Регулятор напряжения и способ управления этим регулятором

,10516 А 16; С 1 0 3(5 Н Н 0 и ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ СССР /22,Авторское свидетельство ке Р 692033, кл. 6 05 Г СССР1/22СССР етельств 4-07, ство троение й управ- скойимпульс(54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ И СПОСОБУПРАВЛЕНИЯ ЭТИМ РЕГУЛЯТОРОМ,(57) 1, Регулятор напряжения, содержащий Н высокочастотных трансформаторов, обмотки которых выполнены ввиде двух полуобмоток с отпайками,одни разноименные концы которыхсоединены через полностью управляемые ключи инверторных ячеек с общимвыводом регулятора, а другие разноименные концы первого трансформатора объединены и образуют входнойвывод регулятора, выходной выводкоторого подключен к отпайкам посек, что, ьных ыход- пооче- ьсных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Г.Я.Михальченко и В.Д.Семенов (71) Научно-исследовательский инст тут автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизиро ванных систем управления и радиоэлектроники Ю(56) 1. Авторское свидетельство по заявке У 699504, кл. С 05 Е 1 1976.2 по заяв1976.3. Авторское свидпо заявке Р 2541528/2кл., 6 05 Г 1/22, 1976.4. Авторское свидетельпо заявке 9 760336,кл. Н 02 Р 13/14, 1977.5. Михальченко Г.Я. Пои исследование силовых цепления параметрами электричэнергии методом многозонноной модуляции. Горький, 19с. 10, рис, 4. леднего трансформатора через паруполностью управляемых ключей демодулятора, схему управления с задающимгенератором и фазосдвигающими блока- и- . ми с регулируемыми углами задержкии опережения, входами, подключеннымик задающему генератору и через пороговые элементы - к управляющему входу регулятора, а противотактнымивыходами - к управляющим цепям.ключей инверторных ячеек, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что, с целью повышения технико-энергетических показателей и расширения функциональных воэ"можностей,.отпайки каждой полуобмотки трансформаторов, кроме последнего,подключены к другим разноименным кон-Йцам последующих трансформаторов непо-дсредственно, управляющие входы клю- Цф Рчей половины инверторных ячеек сое- еевдинены с противотактными выходамифазосдвигающих блоков с регулируемыми углами задержки,. а другой половины - с противотактными выходамифазосдвигающих блоков с регулируемыми углами опережения.2. Способ управления регулятдромнапряжения, заключающийся в форми 3 аааровании опорной последовательности противотактных импульсов для (5управления ключами демодулятораи )Ч противотактных импульсных последовательностей, фазовые сдвиги ЬМ)половины из которых изменяют всторону задержки, а второй половины - в сторону опережения для управления ключами инверторных ячео т л и ч а ю щ и й с ятем, :Вс целью расширения функционалвоэможностей, регулирование вного напряжения осуществляютредным изменением фаэ М импулпоследовательностей.55 Изобретение относится к преобраэовательной технике, в частности ктехнике регулирования и стабилизации переменных и постоянных напряжений, и может найти применениев качестве регулируемых источников 5 . питания в тех случаях, где требуется высокое качество электроэнергии,минимальные массогабаритные характеристики и высокое быстродействие.Известен регулятор напряжения, 1 Осодержащий высокочастотный трансформатор, инверторную ячейку, М последовательно включенных демодуляторовна полностью управляемых ключах исхему управления с задающим генератором, соединенным с управляющимивходами инверторной ячейки и фазосдвигающими блоками с регулируемымиуглами задержки и опережения, связанные через пороговые элементы с управляющим входом регулятора и управляющими входами ключей демодуляторов 13Известен способ управления такимрегулятором, заключающийся в формировании опорной последовательностипротивотактных импульсов для управления ключами инверторной ячейки . и ряда, по числу демодуляторов, регулируемых по фазе в сторону задержки и опережения противотактных последовательностей для управления 30ключами демодуляторов, причем пооче) редно изменяют Фазы последовательностей, пбдаваемых на ключи, смежные относительно, зажимов низкой частотыдемодуляторов 2 )35Такой регулятор напряжения испособ управления им позволяют реализовать многозонную импульсную модуляцию.