Стабилизатор переменного напряжения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вкачестве вторичного источника электропитания, в частности в качестве5стабилизатора действующего или средневыпрямленного напряжения переменноготока.Цель изобретения - повышение КПД,На фиг. 1 приведена структурнаясхема стабилизатора переменного напряжения; на фиг, 2 - временные диагРаммы, поясняющие работу стабилиза-.тора; на фиг. 3 - примеры соединенияобмоток управления трансформаторарегулирующего органа и ключевых элементов управляемого ключевого узла;На фиг. 4 - таблица истинности, реапиэуемая каждой секцией дешифратора.Стабилизатор (Фиг. 1) содержитрегулирующий орган 1 и блок 2 управления. Регулирующий орган 1 выполненв виде трансформатора на трехстержневом магнитопроводе 3, на первом крайнем стержне которого расположены первичная обмотка 4, подключенная квходным выводам 5 и 6, и секции первой обмотки 7 управления, Начало,конец и внутренние отводы первичнойобмотки 4 через соответствующие ключевые элементы управляемого ключевого узла 8 соединены в общую точку.Аналогично начало, конец и два вывода каждой секции первой обмотки 7 управления через соответствующие ключевые элементы управляемого ключевогоузла 8 соединены в общую точку, Приэтом конец каждой предыдущей секциисоединен с общей точкой ключевых элементов последующей секции, Конец первичной обмотки 4 соединен с общей40точкой ключевых элементов первойсекции первой обмотки 7 управления.На втором крайнем стержне размещены.вторичная обмотка 9, подключеннаяк выходным выводам 10 и 11, и втораяобмотка 12 управления. Первый выводвторой обмотки 12 управления соединен с концом последней секции первойобмотки 7 управления, а второй выводчерез первичную обмотку трансформато 50ра 13 тока - с общей точкой ключевыхэлементов первичной обмотки 4,Блок 2 управления содержит измеритель 14, цифровой регулятор 15, де-.шифратор 16, узел 17 усилителей мощ -ности и узел 18 синхронизации. Измеритель 14 входом подключен к выходным выводам 10 и 11, а выходом - к входу цифрового регулятора 15, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора 16. Каждый цифровой выход последнего подключен к первому входу соответствую-щего усилителя узла 17, .а второй вход каждого из этих усилителей присоединен к выходу узла 18 синхронизации, который своим входом подключен к выходной обмотке трансформатора 13 тока, Выход каждого усилителя узла 17 соединен с управляющим входом соответствующего ключевого элемента из узла 8.Стабилизатор работает следующим образом.На входные выводы 5 и 6 подается переменное напряжение, в результате чего первичная обмотка 4 создает ИДС и в стержне магнитопровода 3, на котором она размещена, создается магнитный поток ф, уравновешивающий входное напряжение. Поток Ф, разделяется на два потока Ф, и фг .Поток Ф, проходит по среднему стержню магнитопровода 3, а поток ф - по крайнему стержню, на котором расположена вторичная обмотка 9. Поток , индуцирует в первой обмотке 7 управления ЭДС 1, а поток ф индуцирует во второй обмотке 12 управ- ления ЭДС 1. Изменение числа вит- ков первой обмотки 7 управления, а также первичной обмотки 4, соединенных с второй обмоткой 12 управления, приводит к изменению величин потоков Ф, и Ф, При этом изменяется ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке 9 потоком ф.Стабилизация выходного напряжения обусловлена изменением величины магнитного потока, сцепленного с вторичной обмоткой 9, и осуществляется коммутацией секций первой обмотки 7 управления и первичной обмоткой 4.Управление коммутацией ключевых элементов узла 8, а также элементами их переключения производится с помощью блока 2 управления, который вырабатывает управляющие сигналы в зависимости от отклонения вьгходного напряжения от заданного эначенйя таким образом, чтобы скомпенсировать эти отклонения. Заданная точность регулирования выходного напряжения обеспечивается выбором соответствующего числа сек 5 15945 ций обмотки 7 управления и числа управляемых ключевых элементов узла 8,На временных диаграммах (фиг. 2) показаны сигнал А 1, являющийся выходным напряжением стабилизатора; сиг 5 нал А 2, копирующий ток в обмотках управления, протекающий через силовые выводы включенной комбинации ключевых элементов узла 8; сигнал АЗ, являющийся выходным напряжением измерителя 14 и пропорциональный величине стабилизируемого переменного напряжения; сигнал А 4 на выходе цифрового регулятора 15 - цифровой, представляющий собой набор уровней логической " 1" и логического "О" на выходах регулятора, обновляемых в соответствии с периодом квантования Т. Причем каждый из наборов допускает 20 интерпретацию двоичным и-разрядным числом. Величина этого числа зависит от величины отклонения выходного напряжения от его требуемого значения, вырабатываемого в регуляторе 15 и 25 реализуемого закона регулирования (П-закон, И-закон, ПИ-закон и т,д.). После преобразования по закону регулирования его результат представляется в цифровой форме с помощью извест О ных схем АЦП; Сигнал А 5 на выходе дешифратора б является цифровым. Он является результатом преобразования, осуществляемого логическими элементами, согласно таблице истинности (фиг. 4). Сигнал Аб является последовательностью импульсов, причем начало каждого импульса синхронизовано с моментом прохождения тока в силовых выводах ключевых элементов узла 8 через нулевой уровень. Сигнал А 7 является также последовательностью импульсов копирующих импульсы последовательности Аб. По приходу каждого из импульсов Аб импульсы А 7 появляются на выходах лишь тех усилителей узла 17, на первом входе которых имеется уровень логической "1", подаваемый с выходов дешифратора 16. Если на вход такого усилителя подается уровень логического