Устройство регулирования выпрямленного напряжения

(5)5 Н 02 М 7/12 ИЗ ОПИСА РЕТЕН ПАТЕНТУ Изобрете ке и может бы преобразова вторичного эл тви ункциональятора.е выводы.1 етного дейвиде транс- нительной Цель изо сниженвня паден ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(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. Магнитно- полупроводниковые и электромашинные элементы автоматики, Рязань, 1982 с. 72- 83.Авторское свидетельство СССР В 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 нание относится к электротехнить использовано в устройствах ельной техники и системах ектропитания.ретения - повышение КПД пуя максимально возможного ия напряжения на регулирую 2пряжения 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 сигиала 18 соответственно. 3 з.п,ф-лы.3 ил. щем элементе непрерывного д следовательного типа.На чертеже представлена ф ная схема предложенного регулРегулятор содержит входны и 2, регулирующий орган дискр ствия (РОДД) 3, выполненный в форматорно-ключевой испол50 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 непосредс 1 венно объединен с выходными выводами устройства 4 и 5 для подключения нагрузки 6. Информационные управля 1 ощие 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 упрэвля 1 ощих входа 11 и 12 АЦСУ 8 связаны с источником опорных напряжений 13 (Ос) и 14 (002), 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 напрякения (ИУН) 18 (Оу). 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 выходныл выводам устройства, Кроме того, ТКИС может быть выполнена непосредственно с выходом постоянного тока в виде группы трансформаторов с выходными обмотками, нагруженными на индивидуальные двухполупериодные выпрямители с общим выхп. 15 20 25 30 35 40 45 дом и совме 1 цающих 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 Оо 113 и Оо 2 14. Результат сравнения падения напряжения Ьа РЭНД 10 с опорными напряжениями 13 и 14 преобразуется АЦСУ 8 в цифровой код на управляющих выходах 7, необходимый для изменения коэффициента пе реда ч и по н ап ряже ни ю 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 Оо 113 и Оо 2 14, определяющих его минимальный и максимальный уровни, Минимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 определяется величиной Оо 1 13 и, очевидно. должен быть минимальным и близким к напряжению насыщения РЭНД(Ор 3 нд щ 1 п 001). Максимальный уровень падения напряжения на РЭНД 10 определяется диапаэоногл изменения входного напряжения и числом разрядных секций ТКИС определяющих величинудискретной 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 услови- ем Орэнд щах = 002 =- (001 + Л Ородд + Л Озал) где Л Ородд - величина дискретного изменения напряжения на выходе РОДД 3 при изменении управляющего кода на выходе КОСУ 8 на единицу; Л Озп Ордд - малая величина запаса, необходимая для обеспечения устойчивой работы контура дискретного регулирования (КДР), образованного РОДД 3, АЦСУ 8, Оо, 13 и Оо 14,Если для г 1 адения напряжения на РЭНД 10 выполняется условие Оо 1 - ОрндОо 2, то выходной код АЦСУ 8 остается неизменным и, следовательно. остаемся неизмен 183 г 796ние, в коэффициент передачи раз отлинов от Он, 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 О 01ОрэндО 02, Изменение напряжения на входных зажимах 1 и 2 или тока нагрузки 6 о этом случае 15 приводят к изменению напряженил на обмотках 19 и 21 трансформатора 20, т,к. напряжение на обмотке 21 определяется СуММОй НаПряжЕНИй О 21 = Оя + Орэнд + +ЙОдир, где Одр- прямое падение на диоде 20 выпрямителя 22; а = 1 для выпрямителя сосредней точкой и а = 2 для мостового выпрямителя.Нарушение условия О 01ОрэндО 02, напРимеР: в виде ОрэндО 02, пРиводит к 25 тому, что выходной код АЦСУ начинает последовательно изменяться, управляя коэффициентом передачи РОДД 3 таким образом, чтобы восстановить выполнение условия О 01 ОрэндО 02, 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 ОрэндО 02 напРавление изменениЯвыходного кода АЦСУ 8 и коэффициента передачи РОДД 3 должны быть таким, чтобы напряжение на входе РОДД 3 увеличива лось и соответственно уменьшалось напряжение на первичной обмОтке 19 трансформатора 22, т,е. о конечном счете, уменьшалось напряжение на выходе выпрямителя 20, что, в свою очередь, эквивалент но уменьшению падения напряжения на РЭНД 10. Таким образом для уменьшения падения напряжения на РЭНД 10 при ОрэндО 02 коэффициент пеРедачи по напряжению РОДД 2 необходимо уменьшить 50 (коэффициент передачи по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к входному).