Способ преобразования и стабилизации переменного напряжения и устройство для его осуществления

С) П ИАИВ 9649 о 4ИЗОБРЕТЕКИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцналнстнческнзреслублнк(51)М. Кл. Н 02 М 3/335 Н 02 Р 13/16 . с присоединением заявки М Р еудерстееай кемнтет СССР ае делам кзобретекнй и епрцткй(72) Авторы изобретения В, Т. Черепки, С, В, Левинэон, Н, М. Тимчеи Б, И. Чемерисов Опытное конструкторско-технопогическое б метаппофизики АН Украинской СС(7) Заявктел ОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРЕМЕННОГО РЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ(54) 5 Изобретение относится к эпектротехнике и предназначено дпя реапизации способа преобразования и стабилизации пере-,менного напряжения в устройствах дпяего осуществпения при разработках вторичных источников питания с преобразо 5ванием частоты,Известен способ регупирования выходного напряжения автономного инвертора,формирующего синусоиду выходного напряжения при помощи последовательностипрямоугольных имнупьсов с неодинаковыми амппитудами, при которых ппощадькаждого участка формируемой синусоидысравнивают с произведением максимальновозможной дпитепьности импупьсов на амплитуду меньшего по уровню импульса соседнего участка и генерируют на данномучастке импупьс амплитудой, равной ам- гоппитуде меньшего по уровню импульса соседнего участка, если величина сравниваемой площади не превышает указанногопроизведения1,2Однако его невозможно применять дпярегулирования и стабипизации выпрямпенного синусоидального напряжения,Наиболее близок к изобретению спооо.,преобразования и стабипиэации переменного напряжения путем выпрямпения напряжения первичной сети с поспедующимпреобразованием постоянного напряженияв высокочастотное стабилизированное, закпючающийся в том, что обеспечиваютпостоянство вопьтсекундных ппощарей поцувопн в .высокочастотном напряжении,питающем первичные обмотали трансформатора 21.Недостатком такого способа преобразования является то, что ои не поввоняетполучить стабилизированное переменноенапряжение, частота которого эначитепьно превышает частоту питающей сети,беэ применения дополнитнпьного сипового узпа - демодулятора, значительно усложняющего процесс преобразования,Известно устройство формирующее синусоидапьное выходное напряжение, содер3 96490 жащее задающий генератор, автономный инвертор, блок управления. 31,.Недостаток такого устройства заключается в низком качестве выходного напряжения, 5Наиболее близок к изобретению преоб,разователь, содержащий подключенный квходным зажимам выпрямитель, выход которого соединен, с полумостовым инверто-.ром с высокочастотным выходным транс- Оформатором, схему управления и сетевойфильтр 4 ;Недостатком известного устройстваМ Шявляется наличие сетевого фильтра, потери мощности на котором приводят к сни15жению мощности устройства и невозможности регулирования. выходного напряжения.Бель изобретения - уменьшение уровня выходных пульсаций.20Поставленная цель достигается тем,что согласно способу преобразования истабилизации перемейного напряжениячасть сетевого выпрямленного напряжениясуммиоуют с выходным постоянным напря жением, полученный суммарный сигналсравнивают с опорным пилообразным найряжением, в результате сравнения получают широтно-модулированный сигнал, которым управляют ключевым преобразователем,В устройство для реализации способа,содержащее подключенный к входным зажимам выпрямитель, выход которого соединен с полумостовым инвертором с высокочастотным выходным,трансформато ром и схему управления, введен делительвходного напряжения и дополнительныйвыпрямитель с делителем выходного напряжения, выходы которых подключены квходу суммирующего узла,Кроме того, высокочастотный выходнойтрансформатор иивертора содержит И дополнительных гальванически развязанныхвыходных обмоток с выводами для подключения нагрузок, причем выходы гадьванически развязывающих элементов подключены.