О, то он не реагирует на импульсы Аб. Этим обеспечивается включение тех комбинаций, из секций первой обмотки 7 управления (включая первичную обмотку 4), которые обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе стабилизатора,Измеритель 14 может быть реализован на основе схем измерения, используемых в аналоговых или цифровых вольтметрах, На основе стандартных элементов можно реализовать и регулятор 15. Дешифратор 16 предназначен для согласования двоичного кодирования, используемого в регуляторе 15 с внутренним кодированием регулирующего органа 1. Его структура может быть представлена в виде секций, число которых равно числу коммутируемых секций, включая первичную обмотку, в регулирующем органе 1, Каждая из секций дешифратора 16 реализует таблицу истинности. Из этого следует, что одна секция дешифратора может быть выполнена из четырех логических схем И на два входа.Структура узла 17 усилителей мощности состоит из параллельных цепей, число которых равно числу ключевых элементов в узле 8, причем каждая из них представляет собой последовательное соединение логической схемы И на два входа и импульсного усилителя, предназначенного для вырабатывания импульса, включающего ключевой элемент из узла 8, подключенный управляющим входом к выходу данного усилителя.Узел 18 синхронизации может быть выполнен по схеме, состоящей из дифференцирующего трансформатора, первичная обмотка которого присоединена к выходной обмотке трансформатора 13 тока и закорочена парой диодов, включенных встречно-параллельно, а вторичная обмотка через выпрямительный мост присоединена к одному входу компаратора, на второй вход которого подано опорное напряжение от источника, в результате этого на выходе компаратора вырабатывается последовательность импульсов АбПо сравнению с известным в предлагаемом стабилизаторе при одинаковой точности регулирования использовано такое же число ключевых элементов, а число секций уменьшено вдвое, При работе предлагаемого стабилизатора в каждой из секций включается лишь один ключевой элемент из четырех, а в известном - два из четырех, Поэтому число последовательно включаемых ключевых элементов в предлагаемом стабилизаторе вдвое меньше, чем в известном при одинаковом токе черезних. Вследствие этого вдвое уменьшеНа мощность потерь на ключевых элеМентах, чем и достигается увеличение КПД стабилизатора во всех режимах его работы. Кроме этого, использование Первичной обмотки 4 как секции первой обмотки 7 управления позволяет снизить габаритную мощность остальных его секций, что приводит к дополнительному увеличени 3 о КПД стабилизатора без увеличения веса и габаритов регулирующего органа 1,Уменьшение площади окна, занимае,ього.секциями первой обмотки 7 уп 1 авления, приводит к уменьшению массы магнитопровода и к уменьшению ак-. тивных потерь, связанных с перемагни" чиванием железа, что также обусловливает повышение КПД.20 Формула изобретенияСтабилизатор переменного напряженИя, содержащий блок управления, входом подключенный к выходным выводам, 25 управляемый ключевой узел, выполненнЦй на ключевых элементах, управляюще входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления, регулирующий орган, выполненный ввиде трансформатора на трехстержневом магнитопроводе, на первом крайнем стержне которого расположены первичная обмотка, подключенная к входным выводам, и секции первой обмотки управления, причем начало и конец каждой секции соединены с первыми силовЬми выводами соответствующих ключевых элементов, вторые силовые выводы которых объединены, при этом конец каждой предыдущей секции соединен40 с общей точкой ключевых элементов последующей секции, а на втором крайнем стержне размещены вторичная обмотка, подключенная к выходным выводам, и вторая обмотка управления, первый вывод которой соединен с концом последней секции первой обмотки управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения КПД,первичная обмотка и каждая секцияпервой обмотки управления снабженыдвумя внутренними отводами, начало,конец и отводы первичной обмотки через введенные в управляемый ключевойузел соответствующие ключевые элементы соединены в общую точку, которая через первичную обмотку введенного трансформатора тока подключена квторому выводу второй обмотки управления, внутренние отводы в каждойиз секций первой обмотки управлениячерез соответствующие ключевые элементы, введенные в управляемый ключевой узел, соединены с общими точка-ми ключевых элементов своей секции,конец первичной обмотки подключен кобщей точке ключевых элементов пер-вой секции первой обмотки управления,а в блок управления введены измеритель, цифровой регулятор, дешифратор,узел усилителей мощности и узел синхронизации, причем измеритель входомподключен к входу блока управления,а выходом в , к входу цифрового регулятора, цифровые выходы которого соединены с соответствующими входамидешифратора, число секций которого .равно числу коммутируемых секцийтрансформатора регулирующего органа,включая первичную обмотку, а каждаяиз секций дешифратора реализует таб"лицу истинности, представленную нафиг, 4 описания, каждый цифровой выход дешифратора подключен к первомувходу соответствующего усилителя мощности узла усилителей мощности, авторые входы всех усилителей соединены с выходом узла синхронизации,вход которого подключен к выходнойобмотке трансформаторатока, выходыусилителей мощности, число которыхравно числу ключевых элементов управляемого ключевого узла, соединены ссоответствующими выходами узла усилителей мощности и выходами блоКауправления.Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1 Заказ ВНИИП Составитель А.ВалкоТехред Л,Олийнык Тираж б 51комитета по изобретениям Москва, Ж, Раушская н Подписное открытиям при ГКНТ СЧС