Преобразователь напряжения
Преобразователь напряжения относится к преобразовательной технике и может быть использован для испытаний мощных низковольтных источников постоянного тока, в частности, аккумуляторных элементов. Преобразователь напряжения содержит инвертор (3), трансформатор (4), выпрямитель (5), LC-фильтр (6), усилитель-сумматор (7), блок управления (8), датчик напряжения (2), дополнительный блок управления (9), устройство сдвига фаз (10), n преобразователей (1.1-1.n), каждый из которых представляет собой импульсный преобразователь напряжения повышающего типа. Применение предлагаемого преобразователя напряжения позволит расширить диапазон регулирования входных токов, снизить пульсации входного тока, упростить конструкцию трансформатора и улучшить эксплуатационные свойства устройства.
Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована для испытания мощных низковольтных источников постоянного тока.
Известен преобразователь напряжения (Мелешин В.И., Транзисторная преобразовательная техника, М, Техносфера, 2005, стр. 280), содержащий высокочастотный инвертор, дроссель, трансформатор, выпрямитель, конденсатор, в котором вход инвертора соединен последовательно с дросселем и образует вход преобразователя, выход инвертора подключен к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка трансформатора подключена ко входу выпрямителя, к выходу выпрямителя, образующему выход преобразователя, параллельно подключен конденсатор.
Недостатком преобразователя напряжения является относительно низкая максимальная входная мощность при работе от низковольтных источников питания, вызванная ограничением входного тока, а также трудность изготовления, связанная со сложной конструкцией трансформатора для больших значений входного тока и низких значений входного напряжения.
Наиболее близким решением, принятым за прототип, является преобразователь напряжения с защитой от перегрузки (Патент RU 77730 U1, МПК7 Н02М 3/337), содержащий высокочастотный преобразователь напряжения (инвертор), трансформатор, выпрямитель, LC-фильтр, усилитель-сумматор, блок управления, в котором первый и второй выходы инвертора подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого соответственно соединены с первым и вторым входами выпрямителя, первый и второй выходы выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым входами LC-фильтра, первый и второй выходы LC-фильтра образуют соответственно плюсовую и минусовую выходные клеммы преобразователя напряжения, выход усилителя-сумматора связан с блоком управления, содержащим формирователь управляющего сигнала, выполненный на основе широтно-импульсного модулятора, выходы которого подключены к управляющим входам высокочастотного преобразователя напряжения (инвертора).
Недостатком такого преобразователя является высокий уровень помех из-за относительно высокой амплитуды пульсаций входного тока, что может привести к выходу источника питания из строя, либо к его защитному отключению. Кроме того, недостатком является трудность изготовления преобразователя, связанная со сложной конструкцией трансформатора для больших значений входного тока и низких значений входного напряжения.
Задачей полезной модели является увеличение максимального значения уровня потребляемого входного тока и уменьшение амплитуды пульсаций этого тока, упрощение конструкции преобразователя путем снижения сложности изготовления трансформатора за счет увеличения входного напряжения и уменьшения входного тока трансформатора.
Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее инвертор, трансформатор, выпрямитель, LC-фильтр, усилитель-сумматор, блок управления, в котором первый и второй выходы инвертора подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого соответственно соединены с первым и вторым входами выпрямителя, первый и второй выходы выпрямителя соответственно соединены с первым и вторым входами LC-фильтра, первый и второй выходы LC-фильтра образуют соответственно плюсовую и минусовую выходные клеммы преобразователя напряжения, согласно техническому решению введены датчик напряжения, дополнительный блок управления, устройство сдвига фаз, n импульсных преобразователей напряжения повышающего типа, источник опорного напряжения, причем входные плюсовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и образуют входную плюсовую клемму преобразователя напряжения, входные минусовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и образуют входную минусовую клемму преобразователя напряжения, выходные плюсовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и подключены к первому входу инвертора и к первому выводу датчика напряжения, выходные минусовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и подключены ко второму входу инвертора и ко второму выводу датчика напряжения, информационный выход датчика напряжения подключен к суммирующему входу усилителя-сумматора, вычитающий вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход усилителя-сумматора подключен к входу блока управления, выходы которого подключены к управляющим входам инвертора, вход дополнительного блока управления является управляющим входом преобразователя напряжения, выход дополнительного блока управления подключен к входу устройства сдвига фаз, выходы которого подключены к управляющим входам n преобразователей напряжения повышающего типа.
Техническим результатом полезной модели является снижение амплитуды пульсаций входного тока, упрощение конструкции трансформатора за счет увеличения входного напряжения и уменьшения входного тока трансформатора.
На фиг. представлена структурная схема преобразователя напряжения.
