CS257574B1

CS257574B1 - Connection for direct-current stabiluzed voltage production from alternating voltage by means of voltage changer

Info

Publication number: CS257574B1
Application number: CS861220A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Vobornik
Original assignee: Ladislav Vobornik
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS122086A1

Abstract

•jedná se o zapojení zdroje stejnosměrného stabilizovaného napětí se zmenšeným základním ztrátovým výkonem. To je dosaženo tím, že do série s napájecím zdrojem a usměrňovačem je „ zapojen střídavý výstup měniče napětí. Usměr- ' ňovač je přes filtr spojen s výstupními svorkami. K těmto výstupním svorkám je připojen vstup řídicího obvodu, jehož výstup je spojen se stejnosměrným vstupem měniče napětí. Napájecí zdroj může být střídavý jednofázový nebo dvoufázový, usměrňovač jednocestný nebo dvoucestný a měnič napětí jednočinný nebo dvojčinný.• This is a DC power supply stabilized voltage with reduced basic power loss. This is accomplished by getting into series with power supply and rectifier is "The AC output of the voltage converter is connected. Guideline The filter is connected to the output terminals via the filter. It is connected to these output terminals control circuit input whose output is connected with DC voltage input. Power supply the source may be alternating single phase or two-phase rectifier, one-way or two-way rectifier and a single-acting or double-acting voltage converter.

Description

Vynález se týká zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého napětí pomocí měniče napětí. *The invention relates to a circuit for producing a DC stabilized voltage from an AC voltage using a voltage converter. *

Zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí sestávají ze střídavého napájecího obvodu a usměrňovače s filtrem, který je spojen s výstupními svorkami pro odběr stabilizovaného napětí přes regulační člen, řízený zpětnovazebním obvodem. Zpětnovazební obvod je uspořádán tak, že podle velikosti výstupního napětí řídí regulační člen takovým způsobem, aby změny výstupního napětí se zmenšovaly. Takovéto zapojení je jednoduché, ale jeho nevýhodou je, že regulační člen musí být dimenzován na plný výstupní proud stabilizovaného zdroje.The wiring for producing the DC stabilized voltage consists of an AC supply circuit and a rectifier with a filter that is coupled to the output terminals for taking the stabilized voltage through a feedback controllable control member. The feedback circuit is arranged such that, depending on the magnitude of the output voltage, it controls the control member in such a way that changes in the output voltage are reduced. Such a wiring is simple, but its disadvantage is that the control element must be sized for the full output current of the stabilized power supply.

Další nevýhodou je, že reálné regulační členy, např. tranzistory, pracují teprve tehdy, je-li na nich dostatečný úbytek napětí, který se s rostoucím proudem většinou zvětšuje. Tím je při daném proudu určen i základní ztrátový výkon v regulačním členu, který nelze zmenšit. Tato nevýhoda se uplatňuje hlavně při malém regulačním rozsahu, tj. při malém kolísání vstupního napájecího napětí, kdy základní ztrátový výkon může být srovnatelný s celkovým výkonem ztraceným na regulačním členu. Pro snížení ztrát se také užívají impulsní stabilizátory. Jejich nevýhodou je však velká složitost, protože obsahují obvod převádějící napětí na délku impulsu.Another disadvantage is that real regulators, such as transistors, only work when there is sufficient voltage drop, which usually increases with increasing current. This also determines the basic power dissipation in the control element, which cannot be reduced. This disadvantage is mainly applied in a small control range, i.e., a small variation in the input supply voltage, where the basic power dissipation may be comparable to the total power lost on the control member. Pulse stabilizers are also used to reduce losses. Their disadvantage, however, is the high complexity because they contain a circuit converting voltage to pulse length.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého napětí pomocí měniče napětí podle vynálezu, která je určitou modifikací zdroje se sériovým měničem. Sestává z napájecího obvodu, který je přes usměrňovač připojen k výstupnímu zařízení tvořenému výstupními svorkami nebo filtrem s výstupními svorkami. Napájecí obvod může být střídavý jednofázový i vícefázový. Podstatou vynálezu je, že mezi napájecí obvod a usměrňovač je zapojen střídavý výstup měniče napětí. Stejnosměrný vstup tohoto měniče napětí je připojen k výstupu řídicího obvodu, jehož vstup je spojen s výstupními svorkami. Dalšími význaky je upřesněno zapojení měniče podle vynálezu.These drawbacks are overcome by the circuitry for producing a DC stabilized voltage from an AC voltage using a voltage converter according to the invention, which is a modification of the power supply with a serial converter. It consists of a supply circuit that is connected via an rectifier to an output device consisting of output terminals or a filter with output terminals. The power supply circuit can be alternating single or multiphase. It is an object of the invention that an AC output of the voltage converter is connected between the supply circuit and the rectifier. The DC input of this voltage converter is connected to the output of the control circuit whose input is connected to the output terminals. Further features of the invention are specified.

