Регулятор напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием

,301022271 СОЮЗ СОВЕТСКИХШИМОПНеСнаРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИГ,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,(21) 3297202/24 07(72) А, В. Кобзев и Н, М. Музыченко. (71) Научно-исследовательский инсти тут автоматяки и электромеханики яри Томском институте автсматизированньц систем управления и радиоэлектроники. (53) 621.314 722(088.8). (86) 1. Авторское свидетельство СССР М 699504, кл, Н 02 Р 13/16, 1977.2. Авторское свидетельство СССР В 754635, кл, Н 02 Р. 13/14, 1978, (54) (57) 1. РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ВЫСОКОЧАСВЭТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ, содеркащий . инвертор, соединенный с задающим генератором,модуляционных ячеек с согаьсующими трансформаторами, своими вторичными обмотками додкпюченными чврвэ демодулятор в Фильтр к выходным выводам, а также блок управления ячейками, соединенный с управляющим входом рагу лятора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, поеяпяения КПД в заданном диапазсще регулирования, уменьшения массы и габаритои, каждая модуляционная ячейка выполнена ии сое диненных последовательно первичной об мотки трансформатора и попупроводнико вого ключа, а исе ячейки подключены па .бвлпепьно к силовому выходу инвертора цр Н 02 М 7/48 // Н 02 Р 13/16 при этом управляющие входы ключей соединены с блоком управления, выполнен-ным из й модуляторов длительности импульсов с нарастающими от первого кпоследующему уровнями опорного напряжения, подключенных к выходу формирователя управляющего сигнала, один входкоторого соединен с задающим генератором, а второй образует управляющий входрегулятора. 2. Регулятор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с цепью расширения функциональных возмакностей, силовой выход инвертора образован введенным. трансформатором.е3. Регулятор по пп. 1. и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения динамических потерь, выход задающего генератора, соединенный с ин вертором, образовав делителем частоти.4. Регулятор по пп. 1-3, о т л ичаюшийся тем,чтовбпокеупай равления первый вход образован генера Ю тором линейно изменяющегося нащжже ния, подключенного к сумматору, второй вход - другам входом этого сумматора, , выходом соединенного с модуляторами длительности импульсов, дополнительные Ва входы которых соединены с узлами по-следовательных резисторов, подключен ных к источнику опорного напряжении.10 22271 гповьпдает габариты и массу. Кроме того,через ключевые, элементы всегда течетток при любом уровне регулируемого нацряжения, что естественно понижает КПО5 устройства в целом, Большое количествоключей неоправаанно усложняет устройство,Бель изобретения - упрощение, повышение КПБ во всем диапазоне регулирова 1 О ния, уменьшение массы и габаритов.Поставленная цель цостигается тем,что в регуляторе напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием,соаеркашем инвертор, соединенный с за дающим генератором, 11 моауляционныхячеек с согласующими трансформаторами,своими вторичными обмотками; подключенными через цемоцулятор и фильтр квыходным, выводам,. а также блок управ О ления ячейками, соецнненный с управляю.щим входом регулятора, кажцая модуляционная ячейка выполнена из соединенных последовательно первичной обмоткитрансформатора и полупроводникового клю ча, а все ячейки параллельно подключенык силовому выходу инвертора, причем управляющие вхоцы ключей соединены с блоком управления, выполненным иэ 1 модуляторов длительности, импульсов с нарас- ЗО тающими от первого к последующемууровням опорного напряжения, подключенных к выхоцу формирователя управляюцвго сигнале; один вход которого связанс задающим генератором,. а второй образует управляющий вход регулятораС целью расширения функциональныхвозможностей силовой выход инвертора. образован введенным трансформа сором,Для уменьшения динамических потерь.