутри преобразователя, улучшает его температурный режим и повышает надежность системы энергообеспечения.
1. Преобразователь напряжения, включающий в себя корректор коэффициента мощности, входом которого образован вход преобразователя, а выход указанного корректора коэффициента мощности подключен к входу блока преобразования постоянного напряжения в постоянное, выход которого является выходом преобразователя, и широтно-импульсный модулятор, выход которого через управляющий элемент связан с управляющим входом блока преобразования постоянного напряжения, отличающийся тем, что снабжен датчиком тока на выходе преобразователя, двумя операционными и дифференциальным усилителями, двумя диодами и микропроцессором, причем микропроцессор включает в себя аналого-цифровой преобразователь и подключен к одному и другому цифроаналоговым преобразователям, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом дифференциального усилителя, соединенным с одним из входов первого операционного усилителя, входы дифференциального усилителя соединены с выводами, образующими выход блока преобразования постоянного напряжения в постоянное, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с другим входом первого операционного усилителя, первый вход второго операционного усилителя подключен к датчику тока, выход второго цифроаналогового преобразователя через корректирующую цепь, постоянная времени которой, по меньшей мере, на два порядка превышает период обработки сигнала микропроцессором, подключен к второму входу второго операционного усилителя, выходы операционных усилителей подключены к катодам упомянутых диодов, аноды которых соединены между собой и связаны через устройство гальванической развязки с входом широтно-импульсного модулятора, при этом микропроцессор запрограммирован с возможностью обеспечения тока Iref на выходе первого цифроаналогового преобразователя в соответствии с соотношением
где Iref.min, Iref.max, U'вых.max, U'вых.min - веденные в микропроцессор константы, характеризующие соответственно минимально и максимально допустимый токи на выходе цифроаналогового преобразователя, максимально допустимому и минимальному рабочему напряжениям на выходе преобразователя,
U'вых - константа, пропорциональная текущему значению напряжения на выходе преобразователя, поступающего на вход аналого-цифрового преобразователя, причем
Iref=Iref.max при Uэ вых≤U'вых.min.
2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что датчик тока выполнен в виде резистора, к выводам которого подключены входы другого дифференциального усилителя, выходом которого образован выход датчика.