Vyššího účinku podle vynálezu je dosaženo tím, že regulace napětí se provádí změnou stejnosměrného napětí na stejnosměrném vstupu měniče napětí. Tento měnič napětí lze vyřešit tak, aby proudy a napětí na jeho stejnosměrném vstupu měly velikost odpovídající možnostem řídícího obvodu. Měnič napětí lze navrhnout tak, aby proud na jeho stejnosměrném vstupu byl menší než proud na jeho střídavém výstupu, takže řídicí obvod pracuje s malým proudem. Z tohoto důvodu se zmenší i základní ztrátový výkon regulačního členu řídicího obvodu určený jeho nejmenším napěťovým úbytkem. Tento nejmenší napěiový úbytek je např. u tranzistorů ve funkci regulačního členu přibližně stejný. Vzhledem k malým proudům bude malý i ztrátový výkon na prvcích měniče napětí. Lze tedy použít řídicí obvod dimenzovaný na malý proud a zvýší se účinnost.A higher effect according to the invention is achieved in that the voltage regulation is carried out by varying the DC voltage at the DC input of the voltage converter. This voltage converter can be solved so that the currents and voltages on its DC input are of a magnitude corresponding to the capabilities of the control circuit. The voltage converter can be designed so that the current at its DC input is less than the current at its AC output, so that the control circuit operates at a low current. For this reason, the basic power dissipation of the control element of the control circuit determined by its least voltage drop is also reduced. This minimum voltage drop is, for example, approximately the same for transistors acting as a regulator. Due to the low currents, the power dissipation of the voltage converter elements will be low. Thus, a low-current control circuit can be used and efficiency is increased.

Další podrobnosti vynálezu jsou zřejmé z následujícího popisu a vyobrazení na obr. 1 až obr. 3. Na obr. 1 je uvedeno základní blokové zapojení, na ostatních vyobrazeních jsou vhodné možnosti realizace.Further details of the invention are apparent from the following description and Figures 1 to 3. Fig. 1 shows the basic block circuit, other embodiments show suitable embodiments.

Na obr. 1 je základní blokové zapojení, které objasňuje podstatu vynálezu. Výstup napájecího obvodu je přes usměrňovač _2 a filtr 5 spojen s výstupními svorkami 6. Do sestavy napájecího obvodu 1. a usměrňovače je sériově zapojen střídavý výstup měniče napětí 2/ jehož stejnosměrný vstup je spojen s výstupem řídicího obvodu £, který je dále svým vstupem připojen k výstupním svorkám ý.Fig. 1 shows a basic block circuit that illustrates the nature of the invention. The output of the supply circuit is connected via output rectifier 2 and filter 5 to the output terminals 6. The AC output of the supply circuit 1 and the rectifier is connected in series with the AC output 2 of the voltage converter 2 whose DC input is connected to the output of the control circuit 6. to the output terminals ý.

