Устройство стабилизации напряжения постоянного тока

Авторы патента:

Шевченко Андрей Андреевич (RU)

Григораш Олег Владимирович (RU)

Власенко Евгений Анатольевич (RU)

Шульга Руслан Викторович (RU)

Шиян Юлия Васильевна (RU)

H02M3/337 - в двухтактной схеме

Владельцы патента RU 2444832:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока. Для достижения технического результата - повышения надежности работы стабилизатора напряжения постоянного тока - автономный высокочастотный инвертор выполнен на транзисторах (1) и (2), а в однофазном трансформаторе (3) первичная и вторичная обмотки содержат средние точки. Выпрямитель выполнен на диодах (4) и (5), а система управления (6) содержит делитель напряжения (7), генератор пилообразного напряжения (8), формирователь импульсов (9), распределитель импульсов (10), усилители импульсов (11) и (12). 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока.

Известные стабилизаторы, содержащие управляемые полупроводниковые ключи и осуществляющие импульсное регулирование напряжения постоянного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, рис.4.8-4.11), имеют недостатки: низкие показатели КПД и качества выходного напряжения, что ограничивает области их применения.

Наиболее близким по техническому решению является стабилизатор напряжения постоянного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, рис.4.21, с.207), содержащий автономный инвертор, трансформатор и управляемый выпрямитель, выполняющий функции регулировочного устройства - вольтодобавочного выпрямителя. Недостатком устройства стабилизации являются сложная схема системы управления и соответственно низкие показатели надежности стабилизатора.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы стабилизатора напряжения постоянного тока.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий автономный инвертор, трансформатор и выпрямитель, согласно изобретению, содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и с первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения являются первым и вторым входом системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым входами делителя напряжения, которые соединены с первым и вторым выходами стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления.

Новизна технического решения заключается в том, что в схеме стабилизатора применяется трансформатор, содержащий среднюю точку в первичной и во вторичной обмотках, выпрямитель, выполненный на диодах, а высокочастотный инвертор выполнен на двух транзисторах, система управления которого обеспечивает стабилизированное выходное напряжение. Поскольку выпрямитель соединен последовательно с входными выводами стабилизатора, то выходное напряжение стабилизатора напряжения постоянного тока определяется по формуле:

U_вых=U_вх+U_в.

Таким образом, выпрямитель выполняет функции вольтодобавочного устройства, питание которого осуществляется от автономного высокочастотного инвертора.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна аналогичная 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.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения постоянного тока; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы управления стабилизатором.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит автономный высокочастотный инвертор, выполненный на транзисторах 1 и 2, однофазный трансформатор 3, первичная и вторичная обмотки которого содержат средние точки, выпрямитель, выполненный на диодах 4 и 5, и систему управления 6, содержащую делитель напряжения 7, генератор пилообразного напряжения 8, формирователь импульсов 9, распределитель импульсов 10, усилители импульсов 11 и 12. На фиг.1 показаны выводы для подключения входного и выходного напряжения стабилизатора U_ВХ и U_ВЫХ соответственно и напряжение выпрямителя U_В.

Устройство стабилизации напряжения постоянного тока работает следующим образом. С выхода генератора пилообразного напряжения 8, вход которого соединен с входными выводами стабилизатора, сигнал U_ГПН (фиг.2, а) поступает на первый вход формирователя импульсов 9, на второй вход которого сигнал поступает от делителя напряжения 7 U_ДН (фиг.2, а), вход которого соединен с выходными выводами стабилизатора. Когда U_ГПН>U_ДН на выходе формирователя импульсов формируется управляющий сигнал U_ФИ (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 10 и усилители импульсов 11 и 12 поступает на управляющие электроды транзисторов 1 или 2. К примеру, если напряжение на выходных выводах стабилизатора уменьшится, то и уменьшится напряжение U_ДН (фиг.2, в), уменьшится угол управления транзисторами с α₁ до α₂ (фиг.2, б, г). Временной интервал открытого состояния транзисторов 1 и 2 увеличится, значит, увеличится выходное напряжение выпрямителя U_B и соответственно выходное напряжение стабилизатора U_ВЫХ.

Использование в составе стабилизатора напряжения однофазного трансформатора, первичная и вторичная обмотки которого содержат среднюю точку неуправляемого выпрямителя и высокочастотного инвертора с системой управления, выгодно отличает предлагаемый стабилизатор напряжения постоянного тока от известного, так как повышается надежность его работы.

Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий автономный инвертор, трансформатор и выпрямитель, отличающийся тем, что однофазный трансформатор содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения являются первым и вторым входами системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым входами делителя напряжения, которые соединены с первым и вторым выходами стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления.

Изобретение относится к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных источниках вторичного электропитания, и направлено на повышение быстродействия двухтактного транзисторного преобразователя в режиме заряда емкости выходного фильтра с повышением КПД и надежности его работы.

Двухтактный преобразователь напряжения // 2314627

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении конверторов и инверторов. .