Однако в цепи нагрузки всегда 40 включено большое число ключей демодуляторов, что снижает КПД, а способ управления позволяет реализовать каждым демодулятором однополярноеодностороннее широтно-импульсное регулирование напряжения, имеющее . худшие энергетические показатели посравнению с двусторонним.Известен регулятор напряжения,выполненный по нулевой схеме 3 3.Однако для реализации двусторонней однополярной реверсивной модуляции он снабжен дополнительным нулевым ключом, что приводит к увеличению установленной мощности ключейв полтора раза.,Известен способ управления та.ким регулятором, заключающийся вформировании изменяющихся по длительности импульсных последовательностей.для управления основными и 60дополнительным ключами 4В практических устройствах-из-законечного времени рассасывания неосновных носителей в полупроводниковых приборах приходится ограни чивать минимальную и максимальнуюдлительность импульсных последовательностей, а это приводит к резкому уменьшению диапазона регулирования выходного напряжения, что вызывает резкое повышение установленной мощности, снижение КПД, роспульсаций. Кроме того, для реализации многоэонной импульсной модуляции необходимо регуляторы соединятьпоследовательно, что снижает КПДрегулятора.Наиболее близким к предлагаемомуявляется регулятор напряжения, содержащий М преобразовательных ячеек,каждая из которых содержит два трансформатора, одни разноименные концыкоторых через ключи соединены собщей шиной регулятора, а другиеконцы первого из упомянутых двухтрансформаторов объединены и включены в. рассечку линейного провода регулятора и последовательно междупреобразовательными ячейками. Отпайки, которыми снабжены трансформаторы,для первого трансформатора подключены к другим разноименным концам второго трансформатора, а отпайки последнего объединены через ключидемодуляторов. Схема управлениярегулятором содержит задающий гене-.ратор и фазосдвигающие блоки с регулируемыми углами задержки и с регу.=:лируемыми углами опережения, которыесвязаны с управляющим входом регулятора (Иу) через пороговые элементыс последовательно нарастающими уровнями 5 3.Однако в регуляторе неоправданноснижены технико-энергетические показатели, так как в цепи протеканиятока нагрузки в любой момент временивключено М ключей демодулятора,.увеличивающих потери регулятора, Прирегулировании переменного напряжениянеобходимо опорную импульсную последовательность подавать на все ключидемодулятора, что также приводит кувеличению потерь в цепи управленияэтими ключамиК такому регуляторуможет быть применен только способуправления, заключающийся в йоочередном изменении фаз пар импульсныхпоследовательностей с регулируемымиуглами задержки и опережения, который ограничивает функциональныевозможности регулятора в целом.Известный способ управления регулятором заключается в формированииопорной последовательности противотактных импульсов для управленияключами дембдулятора и й противотактных импульсных последовательностей,фазовые сдвиги половины иэ которыхизменяют в сторону задержки, авторой половины - в сторону опережения для управления ключами инвер-,торных ячеек,,за счет уменьшения в цепи протеканиятока нагрузки ключевых элементови расширение функциональных возмож;ностей за счет устранения необходимости поочередного изменения фазпар импульсных последовательностей.Поставленная цель достигаетсятем, что в регуляторе, содержащемН высокочастотных трансформаторов,обмотки которых выполнены в видедвух полуобмоток с отпайками, одниразноименные концы которых соединены через полностью управляемые клю-.чи инверторных. ячеек с общим выводом регулятора, а другие разноимен-.