Zapojení pracuje dále uvedeným způsobem. Střídavé napětí na výstupu měniče napětí J3 je co do velikosti úměrné stejnosměrnému napětí na jeho stejnosměrném vstupu a tím i na výstupu řídicího obvodu 4 a je zapojeno do série s napájecím obvodem 1_ a usměrňovačem 2_. Napětí vzniklé sečtením napětí napájecího obvodu _1 ^napětí střídavého výstupu měniče napětí J je usměrňovačem 2_ usměrněno a přes filtr 5 je přivedeno na výstupní svorky 6^. Řídící obvod _4 vytváří na svém výstupu napětí, jehož změny jsou úměrné odchylce výstupního napětí na výstupních svorkách od požadované hodnoty. Toto napětí na výstupu řídicího obvodu 4_ ovlivňuje prostřednictvím měniče napětí 3 střídavé napětí, které působí na usměrňovač j? a tím ovlivňuje i výstupní napětí na výstupních svorkách _6. Při správně volené polaritě celkového přenosu se zmenšují změny napětí na výstupních svorkách 6.The wiring works as follows. The AC voltage at the output of the voltage converter 13 is proportional to the DC voltage at its DC input and thus at the output of the control circuit 4, and is connected in series with the supply circuit 7 and the rectifier 2. The voltage resulting from the addition of the voltage of the supply circuit 11 of the AC output of the voltage converter 1 is rectified by the rectifier 2 and applied to the output terminals 6 via a filter 5. The control circuit 4 generates a voltage at its output, the variation of which is proportional to the deviation of the output voltage at the output terminals from the desired value. This voltage at the output of the control circuit 4 affects, by means of a voltage converter 3, the alternating voltage acting on the rectifier? and thus also affects the output voltage at the output terminals 6. If the overall transmission polarity is correctly selected, the voltage changes at the output terminals 6 are reduced.

Měnič napětí 2 l^ze realizovat různým způsobem. Může být tvořen kmitajícím měničem, nebo kmitajícím měničem, jehož kmitočet je synchronizován vnějším střídavým nebo pulsním napětím, nebo měničem s cizím buzením. V posledních dvou případech je vhodné, když synchronizační nebo budicí napětí je odvozeno od střídavého napětí napájecího obvodu 2· Rovněž je výhodné, když střídavé napětí napájecího obvodu 2 ^a výstupní napětí měniče napětí 2 mají obdélníkový tvar.Voltage converter 2 l ^of realized in different ways. It may consist of an oscillating converter, or an oscillating converter whose frequency is synchronized by an external alternating or pulse voltage, or an inverter with external excitation. In the last two cases, it is desirable that the synchronization or the excitation voltage is derived from the alternating voltage supply circuit 2 · It is also advantageous if the alternating voltage supply circuit 2 ^{and the} output voltage of the power inverter 2 having a rectangular shape.

Pak jsou prvky obvodu rovnoměrněji proudově namáhány a zjednoduší se i filtrace výstupního napětí ve filtru 2· Filtr 2 ^se nejsnáze uskuteční obvyklým způsobem, např. pomocí filtračního kondenzátoru nebo obvodem z tlumivky a kondenzátoru, případně i s rekuperační diodou.Then the circuit elements are more evenly stressed and the filtering of the output voltage in filter 2 is simplified. The filter 2 ^is most easily carried out in the usual way, for example by means of a filter capacitor or a choke and capacitor circuit, possibly with a recovery diode.

Na obr. 2 je znázorněno zapojení, kde měnič napětí 2 je vytvořen jednočinným měničem s cizím buzením, který sestává z transformátoru 30, jehož první primární vinutí 31 je připojeno přes dráhu kolektor-emitor prvního tranzistoru 33 k výstupu řídicího obvodu 2· Báze prvního tranzistoru 33 je připojena k prvnímu budicímu zdroji 21· Sekundární vinutí 32 transformátoru 30 je zapojeno do série s napájecím obvodem 2 ^a usměrňovačem 2· První budicí zdroj 34 vytváří budicí pulsy, které ovládají první tranzistor 32· Je-li tento tranzistor sepnut, je na první primární vinutí 31 přivedeno napětí z výstupu řídicího obvodu 2 ^a toto napětí se transformuje do sekundárního vinutí 32. Při rozepnutí prvního tranzistoru 33 se první primární vinutí 31 odpojí od výstupu řídicího obvodu 2· ^Je vhodné volit poměry v zapojení tak, aby první tranzistor 33 byl sepnut tehdy, když usměrňovač 2 je ve vodivém stavu. Zapojení lze doplnit demagnetizačním obvodem, jak je u jednočinných měničů obvyklé. Zapojeni, ve kterých je měnič napětí 2 vytvořen jednočinným měničem, se uplatní hlavně tehdy, když usměrňovač 2 je v jednocestném provedení.FIG. 2 shows a circuit in which the voltage converter 2 is formed by a single-acting external excitation converter consisting of a transformer 30 whose first primary winding 31 is connected via the collector-emitter path of the first transistor 33 to the output of the control circuit 2 The secondary winding 32 of the transformer 30 is connected in series with the supply circuit 2 ^{and the} rectifier 2. The first excitation source 34 generates the excitation pulses that control the first transistor 32. primary winding 31 energized from the output control circuit ^{2, and} this voltage is transformed to the secondary winding 32. at the opening of the first transistor 33, the first primary winding 31 is disconnected from the output control circuit 2 · ^{It is} suitable to choose the circumstances in engagement so that the first transistor 33 was closed when the rectifier 2 is in a conductive state. The wiring can be completed with a degaussing circuit, as is usual with single-acting inverters. Circuits in which the voltage converter 2 is formed by a single-acting converter are mainly used when the rectifier 2 is in a one-way design.