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки // 2269195

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания. .

Трансформатор постоянного напряжения // 2267218

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователей постоянного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания.

Преобразователь напряжения и способ управления им // 2251786

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован в статических преобразователях электрической энергии. .

Способ регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром // 2245232

Изобретение относится к способу регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром и может найти применение в сварочных аппаратах в различных отраслях машиностроения.

Мостовой инвертор // 2223590

Изобретение относится к области электротехники, а именно к однофазным мостовым транзисторным инверторам, применяемым в различных источниках питания. .

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения // 2212089

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двухтактным преобразователям постоянного напряжения. .

Двухтактный инвертор // 2206173

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах, преобразующих постоянное напряжение в переменное, применяемых во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту.

Преобразователь напряжения // 2155431

Двухтактный мостовой преобразователь // 2455746

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии

Способ импульсного преобразования постоянного напряжения и устройство для его осуществления // 2510871

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное - инвертора-хм и регулятора-хм напряжения автономных систем электропитания и электроприводов перспективных авиакосмических летательных аппаратов с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей - получение выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидального. В способе импульсного преобразования постоянного напряжения энергию от источника питания постоянного тока непрерывно передают непосредственно подключенной к нему двухконденсаторной емкостной стойке. Путем импульсного управления двумя регулируемыми ключами на первом этапе каждого периода высокочастотного периодического процесса дозирования осуществляют накопление энергии в дозирующем дросселе, подключая его к одному из двух конденсаторов стойки через замкнутый один из двух регулирующих ключей при разомкнутом другом ключе. На втором этапе энергию, накопленную на первом этапе, передают в другой конденсатор стойки при разомкнутых состояниях обоих ключей от дозирующего дросселя через один из двух выпрямительных диодов. Энергию, накапливаемую в конденсаторах стойки и в дозирующем дросселе, и энергию источника питания непрерывно передают в нагрузку переменного тока по двунаправленной цепи между средними выводами источника питания и емкостной стойки, периодически изменяя величину и полярность напряжения нагрузки на чередующихся полупериодах низкочастотного периодического процесса. На этапах длительности каждого его периода при нарастании напряжения нагрузки энергию, накопленную в первом конденсаторе емкостной стойки и источника питания, дозированно передают во второй конденсатор и в нагрузку. На этапах длительности того же периода при спадании напряжения нагрузки или при его неизменности энергию из второго конденсатора стойки и источника питания дозированно передают в первый конденсатор и в нагрузку.2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Импульсный источник напряжения // 2551118

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Технический результат заключатся в расширении функциональных возможностей устройства при его реализации, а именно получении выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной, при сохранении свойств простоты схем реализации его и жесткой нагрузочной характеристики. Для этого заявленное устройство, содержащее нагрузку, первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно-емкостной фильтр Г-образного типа, резистивный датчик выходного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в нагрузке, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в нагрузке. 4 ил.

Резонансный преобразователь // 2566736

Настоящее изобретение относится к цепи (101) питания, которая содержит: мостовую схему (103), множество резонансных контуров (107, 107', 107''), соединенных с мостовой схемой (103), причем каждый резонансный контур (107, 107', 107'') может соединяться с соответствующей цепью (109, 109', 109'') нагрузки, которая содержит одну или более нагрузок (111), множество блоков (129) переключения питания, соединенных между мостовой схемой (103) и соответствующей цепью (109) нагрузки последовательно одной или более нагрузкам (111) соответствующей цепи (109, 109', 109'') нагрузки для соединения и отсоединения соответствующей цепи (109) нагрузки от мостовой схемы (103), и блок (131) управления для управления блоками (129) переключения питания синхронно с резонансным током (Ires) резонансного контура (107), соответствующего одному из упомянутых блоков (129) переключения питания, при этом на каждую цепь (109, 109', 109'') нагрузки предусмотрен резонансный контур (107, 107', 107'') и блок (129) переключения питания. Технический результат - возможность независимого уменьшения яркости во всём диапазоне. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Многоканальный трансформатор постоянного напряжения // 2567849

Изобретение относится к электротехнике, а именно к многоканальным преобразователям систем вторичного электропитания с трансформаторами постоянного напряжения (ТПН). Многоканальный ТПН содержит задающий генератор с парафазным выходом, двухтактный ключевой усилитель (КУМ), последовательный резонансный контур из конденсатора и дросселя, ТПН с n вторичными обмотками, n выпрямителями, n емкостными фильтрами и n ключевыми нормализаторами тока (КТН) с индивидуальной настройкой порога стабилизации выходного тока. Каждый КТН выполняется на основе однотактного последовательного ключевого усилителя, широтно-импульсного модулятора, источника опорного напряжения, индуктивного фильтра и датчика тока. Резонансная частота выбирается равной частоте переключений КУМ, параметры резонансных элементов выбираются на номинальную выходную мощность ТПН, а источник опорного напряжения и датчик тока каждого канала настраивают на уровень стабилизации выходного тока 1,2 от номинального тока канала. Техническим результатом является повышение энергетической эффективности, стабильности нагрузочных характеристик каналов вторичных напряжений с индивидуальной защитой каждого канала от перегрузки и расширение области применения. 4 ил.