выход зацаюшего генератора, связанныйс инвертором, образован делителем часКроме того, в блоке управления первыйвход образован генератором линейноизменяющегося напряжения, поцключенного к сумматору, второй вхоц аругимвходом етого сумматора, выхоцом соеци;денного с модуляторами длительности им-пульсов, дополнительные входы которых50соецинены с узлами последовательныхрезисторов, подключенных к источникуопорного напряжения. Изобретение относится к преобразованию и регулированию электрической энергии и может найти применение в усилителях сигналов звуковой частоты, амплитуциых модуляторах, быстро перестраиваемых и глубокорегулируемых вторичныхисточниках электропитания при высокихэнергетических показателях с минимальными массой и габаритами,Известен регулятор напряжения созвеном невышенной частоты, в которомвысокочастотный трансформатор инверторасоцержит 11 вторичных обмоток, поцключенных к аиагоналям мостовых модуляторов и соединенных последовательно аругс аругом.Система управления обеспечивает работу полностью управляемых полупроводниковых ключей аемоцуляторов таким образом, что реализуется многозоннаяширотно-имнульсная модуляция регулиру-емого напряжения. Ванный регулятор поэ/вопиет осушествить регулирование выход"ного напряжения в большом аиацазоне снезначительными искажениями при любойглубине модуляции 11Основным неаостатком регуляторовподобного типа является то, что прибольшом числе ячеек, когда необхоцимовысоков качество электроэнергии, последовательно с нагрузкой включается большое число ключевых элементов, что существенно снижает КП,П и усложняетустройство. При большом напряжении необходимо иметь трансформаторы управленияс изоляцией на это напряжение, что существенно повышает. габариты, а при малыхнапряжениях и больших токах показателиухудшаются из-за повышенного падениянапряжения на ключах.Наиболее близким по технической сушности к прецлагаемому является регулятор напряжения с промежуточным высоко. частотным преобразованием, содержащийинвертор, соеаиненный с зацаюшим генератором, К модуляционных ячеек с согласующими трансформаторами, которыевторичными обмотками подключены черездемодулятор я фильтр к нагрузке, а такжеблок управления ячейками соединенный суправляющим вхоаом регулятора 12В этом регуляторе частично устраняются ранее указанные нецостатки, но,содержится столько же мостовьи модуляционных ячеек, в которых при большомнапряжении источника йитаиия (часто выпрямленное. напряжение промышленной сети) требуется повышенное количество ключевых элементов на напряжение сети, что На фиг. 1 и 2 привецены функциональные схемы регулятора напряжения; .55 на фиг. 3 -.блок-схеме управления регулятором напряжения: на фиг. 4 и 5- диаграммы, поясняющие работу регулятора.(фиг. 1 и 2) содеркит инвертор 1 наключах 2-5, соеаиненных с задающимгенератором 6, й модуляционных ячеек 7с трансформаторами 8 и.полупровоаниковым ключом 9 переменного тока в ажцой, поцключенных параллельно силовомувыходу 10, 11 инвертора. Вторичные обмотки трансформаторов 8 поцключены через цемоцулятор 12 и фильтр 13 и нагс.рузке 14. Управляющие вхоаы ключей 9подсоединены в блоке 15 управлениячерез модуляторы 16 длительности импульсов х формирователю 17 управляюще 35го сигнала, образующему своим входомвход 18 регулятораВ регуляторе напряжения (фиг. 2)силовые выхоцы 10 и 11 инвертораобразованы вторичной обмоткой 19 согласующего трансформатора 20, у которого первичная обмотка 21 подключена к. диагонали мостового иннертора 1,. причем силовой выход 11 инвергора заземлен, Первый вход 22: формирователя 17 25управляющего сигнала (фиг. 3) образовангенератором 23 линейно изменякхцеиеянапряжения, который тах же, хак и второй вхоц 18, подключен к сумматору 24,связанному с модуляторами 16 длитель-ности импульсов.Быхоа задающего генератора 6, соединенный с инвертором 1, может быть об-.разован делителем 25 частоты,На фиг. 4 и 5 показаны временныедиаграммы в наиболее харакгерных точ. ках схемы: 26.- форма напряжения навыходе инвертора; 27. - входной сигнал:,28 - треугольное напряжение с выхоаагенератора 23 линейно иэменшощегосянапряжения после суммирования его совхоцным сигналом в сумматоре 2429 - уровни напряжения, с которых начинают работать модуляторы 16 цлительносп импульсов на выходе которых фофмнруется сигнал 30 32 управления ключами 9; 33 35 - напряжение на обмоткахтрансформаторов 8 моцуляционных яйеек 7;36 - суммарный сигнал на выходе демодулятора "(выпрямителя - сумматора)37 - напряжение на.