Обратимый вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения

 

ОБРАТИМЫЙ ВаПЬТОРЕВЕРСИВНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор с трансформатором , прямой и обратный транзисторнодиодные выпрямители, сглаживающий фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первый, второй и третий раскачивающие каскады и блок управления, состоящий из первого и второго компараторов , сумматора и генератора разнополярных пилообразных напряжений, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора вьшолнены со средней точкой, подключенной к первому входному выводу, крайние выводы вторичной йбмотки через прямой и обратньй транзисторно-диодные выпрямители и дроссель сглаживающего фильтра соединены с первым выходным выводом. / 13 /; f. второй входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачивающего каскада соединен с управляющим входом инвертора, выходы второго и третьего раскачивающих каскадов - с управляющими вxoдa ш прямого и обратного транзисторнодиодных вьшрямителей соответственно , входы раскачивающих каскадов соединены с выходами блока управления , выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора разнополярньгх пилообразных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышесл ния КПД и уменьшения массы обратимого вольтореверсивного стабилизаторд , он снабжен датчиком тока дросселя, пороговым элементом с двумя входами и четырьмя вспомогательными ключами, причем выходы порогового элемента соединены с введенными запирающими входами второго и третьего раскачива1ощих каскадов и управляю щими входами -вспомогательных ключей, САд первый и второй из которых подклю00 чены между выходами первого и второ:0 го компараторов и входами указанного сумматора, выходом подключенного к входам второго и третьего раскачивающих каскадов, а третий и четвертый ключи подключены между выходами первого и второго компараторов и входаьш первого раскачивающего каскада.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(5() G 05 F I /56 (2 1) 3638931/24-07 (22) 31. 08.83 (46) 23. 02 . 85. Бюл. Ф . 7 (72) Н.И.Дуплин (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 62 1.3 t6 .722 . 1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 347751, кл. G 05 F 5/00,. 1972.

2. Дуплин Н.И., Орлов С.И., Тищенко А.К. Обратимый вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения для автономных систем электропитания.В кн.:Проблемы преобразовательjной техники, ч.3, Киев, ИЗД, 1979. (54) (57) ОБРАТИМЫЙ ВОЛЬТОРЕВЕРСИВНЫЙ

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, I содержащий инвертор с трансформато;ром, прямой и обратный транзисторнодиодные выпрямители, сглаживающий фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первый, второй и третий раскачивающие каскады и блок управления, состоящий из первого и второго компараторов, сумматора и генератора разнополяриых пилообразных напряжений, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены со средней точкой, подключенной к первому входному выводу, крайние выводы вторичной обмотки через прямой и обратный транзисторно-диодные выпрямители и дроссель сглаживающего фильтра соединены с первым выходным выводом, . второй входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачивающего каскада соединен с управляющим входом.инвертора, выхо ды второго и третьего раскачивающих каскадов — с управляющими входами прямого и обратного транзисторнодиодных выпрямителей соответственно, входы раскачивающих каскадов соединены с выходами блока управления, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора разнополярных пилообразных напряжений, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения массы обратимого вольтореверсивного стабили затора, он снабжен датчиком тока дросселя, пороговым элементом с двумя входами и четырьмя вспомогательными ключами, причем выходы порогового элемента соединены с введенными запирающими входами второго и третьего раскачивающих каскадов и управляю,щими входами .вспомогательных ключей, первый и второй из которых подключены между выходами первого и второго компараторов и входами указанного сумматора, выходом подключенного к входам второго и третьего раскачивающих каскадов, а третий и четвертый ключи подключены между выходами первого и второго компараторов и входаьж первого раскачивающего каскада.

1141389

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вторичным источникам, электропитания, и может быть использовано при разработке обратимых стабилизаторов постоянного напряжения.

Известен обратимый вольтореверсив. ный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из инвертора, обратимого транзисторно-диодного вы- 1О прямителя, сглаживающего фильтра и схемы управления по отклонению выходного напряжения от опоркой величины Е13.

Недостатками этого стабилизатора 15 являются низкий КПД и большие масса и габариты. Недостатки объясняются тем, что в таких стабилизаторах в течение каждого полупериода наблюдается сначала вольтосложение пи- 2D тающего и добавочного напряжений, а затем их вычитание, в результате чего происходит. излишняя передача энергии в цепь сглаживающего фильтра, а затем рекуперация части ее обратно 25 в цепь источника. При этом увеличива- . ются потери в транзисторах и диодах стабилизатора и увеличивается расчетная мощность дросселя.