ные концы первого трансформатораобъединены и образуют входной вывод регулятора, выходной вывод которого подключен к отпайкам последнеготрансформатора через пару полностью 2 Оуправляемых ключей демодулятора,схему управления с задающим генератором и фазосдвигающими блоками срегулируемыми углами задержки и опережения, входами подключенными к ,. 25задающему генератору и через пороговые элементы-к управляющему входурегулятора, а протинотактными выходами - к управляющим цепям ключей инверторных ячеек, отпайки каждой 30полуобмотки упомянутых трансформаторов, кроме последнего, подключены.к другим разноименным концам последующих трансформаторов непосредственно, управляющие входы ключей половины инверторных ячеек соединеныс противотактными выходами фазосдвигающих блоков с регулируемыми угламизадержки, а другой половины - спротинотактными выходами фазосдвигаю"щих блоков с регулируемыми угламиопережения.Кроме того, согласно способу управления регулятором напряжения, заключающемуся н формировании опорной после-довательности противотактных импульсов для управления ключами демодулятора и М противотактных.импульсныхпоследовательностей, фаэоные сдвигйполовины из которых изменяются всторону задержки, а второй полови- .50ны -в сторону опережения, для управления ключами инверторных ячеек,регулирование выходного напряженияосуществляют поочередным изменениемфаз М импульсных последовательностей. 55На фиг. 1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие сущ-.ность предлагаемого способа управления этим регулятором.Регулятор содержит М высокочастотных трансформаторов 1, 2, 3, 45, 6 и инверторных ячеек на полностьюуправляемых ключах 7-8, 9-10, 11-12,13-14,15-16, 17-18, демодулятор 65 на ключах 19 и 20 и схему управления 21 с задающим генератором 22и фазосднигающими блоками с регулируемыми углами задержки 23-25 и опережения 26-28, входами подключеннымик задающему генератору и через пороговые элементы 29, 3031 к управляющему входу регулятора, а ныходамик управляющим входам ключей инверторных ячеек Обмотки каждого высокочастотного трансформатора выполненын виде двух полуобмоток 32-33, 34-35,36-37, 38-39,40-41, 42-43 с отпайками, Одни из разноименных концовполуобмоток всех трансформаторов 1-6соединены с входными зажимами ключей7-8, 9-10, 11 - 12, 13-14,15-16,17-18 иннерторных ячеек, а выходныезажимы последних объединены и образуют общий с нагрузкой 44 вывод регулятора 45. Отпайки каждой полуобмоткитрансформаторов 1, 2, 3, 45 подключены к другим разноименным концамполуобмоток последующих трансформаторон 2, 3, 45, б, причем отпайкиполуобмоток последнего трансформатора б подключены к входным зажимам клю.чей 19 и 20 демодулятора, выходныезажимы которых объединены и образуютвыходной вывод 46 регулятора. Разноименные концы полуобмоток первоготрансформатора 1 также объединены иобразуют входной вывод 47 регулятора.Управляющие входы ключей 7-8,11-12,)5-16 полонины инверторныхячеек, например, с нечетными номерамитрансформаторов 1, 3,5 соединеныс противотактными выходами фазосдни- .гающих блоков с регулируемыми угламизадержки 23-25, а ключи 9-10,13-14,17.-18 другой половины иннерторных ячеек (с четными номерамитрансформаторов 2, 4,6) - с протинотактными выходами фаэосднигающих блоков 26-28 с регулируемыми углами опережения. При регулированиипостоянного напряжения демодуляторможет быть выполнен на неуправляемых ключах (диодах), а при регулировании переменного напряжения - на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостьюпричем управляющие входы ключей 19 и 20, демодулятора должны быть подключены кпротивотактным выходам задающего ге-нератора 22.На фиг. 2 обозначено напряжение опорной последовательности импульсов 48, напряжение последовательностей протинотактных импульсов, регулируемых по фазе в сторону задержки 49, 51, напряжение последовательностей проти.: вотактных импульсов, регулируемых по фазе в сторону опережения 50, 52, на" пряжение на нагрузке 44 - 53, 54 и 55. .