Регулятор напряжения

(72) Авторы изебретевия Музыченко, В А.В,Тараскин учно-исследовательский институт автоматикиэлектромеханики при Томском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники 71) Завввтель Й) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ 1 2Изобретение относится к электро- ми уровнями по амплитуде и плавно технике, в частности к статическим за счет ШИМ в каждой зоне1 и 2. регуляторам, стабилизаторам пере- Недостатком данного устройства менного или постоянного тока, и мо- является то, что при изменяющихся тожет найти применение. в амплитудных ках нагрузки в инверторе возникают5модуляторах, в системах электропи" "сквозные" токи, значительно пони- тания аппаратуры средств связи, ра" жающие надежность и КПД устройства диоэлектроники, а также в качестве в целом, а в коммутаторах, где подобмощных усилителей низкой частоты ных явлений.не наблюдается, значи" и т.п, 0 тельно уменьшается диапазон регулирования эа счет появления йерегулиИзвестен регулятор напряжения соруемых пауз на время рассасываниязвеном повыюенной частоты и устрой- , носителей в транзисторах. Это при"ство управления подобными регулято" водит к повыаению амплитуды пульса".рами, содержащие инвертор В коммут 4 1 цвай, увеличение габаритной мощноститоров, выполненных по схеме мостово- устройства и его массы.го инвертора, задающий генератор со . Известен способ и устройство повывстречно изменяющимися пилообразны- щения эффективности высокочастотныхми напряжениями и двумя каналами уп ;ранзисториык инверторов, в .которыхравления каждым коммутатором, кото" йо управление происходит от двух задетый позволяет регулировать выходное ющих генераторов прямоугольной формй.напряжение методом многоэонной ре- , При этом первый подключен к баэо-колверсивной аиротно-импульсной модуля . лекторным 1 переходам и сфазированции в болыем диапазоне, дискретны- со вторый подключенным к базо-эмит,3 94224 терным переходам транзисторов, такимобразом, чтобы изменение полярностиего напряжения происходило раньшена время выхода транзистора из насыщения 13.5Недостатком известного устройства . является неоправданно завышенная габаритная мощность первого генератора, который должен быть рассчитанна полное напряжение заданной частоты 1 ои максимальное значение тока, ко" торый тем не менее потребляется им" пульсно на очень малом промежутке периода. Здесь возникают серьезные труд", ности переклюцения такого генератора 1 б и обеспечения его нормальной работыпри резко переменной нагрузке.Цель изобретения " повышение технико"энергетических характеристик регулятора.Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе напряжения, содержащем инвертор на транзисторных ключах с усилителем-формирователемуправляоцего сигнала и с блоками подготовки их к выключению, соединенными с базо-коллекторными переходами транзисторов р коммутаторов, выполненных, например, по схеме мостового инвертора, задающий генератор, подключенный к формирователю тактовых Эмпульсов и к формирователю встречно изменяющихся пилообразных напряжений, соединенных с управляющим входом регулятора и с двумя каналами управления каждым коммутатором, включаю" щими компаратор с цепями, задающими порог срабатывания, Формирователь блокирующих импульсов и ведомый автогенератор, выходом подключенный к базо-эмиттерным переходам транзис 40 торных ключей коммутаторов, каждый канал управления выполнен из после" довательно соединенных компаратора, формирователя блокирующих импульсов, дополнительно введенного блока под готовки выключения транзисторных клю-, чей коммутатора и ведомого автогенератора, синхронизируюшим входом соединенного с усилителем-Формирователем управляющего сигнала инвертора и через блок подготовки выключения его транзисторов с задакщим генератором, причем первый и дополнитель" но введенный второй формирователи тактовых импульсов подключены соот- Б ветственно ко второму и третьему входам Формирователей блокирующих импульсов:.каждого канала. При этом блок подготовки выключения может быть выполнеы, например, в виде импульсного усилителя с транст форматорным выходом с амплитудой и длительностью сигнала не меньше необходимых для рассогласования неосновных носителей из области базы транзисторных клюцей инвертора и коммутаторов.Усилитель-формирователь выполнен на базе триггера со счетным входом и трансформаторного усилителямощности . формирователь блокирующих импульсов выполнен в виде двух последовательно включенных логических элементов 2 И-НЕ, причем его первый и второй входы образованы входами первого элемента, третий - входом второго, а выход - выходом последнего.