Наиболее близким к изобретению является обратимый вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий инвертор с трансформатором, прямой и обратный транзисторно-диодные выпрямители, сглаживающий З5 фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первый, второй и третий раскачивающие каскады и блок управления, состоя,щий из первого и второго компара- 4 4О торов, сумматора и генератора равнополярных пилообразных напряжений, при чем первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены со средней точкой, подключенной к первому вход- 45 ному выводу, крайние выводы вторичной обмотки через прямой и обратный транзисторно-диодные выпрямители и дроссель сглаживающего .фильтра,. соединены с первым выходным выводом, второй 5О входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачивающего каскада соединен с управляющим входом инвертора, выходы второго и третьего раскачивающих каскадов 55 с управляющими входами прямого и обратного транзисторно-диодных выпрямителей соответственно, входы раскачивающих каскадов соединены с выходами блока управления, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора разнополярных пилообразных напряжений f23 .

Недостатками известного стабилизатора являются низкий КПД н большая масса; что обусловлено дополнительными потерями в короткозамкнутых контурах стабилизатора при переключениях транзисторов инвертора и выпрямителей.

Целью Мзрбретения является повышение КПД и снижение массы обратимого вольтореверсивного стабилизатора.

Цель достигается тем, что обратимый вольтореверсивный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий инвертор с трансформатором, прямой и обратный транзисторно-диодные выпрямители, сглаживающий фильтр, блок сравнения выходного напряжения с опорным напряжением, первый, второй и третий раскачивающие каскады и блок управления, состоящий из первого и второго компараторов, сумматора и генератора разнополярных пилооб.. разных напряжений, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены со средней точкой, подключенной к первому входному выводу, крайние выводы вторичной обмотки через .прямой и обратный транвисторнодиодные выпрямители и дроссель сглаживающего фильтра соединены с первым выходным выводом, второй входной и второй выходной выводы объединены, выход первого раскачивающего каскада соединен с управляющим входом инвертора, выходы второго и третьего раскачивающих каскадов — с управляющими входами прямого и обратного транзисторно-диодных выпрямителей соответственно, входы раскачивающих каскадов соединены с выходами блока управления, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора разнополярных пилообразных напряжений, снабжен датчиком тока дросселя, пороговым элементом с двумя входами и четырьмя вспомогательными ключами, причем выходы порогового элемента

1141389 4 соединены с введенными запирающими входами второго и третьего раскачивакицих каскадов и управляющими входами вспомогательных ключей, первый и второй из которых подключены между выходами первого и второго компараторов и входами указанного сумматора, выходом подключенного к входам второго и третьего раскачивающих каскадов, а третий и четвертый ключи !О подключены между выходами первого и второго компараторов и указанными входами первого раскачивающего каскада.

На чертеже представлена схема обратимого вольтореверсивного стаби- !5 лизатора.

Обратимый вольтореверсивный стабилизатор состоит из транзисторного инвертора 1 на транзисторах 2 и 3, диодах 4 и 5, силовом трансформато- щ ре 6, первого раскачивающего каскада 7, прямого диодно-транзисторного выпрямителя 8 и обратного выпрямителя 9, раскачивающих каскадов 10 и 1! дросселя 12 и конденсатора 13, 25 сглаживающего фильтра, блока 14 срав нения, генератора 15 пилообразных напряжений, компараторов 16 и 17, сумматора f8, датчика !9 тока дросселя, порогового элемента 20 и вспо- 3О могательных коммутирующих ключей

2 1-24.

Транзисторный инвертор 1, нагруженный на выпрямители 8 и 9, подключен к источнику питающего напряжения. Выпрямители 8 и 9 через сглажи3S веющий дроссель 12 и конденсатор 13 соединены с выходными зажимами ста билизатора, элемент 14 сравнения, соединенный Ьходом с выходом стаби -лизатора, подключен к входам компараторов 17 и 16, вторые входы которьпс соединены с генератором 15 разнополярных пилообразных напря жеиий е

Входы сумматора 18 и входы раскачивающего каскада 7 соответственно .через коммутирующие ключи 21 и 22, 23 и 24 соединены с выходами компараторов 17 и 16. Кроме того, сумма- SO тор 18 связан с одним иэ входов раскачивающих каскадов 11 и 1О. Поро" говый элемент 20, соединенный с вы- .. ходом датчика тока 19, соединен одним из своих выходов с третьим рас- 5$ качивающим каскадом 11 и управляющи ми входами ключей 2 1 и 23, а вторым входом — .соответственно с вторым раскачивающим каскадом 10 и ключами 22 и 24.