Способ управления преобразователем напряжения // 2572002

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии. В способе управления преобразователем напряжения формируют две последовательности парафазных импульсных сигналов - первую и вторую, причем вторую последовательность парафазных импульсных сигналов сдвигают относительно первой последовательности на регулируемое время. Управление первым и вторым транзисторами осуществляют парафазными импульсными сигналами первой их последовательности, а управление третьим и четвертым транзисторами - парафазными импульсными сигналами второй их последовательности. 8 ил.

Трансформатор постоянного напряжения // 2583761

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания. Предлагаемый стабилизатор-трансформатор постоянного напряжения (ТПН) выгодно отличается от технических аналогов и ТПН-прототипа обеспечением стабильности выходного напряжения при изменении напряжения электропитания. Техническим результатом от использования изобретения является стабилизация выходного напряжения от воздействия дестабилизирующих факторов, связанных с изменением нагрузки и напряжения электропитания. В предлагаемом стабилизированном трансформаторе постоянного напряжения дополнительно введены сигнальная обмотка трансформатора, дополнительный выпрямитель, емкостной фильтр, усилитель разностного сигнала, а задающий генератор выполнен управляемым по частоте и соединен входом управления к выходу усилителя разностного сигнала, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, а второй вход соединен через емкостной фильтр и дополнительный выпрямитель к сигнальной обмотке трансформатора. 4 ил.

Резонансный мостовой преобразователь напряжения // 2593148

Предлагаемое устройство относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии. Устройство является резонансным мостовым преобразователем напряжения. В нем содержатся: управляемые ключи с инверсной проводимостью (например, полевые транзисторы), образующие мостовую схему; резонансная LC-цепь, выполненная в виде обмотки дросселя и конденсатора, которые соединены последовательно друг с другом; силовой трансформатор с первичной и вторичной обмотками; силовой выпрямитель тока вторичной обмотки; конденсатор выходного фильтра. В преобразователе напряжения резонансного типа: входная цепь мостовой схемы, образованной управляемыми ключами с инверсной проводимостью, подключена к шинам питания; нагрузкой выходной цепи упомянутой мостовой схемы является двухполюсник, образованный резонансной LC-цепью и первичной обмоткой силового трансформатора, которые соединены последовательно друг с другом; вторичная обмотка силового трансформатора через силовой выпрямитель подключена к выводам конденсатора выходного фильтра. Предлагаемыми новыми признаками преобразователя напряжения резонансного типа являются: использование в устройстве дополнительного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, а также дополнительного выпрямителя; включение первичной обмотки дополнительного трансформатора параллельно конденсатору резонансной LC-цепи; подключение вторичной обмотки дополнительного трансформатора через дополнительный выпрямитель к выводам конденсатора выходного фильтра. Предлагаемое техническое решение позволяет получить технический результат - повысить надежность работы преобразователя напряжения резонансного типа на основе ограничения на любом заранее выбранном уровне энергии, накапливаемой в элементах резонансной LC-цепи. В варианте устройства передача энергии в нагрузку осуществляется несколькими силовыми трансформаторами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Стабилизатор напряжения постоянного тока // 2626462

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока. Для повышения надежности работы стабилизатора напряжения и возможности принудительного регулирования выходного напряжения в стабилизаторе напряжения постоянного тока, содержащем автономный инвертор, трансформатор и выпрямитель, в котором однофазный трансформатор содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, согласно изобретению делитель напряжения выполнен в виде магнитодиода, а система управления содержит RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения использованы в качестве первого и второго входов системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи, первый вывод которой соединен с первым выходом стабилизатора напряжения, второй вывод которой соединен со вторым выходом стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен первым входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления, в воздушном зазоре магнитопровода, являющегося сердечником катушки в RL-цепи и дополнительной разомкнутой катушки, размещен магнитодиод, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока последовательно с резистором, при этом анод и катод магнитодиода соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов. 2 ил.

Полумостовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное // 2635351

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах питания для преобразования постоянного напряжения в постоянное с блоком управления, реализующим широтно-импульсную модуляцию. Техническим результатом изобретения является уменьшение динамических потерь, повышение кпд преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в полумостовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий подключенные параллельно к первому и второму входным выводам (11, 12) соединенные последовательно первый (2) и второй (3) силовые ключи и соединенные последовательно первый (4) и второй (5) конденсаторы, трансформатор (9, первый (10) и второй (11) диоды, фильтр (12), элемент (13) обратной связи, блок (15) управления. Введены индуктивность (8) и соединенные встречно третий (6) и четвертый (7) силовые ключи и подключенные параллельно первичной (91) обмотке трансформатора (9). 4 ил.