На фиг. 1 приведена блок-схема регулятора напряжения, на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы в узловых точках схемы, на фиг. 4 - пример выполнения Формирователя блокирующихимпульсов; на фиг. 5 - временныедиаграммы в узловых точках Формирователя блокирующих импульсов. Регулятор напряжения содержит мо"стовой инвертор 1 с ключевыми элементами 2-5, в диагональ котороговключен высокочастотный трансформатор 6, питающий вторичными обмотками И мостовых коммутаторов 7 и .8,на ключах 9-12, соединенных последовательно с нагрузкой 13 и Фильтром 14, а также задающий генератор 15, подключенный к формирователям 16 и 17 тактовых импульсов и к формирователям 18 и 19 линейно нарастающего и линейно спадающего пилообразных напряжений, соответственно, соединенных с управляющим входом регулятора 20 и с двумя каналами 21 и 22 управления, каждым коммутатором 7 и.8.Канал управления состоит из последовательно соединенных .компаратора 23 с цепями 24, задающими его порог срабатывания, формирователя 25 блокирующих импульсов, блока 26 подготовки выключения транзисторных ключей 9-12 коммутатора и ведомого автогенератора 27, соединенного с усилителем-формирователем 28 управляющего сигнала инвертора 1 и че" рез блок 29 подготовки выключения его транзистора с задающим генератором 15. Выход ведомого автогенератора 27 через трансформатор 30 ирезистор 31 подключен к базо"эмиттерным переходам двух транзисторныхключей коммутатора, а выход блока26 подготовки выключения через диод 32 - к базо-коллекторным переходам. Кроме того, выход усилителяФормирователя 28 через трансформатор 33 и резистор 34 соединен с базо-эмиттерными переходами транэис. торов инвертора, а выход блока 29подготовки выключения через диод .35 подключен к базо-коллекторным переходам его .транзисторов.Регулятор работает следующим об-1 Зразом,Задаоций генератор 15 работаетна повышенной частоте и формируетимпульсные сигналы с большой скваж-ностью 36 (фиг. 2), которые исполь- взуются в качестве управляющих в бло.ке 29 подготовки выключения. Здесьони проходят через импульсный усилитель и трансформатор и формируют"ся по амплитуде и длительности,необходимых для рассасывания. неосновных носителей иэ сбласти базытранзисторных ключей 2-5 инвертора1 (кривые 37 на Фиг. 2), На баэоэмиттерные переходы транзисторов ин- зввертора подается сигнал 38 управления прямоугольной формы, сформированный в усилителе-формирователе 28по задним фронтам сигнала с блока29 подготовки. Ио тактам задающегогенератора в Фррмирователях 18 и 19встречно изменяющихся пилообразныхнапряжений, вырабатывается линейнонарастающее 39 и линейно спадающее40 пилообразные напряжения, которыесуммируются с входным управляющимсигналом 41 и подаются на входы компараторов 23 всех каналов, где каждая пара построена на собственныйпостоянный уровень 42 срабатывания.По мере изменения величины входного сигнала 41 (фиг. 2 и 3) соответственно перемещаются пилообразныенапряжения.и пересекают уровни 42(фйг. 2) и -Ч (фиг.3), задаваемыецепями 24 смещения, происходит срав"нение линейно изменяющихся напряжений с этими уровнями и на выходекомпаратора 23 вырабатываются сигнал 43 и 44, модулированные по длительности, которые, проходя,черезформирователи 25 блокируацих им" .пульсов, совместно с сигналами 45 и46 (фиг. 5) Формирователей тактовых импульсов, получают ограничение по тактам в крайних режимах,17 и 48.Ограничение позволяет получить на выходе блоков подготовки выключения постоянно присутствующие имйульсы. 49 и 50 с длительностью, равной длительности с блока подготовки выключения в канале управления инвертором 1. Полученная последовательность импульсов 49 и 50 сдвигается относительно тактов 36 зада" ющего генератора 15 (при увеличе" нии входного сигнала 41) в одном канале в сторону опережения 50, а в другом - в сторону отставания 49. Ведомые автогенераторы 27,. со" держащие ЭК-триггер и усилитель мощности, по счетному входу переключаются по задним Фронтам импульсов ,49 и 50 с блоков подготовки вы" ключения, а по входам Зи К триггеры синхронизируются по фазе сигналом 38 управления инвертором 1, в результате чего на выходе вырабатываются прямоугольные импульсы 51 и 52, поступающие совместно с сигналом 49 и 50 блоков подготовки выключения на управление, например, ком" мутатором 7, причем сигнал с блока подготовки поступает на базо-коллекторный переход и обеспечивает предварительное рассасывание избыточного заряда иэ области базы транзисторных ключей коммутатора перед их выключением, а с ведомых автогенераторов - на базо-эмиттерный переход, обеспечивая тем самым управление ключами. Каждый канал управления подключается к смежным (работающим в противофазе), например верхним, ключам.9 и 11, а идентичный второй канал - к нижним 10 и 12. В результате указанного алгоритма переключения ключей коммутатора обеспечивается на нагрузке регулирование напряжения с однополярной реверсивной широтно- импульсной модуляцией 53 (фиг. 2) на двух уровнях. Дальнейшее увеличение входного сигнала 41 обеспечи" вает еще большее смещение линейно изменяоцихся напряжений 39 и 40. Сравнение . на прежнем постоянном уровне исчезает, автогенераторы коммутатора 7 продолжают работать по сигналам блокировочных импульсов 47 и 48 с формирователем 25. Линейно изменяющиеся напряжения сравниваются теперь со следующим постоянным уровнем опорного напряжения коммутатора, а выход 7 9122ное напряжение регулирувтся в последующих двух зонах, амплитуда которого определяется ЭДС секции обмоткитрансформатора, включенной в диагональ коммутатора. При наличии И коммутаторов реализуется регулированиевыходного напряжения в 2 И, зонах.