Стабилизатор работает следующим образом, При токах дросселя 12, меньших по величине размаха его переменной составляющей, пороговый элемент 20 находится в состоянии, при котором с его выходов снимаются напряжения положительной полярности. В этом случае все коммутирующие ключи 21 и 24 открыты, а раскачивающие каскады 10 и f! усиливают сигнал, снимаемый с сумматора 18.

Широтно-модулированное напряжение компаратора 16 через сумматор !8 подается на входы раскачивающих каскадов 1О и 11, которые обеспечивают переключение транзисторов выпрямителей 8 и 9. При этом транзисторы

8 и 9 переключаются синхронно и синфазно. Напряжение с выхода компарато ра 16 через открытый ключ 24 поступает также на один из входов раскачивающего каскада 7, с выходов которого осуществляется широтно-импульсное управление работой инвертора

В режиме вольтовычитания работа стабилизатора происходит таким же образом, с той лишь разницей, что широтно-импульсные сигналы на сумматор 18 и раскачивающий каскад 7 поступают с второго компаратора 17.

В том случае, когда ток дросселя становится выше величины размаха переменной составляющей, срабатывает .пороговый элемент 20 и напряжение на одном из -его выходов становится. отрицательным. В этом случае на вход одного из раскачивающих каскадов поступает запирающий сигнал, что обеспечивает занирание транзисторов соответствующего канала выпрямителя. Ес« ли ток дросселя 11 протекает в направлении от источника питания к нагрузке, то закрывается раскач свающий каскад 11 и транзисторы 9 обратного канала выпрямителя. Кроме того, в этом случае закрываются ключи 21 и 23» поэтому широтно-модулированные импульсы с компаратора 16 (режим воль-1 тодобавки) не поступают на суммирующий блок 18, в результате чего транзисторы прямого канала в.трямителя 8 оказываются постоянно открытыми .

В режиме вольтовычитания из-за закрытого состояния ключа 23 широтно-мо1141389 дулированные импульсы не поступают на вход раскачивающего каскада 7, чтo обеспечивает закрытое состояние транзисторов 2 и 3 инвертора 1.

Прн токах дросселя, больших вели- 5 чины размаха переменной составляющей,"ненужный" канал выпрямителя оказывается отключенным, что нринципиально исключает возможность образования в выпрямителе короткозамкнутых контуров, а следовательно, исключает токовые перегрузки транзисторов инвертора и выпрямителя. В.известной схеме такие перегрузки возникают дважды за полупериод из-за инерционности процесса закрытия ранее включенных транзисторов. От.ключение "ненужного" канала вдвое сокращает потери на управление выпрямителем, что также повышает КПД 20 предлагаемой схемы по сравнению с известной.

Кроме того, в режиме вольтодобавки транзисторы прямого выпрямителя 8 5 оказываются постоянно включенными, что исключает наличие в них динамичес ких потерь мощности. В режиме вальтовычитания закрытое состояние транзисторов 2 и 3 позволяет исключить 30 динамические потери мощности в инверторе. Поэтому КПД предлагаемого устройства в рассмотренных режимах существенно превышает КПД известных схем. 35

В том случае, когда ток дросселя протекает в обратном направлении через пороговый элемент 20, схема срабатывает по второму выходу, выключается раскачивающий каскад 10, транзисторы прямого выпрямителя 8 и ключи 22 и 24. Принцип работы всего устройства для данного случая совпадает с рассмотренной с той лишь разницей, что в режиме вольтодобавки широтно-модулированные импульсы снимаются с выхода компаратора 17, а в режиме вольтовычитания — с выхода компаратора 16, Чтобы исключить многократное срабатывание пороговой схемы 19 в течение одного периода, целесообразно ввести в ее характеристику зону гистерезиса, определяемую величиной размаха переменной составляющей тока дросселя.

Таким образом, предлагаемая схема стабилизатора характеризуется одинаковым КПД с известной схемой только при малых значениях тока дросселя, когда общая величина потерь мощности сравнительно невелика и не определяет массы и габариты теплоотводящих элементов конструкции. При токах дросселя,превышающих величину его пере-, менной составляющей,КПД прецлагаемой схемы существенно превосходит

КПД известных схем, н поэтому характеризуется н лучшими массогабарит ными показателями. !

1141389

3ВИЦДИ Заказ 494./35 Тк аж 863 По ске е

4илиал ПИП геит, г.Ужгород, ул.Проектиея ° 4