Преобразователь напряжения содержит n импульсных преобразователей напряжения повышающего типа 1.1-1.n, входные плюсовая и минусовая клеммы которых объединены параллельно и являются входными клеммами преобразователя напряжения. Выходные плюсовые и минусовые клеммы преобразователей напряжения повышающего типа 1.1-1.n также объединены параллельно и подключены соответственно к первому и второму выводам датчика напряжения 2 и к первому и второму входам инвертора 3. Первый и второй выходы инвертора 3 подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора 4, первый и второй выводы вторичной обмотки которого через выпрямитель 5 подключены к LC-фильтру 6, выходные выводы которого образуют выходные плюсовую и минусовую клеммы преобразователя напряжения. Информационный выход датчика напряжения 2 подключен к суммирующему входу усилителя-сумматора 7, вычитающий вход которого соединен с источником опорного напряжения 11. Выход усилителя-сумматора 7 подключен к входу блока управления 8, содержащему формирователь управляющего сигнала, выполненный на основе широтно-импульсного модулятора, выходы которого подключены к управляющим входам инвертора 3. Вход дополнительного блока управления 9 является управляющим входом преобразователя напряжения, выход дополнительного блока управления 9 подключен к входу устройства сдвига фаз 10, выходы которого подключены к управляющим входам n преобразователей напряжения повышающего типа 1.1-1.n.
Преобразователь напряжения работает следующим образом.
Дополнительный блок управления 9, содержащий формирователь управляющего сигнала, выполненный на основе широтно-импульсного модулятора, вырабатывает импульсы управления с коэффициентом заполнения, пропорциональным напряжению управления, поданному на управляющий вход, а устройство сдвига фаз 10 расщепляет сигнал с выхода дополнительного блока управления 9 на n сигналов, которые подаются на управляющие входы n преобразователей 1.1-1.n, причем управляющие сигналы сдвинуты друг относительно друга на 360/n электрических градусов.
Параллельно включенные преобразователи напряжения повышающего типа 1.1-1.n повышают входное напряжение инвертора 3 до значения, заданного выходным напряжением источника опорного напряжения 11.
Инвертор 3, трансформатор 4, выпрямитель 5, LC-фильтр 6, датчик напряжения 2, усилитель-сумматор 7, блок управления 8 и источник опорного напряжения 11 образуют стабилизатор входного напряжения инвертора 3, в котором усилитель-сумматор 7 вырабатывает сигнал рассогласования, пропорциональный отклонению выходного напряжения датчика напряжения 2, от выходного напряжения источника опорного напряжения 11.
Увеличение входного напряжения инвертора 3 преобразователями напряжения повышающего типа 1.1-1.n при фиксированной входной мощности преобразователя напряжения, снижает входной ток инвертора 3 и амплитудное значение тока первичной обмотки трансформатора 4.
Многофазная работа преобразователей 1.1-1.n снижает пульсации входного тока устройства, что в свою очередь снижает уровень помех, создаваемых преобразователем напряжения.
Стабилизация входного напряжения инвертора 3 позволяет во всех режимах работы устройства поддерживать на достаточно высоком уровне амплитудное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора 4, что соответственно снижает ток первичной обмотки трансформатора 4.
В качестве преобразователей 1.1-1.n могут быть использованы импульсные преобразователи напряжения повышающего типа без гальванической развязки с дросселем на входе.
В качестве датчика напряжения 2 может использоваться резистивный делитель напряжения.
В качестве выпрямителя 6 может использоваться мостовой диодный выпрямитель.
В качестве усилителя-сумматора 7 может использоваться операционный усилитель.
В качестве блоков управления 8 и 9 могут использоваться ШИМ-контроллеры, производимые для источников питания.
В качестве устройства сдвига фаз 10 может использоваться цифровой микроконтроллер.
Применение предлагаемого преобразователя напряжения для испытания мощных низковольтных источников постоянного тока позволит расширить диапазон регулирования входных токов, снизить пульсации входного тока, упростить конструкцию трансформатора и улучшить эксплуатационные свойства преобразователя.
Преобразователь напряжения, содержащий инвертор, трансформатор, выпрямитель, LC-фильтр, усилитель-сумматор, блок управления, в котором первый и второй выходы инвертора подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого соответственно соединены с первым и вторым входами выпрямителя, первый и второй выходы выпрямителя соответственно соединены с первым и вторым входами LC-фильтра, первый и второй выходы LC-фильтра образуют соответственно плюсовую и минусовую выходные клеммы преобразователя напряжения, отличающийся тем, что в устройство введены датчик напряжения, дополнительный блок управления, устройство сдвига фаз, n преобразователей напряжения повышающего типа, причем входные плюсовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и образуют входную плюсовую клемму преобразователя напряжения, входные минусовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и образуют входную минусовую клемму преобразователя напряжения, выходные плюсовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и подключены к первому входу инвертора и к первому выводу датчика напряжения, выходные минусовые клеммы n преобразователей напряжения повышающего типа объединены и подключены ко второму входу инвертора и ко второму выводу датчика напряжения, информационный выход датчика напряжения подключен к суммирующему входу усилителя-сумматора, вычитающий вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход усилителя-сумматора подключен к входу блока управления, содержащего формирователь управляющего сигнала, выполненный на основе широтно-импульсного модулятора, выходы которого подключены к управляющим входам инвертора, вход дополнительного блока управления является управляющим входом преобразователя напряжения, выход дополнительного блока управления подключен к входу устройства сдвига фаз, выходы которого подключены к управляющим входам n преобразователей напряжения повышающего типа.