РЕГУЛИРОВаНИЕ ПРИ Орэ дО 0 ОСУЩЕСтвляется аналогично, но в этом случае на правление изменения выходного кода АЦСУ 8 должно быть таким, чтобы коэффициент передачи по напряжению РОДД 3 увеличивался. им коэффициет передачи по напряжению(коэффициент трансформации) РОДД 3, Выходное напряжение на нагрузке 6 (О,) контролируется КНР на задачом ИУН 18 уровне, поэтому выходное напряжение РОДД 3, равноеО;. и его входное напряжеШаг дискретный изменений выходногонапряжения РОДД 2 (Л Ородд) определяетсячислом разрядов входящей в него ТКИС,диапазонами изменений входного выходного напряжений и почти не зависит от изменений тока нагрузки. Увеличивая числоразрядов ТКИС, формирующий РОДД 3,можно обеспечить величину Орэпд и ах лишьнезначительно превышающей величину, чтои обеспечивает высокий уровень КПД устройства во всем диапазоне изменения напряжений нагрузки и питающей сети.Сравнительную оценку энергетическойэффективности предлагаемого устройстварассмотрим на частном примере регулятора, работающего в режиме стабилизациивыходного напряжения Он = 5 В при токенагрузки 1 - 10 А и амплитуде входноговысокочастотного напряжения прямоугольной формы Оп = 120 - 170 В, в случае егоподключения к выходу полумостооого инвертора с питанием от стандартной сетипеременного тока,э Для трехразрядной ТКИС с двоичнымкодированием шаг дискретных измененийвыходного напряжения РОДД 3 приближенно можно оценить по формуле ЛОрщд==(Ос пах - Ос ии)/(2"-1):(О с пп/О) где К -число разрядов ТКИС, В данном случае выходное напряжение РОДД 3, квивалентнопреобразуемое схемой регулятора в такоеже изменение напряжения на вход РЭНД10, составит: Л Ордд = Л Орэпд = 0,3 В, амаксимальное падение напряжения наРЭНД 10 при Орам=3 В будетравно: Орэндпах= 3 + 0,3+ 0,1 = 3,4 В, где ЛОзап = 0,1Взапас 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), томаксимальное значение потерь на РЭНД 10при коэффициенте трансформации трансформатора 20 равнымединице составит;Л Ррэнд = 0,253,4 = 0,85 Вт или 1,7; Рн.В устройстве - прототипе максимальное падение напряжения на РЭНД при техже условиях составит 53 В и, следовательно,максимальная мощность потерь при Оп пах==13,25 Вт или 26,5 Рн,Формула изобретения1, Устройство регулирования выпрямленного напряжения, содержащее основной канал преобразователя напряженияпеременного тока в напряжение пос оянного тока, дополнительный трансформатор,двухполупериодный выпрямитель и р гулирующий элемент непрерывного д вия,1836796 Составитель А. Голованчиковактор А. Мельникова Техред М.Моргентал . Корректор Н, Ревск Подписное етениям и открытиям при ГКНТ Сшская наб 4/5 аз 3026 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изо113035, Москва, Ж, Р изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина 1 п 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 выходу5 усилителя рассогласования, один из входовкоторого связан с потенциальным выходным выводом, а второй его вход соединен свыводом для подключения источника управ ляющего сигнала.10 2, Устройство по п.1, отл ича ющеес я тем, что регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде трансформаторно-ключевой исполнительной структуры,представляющей собой трансформатор с15 рядом обмоток, связанных между собой спомощью вентильных и ключевых элементов с целью дискретного изменения коэффициента трансформации, выход которогочерез двухполупериодный выпрямитель20 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 исполнительной25 структуры, содержащей группу трансфор- .маторов, нагруженных на двухполупериодные выпрямители и связанных междусобой с помощью ключевых элементов сцелью дискретного изменения группово 30.го коэффициента передачи по напряжению,