обеспечивая на нагрузке 13 наиболееточную аппроксимацию 54 входногосигнала 11 (фиг. 3) импульсно-модуля Оционным методом. Выходное напряжение55 регулятора сглаживается фильтромкоторый имеет минимальные массогабаритные показатели. Использование в формирователях 25, 16 и 17 бло зкирующих и тактовых импульсов логических элементов, выполненных на интегральных схемах, позволяет значительно уменьшить длительность получаемых импульсов, определяемых временем срабатывания триггера в автогенераторах, тем самым обеспечитьнаибольший диапазон регулирования.Введение блоков подготовки выключения транзисторов в каждый канал 25регулятора позволяет значительно расширить диапазон регулирования как примаксимальных, так и при минимальных значениях тока нагрузки. В то же время повышается КПД регулятора за счет уменьшения потребляемого тока 5 схемы управления. Введенный формирователь тактовых импульсов повышает надежность регулятора за счет исключения сбоев в схеме управления в крайних зонах регулирования.Испытан регулятор напряжения постоянного тока мощностью 2 кВА с частотой преобразования инвертором20000 Гц. Количество коммутаторов И =М, при этом количество регулируемых зон 2 И. Регулятор обрабатывает сигналы управления, изменяющиеся с частотой до 5000 Гц при коэффициенте нелинейных искажений ве более 2 Ф. Длительность с блоков подготовки выключения, позволяющих производить предварительное рассасывание неосновных носителей из области базы, составляет 3-5 мкс, а такое запаздываниене ухудшает характеристик регуля- О тора КПД регулятора составил в номинальном режиме 893 при выходном среднем значении напряжения 1000 В, Масса регулятора в целом 3,5 кг,Формула изобретения 551. Регулятор напряжения, содержащий инвертор на транзисторных ключах с усилителем-формирователем управляющего сигнала и с блоками подготовки их к выключению, соединенными с базо- коллекторными переходами транзисторов р коммутаторов, выполненных, например, по схеме, мостового инвертора, задающий генера тор, подключенный к формирователю тактовых импульсов и к формирователям встречно изменяющихся пилообраз- ных напряжений, соединенных с управляющим входом регулятора и с двумя каналами управления каждым коммутатором, включающими компаратор с цепями, задающими порог срабатывания, формирователь блокирующих импульсов и ведомый автогенератор, выходом подключенный к базо-эмиттерным переходам транзисторных ключей коммутаторов, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения технико- энергетических показателей, каждый канал управления выполнен из последовательно соединенных компаратора, формирователя блокирующих импульсов, дополнительно введенного блока подготовки выключения транзисторных ключей коммутаторов и ведомого автогенератора, синхронизирующим входом соединенного с усилителем-формирователем управляющего сигнала инвертора и через блок подготовки выключения его транзисторов с задающим генератором, причем первый и дополнительно введенный второй формирователи тактовых импульсов подключены соответственно ко второму и третьему входам формирователей блокирующих импульсов каждого канала.2. Регулятор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок подготовки выключения выполнен в виде импульсного усилителя с трансформаторным выходом с амплитудой и длительностью сигнала не меньше необходимых для рассасывания неосновных носителей из области базы транзисторных ключей инвертора и коммутаторов.3. Регулятор по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что усилитель-формирователь выполнен на базе триггера со счетным входом и трансформаторного усилителя мощности.Регулятор по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что формирователь блокирующих импульсов выполнен в виде двух последовательно включенных логических элементов 2 И-НЕ, причем его первый и второй входы9 942241образованы входами первого элемента,третий " входом второго, а выходвыходом йоследнего. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРпо заявке И 2366756/24-07,Н 02 Р 13/16, 1976. 102. Авторское свидетельство СССРо заявке Н 2531307/24-07,, Н 02 Р 13/16, 1977,3. Дробович Ю.И. и .др. Способ поВ вывения эффективности высокочастотных транзисторных инверторов.В кн. Проблемы технической электродинамики. "Наукова думка", 1978,Ю 65, с. 9-11..Рошко едак аз город, ул. роектная н и ираж ВНИИПИ Госуддрственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва, М, Рауас