напряжение, действующее на обмотках трансформаторов 5 и б соответственно 56 и 57.Способ управления регуляторомзаключается в следующем.. Формируют опорную последовательность противотактных импульсов 48(фиг, 2) и подают их (при регулировании переменного напряжения) иа 5управляющие цепи ключей 19 и 20 демодулятора, формируют ряд последователь"ностей импульсов 49, 50, 51 и 52 почислу инверторных ячеек, регулируемых по Фазе в сторону задержки о(Р10и опеРежениЯ Др и подают и 1 на Уп равляющие цепи ключей 7 - 18 инверторных ячеек. При этом последова"тельности импульсов 49, 50,срегулируемыми углами задержки 15подают на ключи 7-8, 11-12,15-16 половины инверторных ячеек,а на ключи другой половины 9-10,13 и 14,17-18 - импульсы 50 52с регулируемыми углами опережения/3 Р , причем поочередно изменяютФазы пар 49, 50, 51, 52последовательностей импульсов с регулируемыми углами задержки ор и опережения рр,Это позволяет создавать регуляторы напряжения с минимальным количеством ключей, обтекаемых токомнагрузки, управлять ключами инверторных ячеек гальванически связаннымицепями управления без изменения относительной длительности управляющих импульсов и повысить техникоэнергетические показатели и диапазонрегулирования выходного напряжения,Регулятор напряжения работает 35следующим образом,В исходном состоянии при.максимальном сигнале О все импульсы 48,49, 50, 51, 52,(Фиг. 2) находятся в Фазе, ключи инверторных ячеек замыкаются синхронно между собойи с ключами 19 и 20 демодулятора.На нагрузке 44 при этом действуетнапряжение 53, равное сумме напряже. ний источника питания Одп и всехотпаек трансформаторов 1, 2, 3, 45, 6. Причем, если положительноенапряжение последовательностей 49,50, . соответствует замкнутомусостоянию ключей 7, 9, 11, 13,15, 17, то отрицательное - ключей 8, 5010, 12, 14, , 16 р 19, а,последовательности 49 - ключей 19 и 20демодулятора соответственно.Уменьшение сигнала управленияниже опорного уровня порогового элемента 31 приводит к изменению углов сдвига Фаэосдвигающих блоков 27и 28 и, следовательно, к регулированию фазы последовательностей 49и 50 по отношению к фазе опорнойпоследовательности 48. Согласно углам сдвига ф( и рр (фиг. 2) изменяются Фазы замыкайия ключей 15, 16и 17, 18. Выходное напряжение 54 нанагрузке в этом режиме регулируетсяв верхней зоне, и эта регулируемаявеличина определяется суммой напряжений 56 и 57, действующих на отпайках трансформаторов 5 и 6. Прис(, = р, =.югнапряжения на отпайках указанныхтрансформаторов равны по величине,но находятся в противофазе, чтообеспечивает на нагрузке неискаженный уровень. При 22мР и (Р 2изменяется на 280 фаза суммарногоонапряжения 56 и 57 трансформато-,ров 5 и 6; Напряжение между входным 47 и выходным 46 выходами регулятора равно сумме напряжений,действующих на отпайках всех предыдущих трансформаторов 1, 2, 3,4;минус суммарное напряжениеотпаек и трансформаторов 5 и 6.На нагрузке в этом режиме действует напряжение 55, равное сумменапряжений источника питания идействующее между выводами 47и 48. При о(р и Вр равных 180имРпульсная составляющая напряжения 55становится равной нулю и на нагрузке снова действует неискаженноенапряжение,Дальнейшее уменьшение сигналауправления ниже опорного уровняпорогового элемента 30 приводит кизменению углов сдвига фазосдвигающих блоков 25 и 26 (при 14 = 6) и,как следствие, - кизменению фаззамыкания ключей 11, 12 и 13, 14,осуществляя регулирование выходногонапряжения в следующих двух зонахи т.д. Таким образом, предлагаемый регулятор напряжения и способ управления этим регулятором позволяют исключить блоки гальванической развязки цепей управления, повысить КПД, надежность регулятора, расширить диапазон регулирования выходного напряжения, снять ограничения на динамический диапазон изменения управляющего сигнала.4/5 нлиал ППП фПатентфф, г.ужгород роектная, 4 Закаэ 8684/55 Тираж 687ВНИИПИ Государственн по делам изобретени 113035, Москва; ЖПодписноео комитета ССи открытийРаушская наб.