Стабилизатор напряжения постоянного тока

о 1;739695 Союз Советских Социалистических Республик(51) МКл,2 Н 02 М 3/305 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. Дата опубликования описания 06,0680 .(12) Авторы изобретения Г,Л, Бенедиктов и Н,М, .Новикова Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им, В,И, Ульянова (Ленина)(71) Заявитель 54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКАИзобретение относится к электротехнике, в частности ко вторичным источникам, и может использоваться для питания импульсных радиотехнических систем.Широко известны стабилизаторы напряжения, содержащие включенный последовательно. в питающую шину регулирующий элемент ключевого типа 11.Стабилизаторы напряжения с импульсным регулирующим элементом имеют суще ст вен ные недо стат ки: при импульсном режиме регулятора требуется установка энергоемких входных фильтров; наличие энергоемких фильтров вызывает инерционность процесса регулирования; неустойчиво работают на импульсную нагрузку; создают значительные радиопомехи. Известны также устройства с ре" гулирующим элементом в виде инвертора, тока 2) .К недостаткам устройств с регулирующим инвертором тока относятся: крутопадающий характер внешней характеристики инвертора тока, значительные габариты и масса устрой" ства, так как в этой схеме инвертос тран с формат ор и выпр ямит ель должнывыполняться на полную мощность.Из известных стабилизаторов напряжения наиболее близким по технической сущности к предложенномустабилизатору является стабилизаторнапряженйя с последовательным регулирующим элементом, выполненном наинверторе тока 3) . В этом устройстве выводы переменного тока инвертора через трансформатор и токоограничивающие реакторы соединены свыпрямителем, подключенным выводами постоянного тока к нагрузке. Ин вертор тока в этой схеме передаетв цепь переменного тока толькочасть мощности, потребляемой нагрузкой, и через выпрямитель она возвращается в цепь постоянного тока не посредственно к н,агруэке. это позволяет значительно уменьшить массу игабариты инвертора, трансформатораи выпрямителя и обеспечить высокийКПД. Так как входная характеристикаинвертора тока имеет в области малых загрузок по току падающий характер, то и внешние характеристикистабилизатора напряжения с регулирующим элементом имеют крутопадающий ЗО характер. Выходное сопротивление та5 (О 15 20 кого устройства имеет большую величину, поэтому оно может эффективноиспользоваться для регулирования истабилизации тока,При питании устройств с резкопеременной нагрузкой стабилизациинапряжения возможна только при оченьвысоких коэффициентах усиления всистеме управления, что ухудшаетдинамические характеристики и усложняет систему регулирования. Необхо димо также устанавливать энергоемкие емкостные фильтры, которые увеличивают массу и габариты источникапитания.Цель устройства - уменьшение вы-ходного сопротивления стабилизатораи расширение за счет этого его функ циональных возможностей.Это достигается тем, что в уст.ройстве 3), содержащем регулирующий элемент в виде инвертора тока,цепью питания включенного в проводящем направлении между первымивходным и выходным его выводами,ивентильный мост, один вывод постоянного тока которого образует вторыевходной и выходной его выводы,причем выводы переменного тока инвертора тока и вентильного моста связанымежду собой через реактивные элементы, второй вывод постоянного токавентильного моста соединен черезсглаживающий фильтр с первым одноияенным по полярности выходным выводом стабилизатора, а между выводами переменного тока инвертора ивентильного моста включены конденсаторы.На фиг. 1 приведена структурная"схема стабилизатора; на фиг. 2принципиальная электрическая схемастабилизатора; на фиг. 3 - кривыезависимости напряжения на нагрузкеот -тока нагрузки для известной схеЯй"и"предложенного стабилизатора-напряжения.