Na obr. 3 je uvedeno zapojení, kdy měnič napětí 2 je realizován dvojčinným měničem s cizím buzením, který sestává z transformátoru 30., jehož druhé primární vinutí 312 je zapojeno přes dráhu kolektor-emitor druhého tranzistoru 332 k výstupu řídicího obvodu 2 ^a třetí primární vinutí 313 je zapojeno přes dráhu kolektor-emitor třetího tranzistoru 333 rovněž k výstupu řídicího obvodu 2· Druhé primární vinutí 312 a třetí primární vinutí 313 lze vytvořit jako jedno vinutí s odbočkou uprostřed. Báze druhého tranzistoru 332 je připojena k druhému budicímu zdroji 342 a báze třetího tranzistoru 333 ke třetímu budicímu zdroji 343. Druhý budicí zdroj 342 a třetí budicí zdroj 343 dodávají napětí navzájem posunuté tak, že když je vybuzen druhý tranzistor 332, je třetí tranzistor 333 uzavřen a obráceně. Sekundární vinutí 2? transformátoru 30 je opět zapojeno do série s napájecím obvodem 2 ^a usměrňovačem 2· Podle potřeby mohou být sekundární vinutí i dvě. Zapojení pracuje již popsaným způsobem. Rozdíl je pouze v tom, že transformátor 22 je magnetován střídavě a na sekundárním vinutí 32 je střídavé napětí. Toto zapojení je vhodné, když usměrňovač 2 je dvoucestný.Fig. 3 shows a circuit in which the voltage converter 2 is implemented by a double-acting external excitation transducer consisting of a transformer 30 whose second primary winding 312 is connected via the collector-emitter path of the second transistor 332 to the control circuit 2 output ^{and the} third primary the winding 313 is connected via the collector-emitter path of the third transistor 333 also to the output of the control circuit 2. The second primary winding 312 and the third primary winding 313 can be formed as a single winding with a middle tap. The base of the second transistor 332 is coupled to the second excitation source 342 and the base of the third transistor 333 to the third excitation source 343. The second excitation source 342 and the third excitation source 343 supply a voltage shifted so that when the second transistor 332 is energized the third transistor 333 is closed. and vice versa. Secondary winding 2? The transformer 30 is again connected in series with the supply circuit 2 ^{and the} rectifier 2. The circuit works as described above. The only difference is that the transformer 22 is magnetized alternately and the secondary winding 32 has an alternating voltage. This connection is suitable when the rectifier 2 is two-way.

Napájecí obvod 2 může být proveden různě. Např. může být střídavý jednofázový a pak měnič napětí 2 může být jednočinný nebo dvojčinný. V prvém případě stačí usměrňovač 2 v jednocestném provedení, v druhém případě je vhodné realizovat usměrňovač 2 jako dvoucestný, např. můstkový. Je-li napájecí obvod 2 střídavý dvoj fázový s usměrňovačem v každé fázi, lze měnič napětí 2 vytvořit jako dvojčinný a do série s každou fází a příslušným usměrňovačem zapojit jedno sekundární vinutí měniče napětí 2·The supply circuit 2 can be designed in different ways. E.g. it may be alternating single-phase and then voltage converter 2 may be single-acting or double-acting. In the first case, the rectifier 2 in a one-way design is sufficient, in the second case it is suitable to realize the rectifier 2 as a two-way, eg a bridge. If the power supply circuit 2 is an alternating dual-phase with a rectifier in each phase, the voltage converter 2 can be made double-acting and one secondary inverter of the voltage converter 2 can be connected in series with each phase and the corresponding rectifier.