на вход суммирующего узла,На фиг. 1 представлены временныедиаграммы напряжения питающей сети Цри выходного напряжения 0 , на фиг, 2- 50диаграммы управляющих напряжений, илдюстрируюшие работу суммирующего узла 9, причем на фиг. 2 а приведена диаграмма напряжения, поступающего с делителя 7, на вход суммирующего узла 55Фр,) на фиг. 2 б - диаграмма сумируюшего напряжения, поступающего сделителя 7 и 8 на вход суммирующего 4 фузла 9( 05, ); на фиг. 2 в - диаграмма суммирования пилообразного напряжения, поступающего с генератора 11 (Ощи О) , на фиг. 2 г - диаграмма выход-.ного напряжения суммирующего узла 9(О ), поступающего на вход схемыуправления 12; на фиг, 3 приведена прин;ципиальная схема преобразователя; нафиг. 4 - то же, вариант исполнения,Преобразователь содержит выпрямитель 1, полумостовой, инвертор 2 выполненный на ключевых элементах 3 и 4, квыходу полумостового инвертора подключена первичная обмотка выходного высокочастотного трансформатора 5. Параллельно выводам выпрямителя 1 и дополнительного выпрямителя нагрузки 6 включены соответственно резистивньле делители7 и 8, средние точки которых подключены к суммирующему узлу 9, состоящемуиз компаратора 10 и подключенного к одному из его входов генератора пилообразного напряжения 11. Выход суммирующего узла 9 подсоединен к схеме 12 управления ключевыми транзисторами 3 и 4,При и вторичных обмоток трансформатора 5 каждая подключается к суммирующему узлу 9 через гальванически раэвязываюший элемент 13 (трансформаториди оптрон),Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.Переменное. напряжение питающей сети через выпрямитель 1 (фиг. 3) поступает на вход полумостового инвертора 2,с выхода которого высокочастотное, модулированное по длительности переменноенапряжение подается на первичную обмотку трансформатора 5, На вход схемы 12управления, выход которой подключен кбазам ключевых транзисторов 3 и 4, поступает сигнал с "суммирующего узла 9,величина которого изменяетса в зависимости от сигналов, поступающих на компаратор 10 суммирующего узла 9 с делителя 7 входного напряжения и делителя 8 выходного напряжения, На другой вход компаратора 10 подается пилообразное напряжение генератора 11.Схема 12 управления вырабатываетимпульсы, поочередно открывающие транзисторы 3 и 4, подумостового инвертора 2, Например, в момент времени ;(фиг. 1) открывается силовой транзистор 3. В этом случае на первичной об;мотке трансформатора 5 формируется положительная полуводна выходного высокочастотного напряжения, Так как моментвремени 1выбран в начале полупериода5 964904 61сетевого напряжения, эта полуволна вы ния) сетевого напряжения или сопротивходного высокочастотного напряжения ши- ления нагрузки схема управления изменяротно-импульсной модуляции не подверга- эт длительность импульсов преобразовается и полностью поступает на нагруз- еля в необходимую сторону, обеспечиваяку 6. гаким образом стабилизацию выходногоВ момент времени Ф 2 схема 12 уп- высокочастотного напряжения независиморавпения закрывает силовой транзистор зт причин, вызвавших изменение. При при 3 и открывает транзистор 4, На первич- менениивторичных обмоток в трансной обмотке выходного трансформатора Рорматоре 5 (фиг. 4) с каждой .из них сниформируется отрицательная полуволна вы О жается сигнал и через гальванически разходного напряженияЮля того, чтобы сред-:вязывающий элемент 13 подается на сумнее . значение отрицательной полуволны мирующий узел 9,(- 1) выходного высокочастотного Способ преобразования и стабилизациинапряжения было разно среднему значе- переменного напряжения и устройство длйнию положительной полуволны (- 12), 15.