Источник 1 питания подключен кнагрузке 2 через последовательныйрегулирующий элемент, который выполненна инвертбре 3. тока. Выводы переменного тока инвертора 3 соединены через конденсаторы 4 с выводамипеременного тока вентильного моста5, Вывод положительной полярностиэтого моста 5 соединен через сглаживающий дроссель 6 с положительнымвыводом нагрузки 2. Сглаживающийдросчель 7 обеспечивает сглаживаниетока потребляемого от источникапитания,На фиг. 3 кривые а, б показывают зависимость напряжения нанагрузке от тока нагрузки для стабилизатора с трансформаторной связьюсоответственно при частоте инверти"рования 1 и 5 кГц; кривые в,г - при этих же частотах дляпредлагаемой схемы. Кривая.д 25 30 35 40 45 50 55 60 представляет собой внешнюю характеристику предлагаемого стабилизатора напряжения.Стабилизатор работает следующим образом;При работе с пблной нагрузкой тиристоры инвертора 3 должны переключаться с частотой, близкой к максимальной. Конденсаторы инвертора при высокой частоте обеспечивают большие значения емкостных токов,что обеспечивает большие значения напряжений на выводах переменного тока инвертора. Сопротивления разделительных конденсаторов 4 при высокой частоте имеют малые величины,что обеспечивает малые падения напряжений на них при протекании переменного тока, При большом напряжении на выходных выводах переменного тока инвертора 3 и малом сопротивлении конденсаторов 4 обесйечиваются большие значения напряжений на выводах выпрямителя 5 и, следовательно,обеспечивается большое значение тока,подводимого к нагрузке 2 через дроссель б от выпрямителя 5.При уменьшении тока йагрузкинеобходимое выходное напряжениеобеспечивается при меньшей частотепереключений тиристоров инвертора.Компенсация изменения напряженияисточника 1.питания обеспечиваетсяза счет изменения частоты переключения тиристоров инвертора 3. Еслинапряжение питания имеет максимальное значение, то заданное напряжениепри номинальном значении тока нагрузки обеспечивается при среднихчастотах инвертора, При уменьшениипитающего напряжения необходимоувеличить частоту инвертирования домаксимальной. Необходимое изменениечастоты переключений тиристоровобеспечивается системой управления,которая содержит систему сравнения,преобразователь напряжения в частоту и систему распределения и усиления импульсов,Использование в качестве регулирующего элемента инвертора на тиристорах, который через конденсаторысоединен с выпрямителем, позволяетполучить жесткие внешние характеристики при неизменной частоте изначлтельном изменении тока нагрузки (см. фиг. 3, кривые, файв,г). Так как ток в нагрузке определяется суммой токов анвертора ивыпрямителя, то ток регулирующегоэлемента меньше тока нагрузки, исхема работает с высоким КПД.По предлагаемой схеме изготавливают стабилизатор на 27 В, 40 А.КПД при токах нагрузки от 2 до40 А не ниже 85% . Выходное статическое сопротивление стабилизатора вмодельной установке меньше 0,1 Ом,нию с известным стабилизатором 31 выходное сопротивление предлагаемого стабилизатора уменьшается в 10- 100 раз,5Формула изобретенияСтабилизатор напряжения постоянного тока для питания устройств с резко переменной нагрузкой, содержащий регулируюший элемент в виде инвертора тока, цепью питания включенного в проводяшем направлении между первыми входным и выходным его выводами, и вентильный мост, один вывод постоянного тока которого образует вторые входной и выходной выводы, причем выводы переменного тока инвертора тока и вентильного моста связаны между собой через реактивные элементы, о т л и ч а ю " 2 О ш и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейза счет уменьшения выходного сопротивления стабилизатора, второй выводпостоянного. тока вентильного моста соединен через сглаживаюший фильтрс первым одноименным по полярностивыходным выводом стабилизатора, амежду выводами переменного тока инвертора и вентильного моста включены конденсаторы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чиженко И,М Руденко В.С.,Сенько В.И. Основы преобразовательной техники, Высшая школа, 1974.2. Богданов Н.Н. Стабилизация постоянного напряжения на нагрузкеза счет регулирования частоты всистеме инвертор-выпрямитель. М.,ТРУды МЭИ, 1975, вып. 275, с, 2027.Авторское свидетельство СССРР 398367, кл. 23 К 9/00, 1973.Составитель Г, Мыцык бельная Техред Н,Бабурка КорректЗаказ 2955/49 Тираж 783 ЦНИИПИ Государственнбго коми по делам иэрбретений и о 113035, Москва, Ж, Раушстетакрытиая на Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проек