нагрузш после фильъра; 38 такты работы инвергора;Регулятор напряжения с промежуточнымвысокочастотным преобразованием(фиг. 1 и 2) работает следующим образом.55 Задающий генератор 6 формирует прямоугольное напряжение повышенной271 1частоты которое подается на управление ключевыми элементами 2-5 инвертора 1,преобразующего напряжение сети (например, .постоянное) в переменное (фиг. 4,кривая 261 с частотой зааающего генератора 6, При нулевом вхоаном сигнале 27все модуляционные ячейхи 7 отключены ключами 9 от силового выхода 10, 11 инвертора 1. При нарастании (спадании) вхоцного сигнала 27 результат суммиро вания 28 с треугольным напряжением(суммирование осуществляется в формирователе 17 управляющего сигнала) вмоцуляторах 16 цлительности импульсов,настроенных на разные уровни 29 рабо ты, преобразуется в сигнал, моаулированный по цлительности 30-32, у кото рого положительная полярность соответ ствует замкнутому ключу (интервална фиг. 4), а отрицательная - разомкнутому (интервалы В 1, 1на фиг. 4),Эти сигналы управляют, ключами 9, поочерецно поцключающими требуемое число трансформаторов, на обмотках которых формируется напряжение 33-35. Эти напряжения затем суммируются и выпрямляются в демодуляторе 12, который выполнен из Ц последовательно сое диненных выпрямителей, в результате формируется напряжение, пропорциональное вхоцному 36, хоторое фильтруется фильтром 13 и поступает в нагрузку 14. Для того, чтобы иметь возможность управлять ключевыми элементами 9 мо дулядионных ячеек 7 относительно общей, заземленной шины, силовой выход инвертора 1 образован трансформатором 20. Это дает возможность испольэовать любые ключи в ячейках. Увеличениемассы при высокой частоте нреобразования за счет дополнительного трансформатора незначительное и оправцано иэкю. простоты управления ключами так как не требуется дополнительных трансформаторов управления. С целью уменьшения динамических потерь зацающий генератор 6 соецинен с инвертором 1 через целитель 25 частоты.На фиг. 5 показан режим работы, который аналогичен описанному, но инвертор 1 работает на пониженной частоте, а модуляторы длительности и ключи ячеек так же, ках и ранее, Качество выходного напряжения повышается за счет умень щения количества переключений 38 (фиг. 4 и 5), при которых, как правило формируют паузу для нормальной работы5 1022 ннвертора. форма и частота пульсаций точно такая же, Уменьшаются и динамические потери в инверторе и трансформа торах. В том и другом случаях ключи модуляционных ячеек работают в режиме переключения только тогда, когца идет плавное широтно-импульсное регулирование и только в одной ячейке, в цругих же режимах или ключ открыт независимо от инвертора, или же закрыт, так как ключ 9 может быть как угодно долго открыт или закрыт.Предлагаемый регулятор выгоцно оъличается от прототипа, так как существен-, но уменьшается количество ключевых эле 1 ф ментов, что упрощает как управление, так и сам регулятор, а это неизбежно умень шает массу и габариты. Так как при малых уровнях выхоцного напряжения 271 6ячейки полностью отключены и не потребляют ток (через ключи не течет ток от цругих ячеек), повышается средневзвешенный КПД. КПД выше за счет меньшего количества элементов (ключей), Качество выходного напряжения и быстродействие не ухуцшаются, а с применением целителя частоты в эацающем генераторе могут быть существенно повышены. Уцается при тех же габаритах увеличить количество ячеек, что повышает качество преобразовательной .электроэнергии,Прецлагаемый регулятор испытан на анодном модуляторе мощностью 20 ОО и 500 ВА; в нем удалось по сравнению с прототипом уменьшить массу в 2-3 раза, а КПД довести цо 96%.Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 илиал Заказ 4062/47 Тираж 687 ВНИИПИ Государственного ко но аелам изобретений и от 113035, Москва, Ж, РаушсПодписноеитета СССРрытийая наб ц. 4/5