его осуществления позволяют упроститьтранзистор 4 выключают несколько рань- процесс преобразования и повысить егоше, (момент времени), чем закончит- эффективность за счет изменения длитесься полныйпериод частоты коммутации, ности выходных импульсов в соответствийОт момента времени 1 до. момента +4. с выходным напряжением инвертора иоба транзистора 3 и 4 находятся в от- о мгновенным значением питающего напряIключенном состоянии, напряжение на на- жения,грузку не поступает. В момент времениЬ снова включается силовой транзистор3, и на первичной обмотке трансформато- ф о р м у л а и з о б р е т е н и яра 5 снова формируется положительная по луволна выходного высокочастотного на, Способ преобразования и стабилипряжения. Однако поскольку мгновенное зации переменного напряжения путем вызначение сетевого напряжения непрерыв- прямления напряжения первичной сети сно повышается по синусоидапьному зако- поспедуюшим преобразованием постояннону, длительность полувопн Я- ) долж й го напряжения в высокочастотное стабифна быть меньше, чем у предыдущей отри- лизированное, заключающийся в той,чтодательной полуводны.с таким условием, обеспечивают постоянство вольтсекундныхчтобы ее среднее значение (плошадь под плошадей полуволн в высокочастотном накривой) было равно среднему значению пряжении, питающем первичные обмоткипредыдуших полуволн, Таким образом, дли- трансформатора, о т л и ч а ю щ и й с я35тельность полуволн выходного высокочас-тем, что, с целью уменьшения уровня вы.тотного напряжения на восходящем участ- ходных пульсаций, часть сетевого выпря 3ке полуволны сетевого низкочастотного мленного напряжения суммируют с выходнапряжения уменьшается с каждым полу- ным постоянным напряжением, полученпериодом частоты коммутации, В.середи- ный суммарный сигнал сравнивают с опор 46,не полуволны сетевого напряжения пою-,ным пилообразным напряжением, в резульжительные и отрицательные полуводны . тате сравнения получают широтно-модувыходного высокочастотного напряжения . лированный сигнал, которым управляютравны по . длительности, Затем на лада-,ключевым преобразователем,юшем участке полуволны сетевого напря 45жения длительности полуволн высокочас. Устройство для преобразования итотного выходного напряжения увеличива- стабилизации переменного напряжения соются до тех пор, пока достигнут длитепь-, держащее подключенный к входным зажиности полуволн полупериода частоты ком мам выпрямитель, выход которого соедимутации (в конце полупериода - частоты нен с йолумостовым инвертором с высоЖсети). кочастотным выходным трансформаторам,Таким образом, площадь полувопн в на- и схему управпения, о т л и ч а ю щ ечале, середине и конце полупериодов оди е с я тем, что, с целью упрощения икакова Это обеспечивает равенство сред- уменьшения пульсаций выходного напряжених значений полуволн на концах и в се- . ния, введен делитель входного напряже- .редине полупериода,сетевого напряжения, ния и дополнительный выпрямитель с де 55И, следоватепъно, стабилизацию выходно- лителем выходчого напряжения, выходыго высокочастотного напряжения. При иа, которых подключены,к входу суммируюменении величины (действующего значе- щего узла.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе7 964904 Я,3, Устройство по п. 2, о т л и ч а - 1, Авторское свидетельство СССР ю щ е е с я тем, что высокочастотный М 612217, кл. 6 05 Г 1/ЗО, 1979. выходной трансформатор инвертора сойер. 2, Авторское свидетельство СССР. жит И дополнительных гальванически раз- М 521639, кл. Н 02 Р 13/16, 1973. вязанных выходных обмоток с выводами 5 3. Авторское свидетельство СССР для подключения нагрузок, причем выхо- Ж 693350, кл, О 05 р. 1/10, 1979. ды гальванически развязывающих элемен, Бас А, А., Кроуз Ф. Г., Ульянов А. М тов подключены: на вход суммирующего Федягихин С. Н. Сетевой стабилизированузла. ный ВИП 5 В-ЗОА, - Сб. Проблемы преоб 10 разовательной техникиф, Киев, ИЭД АНУССР, 1979, вып. 5, с. 120.964904 ряк Тираж 721ИПИ Государственного ко о депам изобретений и оМосква, Ж, Раушск Подписноемитета СССРкрытийая набд. 4 130 фиж ИШ фГатент, г, Ужгород, уи. ная,Составитель Н. БишевскаяРедактор Н. Швыдкая Техред М.Гергель КорректоЗаказ 7683/42ВНИ