V některých zapojeních, kdy jsou menší požadavky na filtraci výstupního napětí, lze filtr 2 vynechat a nahradit ho elektrickým spojem. Tak tomu může být např. tehdy, když napájecí obvod 2 dodává střídavé napětí obdélníkového tvaru, měnič napětí 2 je dvoujčinný a usměrňovač 2 dvoucestný a když tvar střídavého napětí je takový, že po dvoucestném usměrnění se získá stejnosměrné napětí s malou střídavou složkou.In some installations, where there is less demand for filtering the output voltage, filter 2 can be omitted and replaced with an electrical connection. This may be the case, for example, when the supply circuit 2 delivers AC voltage of rectangular shape, the voltage converter 2 is double-acting and the rectifier 2 is two-way, and when the AC voltage is such that DC voltage with a small AC component is obtained.

Řídicí obvod 2 ovládá stejnosměrné napětí na svém výstupu tak, aby bylo úměrné odchylkám napětí na výstupních svorkách 6 od požadované hodnoty. Výstup řídicího obvodu 2 lze navrhnout tak, že se chová jako proměnný zdroj napájející měnič napětí 2·The control circuit 2 controls the DC voltage at its output so that it is proportional to the voltage deviation at the output terminals 6 from the setpoint. The output of the control circuit 2 can be designed to act as a variable source supplying the voltage converter 2 ·

Zapojení podle vynálezu lze využit např. u vícehladinových impulsních zdrojů napětí, které jsou řešeny tak, že jednotlivá výstupní stejnosměrná napětí se získávají usměrněním a vyfiltrováním střídavých napětí získaných ze sekundárních vinutí transformátoru. Stabilizační obvod snímá velikost napětí na jednom stejnosměrném výstupu, který má pokud možno konstantní nebo i prakticky nulový proudový odběr. Podle velikosti tohoto napětí je ovládán regulační člen, který řídí energii dodávanou na primární vinutí transformátoru. Tímto způsobem je zajištěna stabilizace všech výstupních napětí vzhledem ke změnám napájecího napětí. Výstupní napětí, ke kterému je připojen stabilizační obvod, je stabilizováno i vzhledem k proměnnému odběru proudu. Na ostatní výstupní napětí mají nepříznivý vliv úbytky napětí na usměrňovačích diodách a odporech vinutí. Nejnepříznivěji se uplatňují usměrňovači diody, které způsobují při proměnné zátěži změny výstupního napětí až 0,5 V, při změně zátěže na výstup, ke kterému je připojen stabilizační obvod, mohou být změny napětí na ostatních výstupech ještě větší.The circuit according to the invention can be used, for example, in multi-level pulse voltage sources which are designed such that individual DC output voltages are obtained by rectifying and filtering the AC voltages obtained from the transformer secondary windings. The stabilization circuit senses the voltage on one DC output, which has as constant or practically zero current consumption as possible. According to the magnitude of this voltage, a control element is controlled which controls the power supplied to the transformer primary winding. In this way, all output voltages are stabilized with respect to supply voltage variations. The output voltage, to which the stabilizing circuit is connected, is stabilized due to the variable current consumption. Other output voltages are adversely affected by voltage drops on rectifier diodes and winding resistors. Rectifier diodes are the most disadvantageous which cause variations in the output voltage of up to 0.5 V at a variable load, and when the load is changed to the output to which the stabilizing circuit is connected, the voltage variations at the other outputs may be even greater.

V praxi je většinou potřebná dobrá stabilizace jenom na části výstupů, na zbývajících výstupech bývá povoleno větší kolísání napětí. U těch výstupních napětí, která mají být lépe stabilizována a je u nich nutný malý vnitřní odpor, lze použít dodatečnou stabilizaci podle vynálezu. Potřebné budicí zdroje napětí se snadno získají pomocí vinutí na transformátoru více hladinového zdroje.In practice, good stabilization is usually required only on a part of the outputs, while the remaining outputs are usually allowed to vary in voltage. For those output voltages that are to be better stabilized and require little internal resistance, additional stabilization according to the invention can be used. The required excitation voltage sources are easily obtained by winding on a transformer of a multi-level source.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A wiring for generating a DC stabilized voltage from an AC voltage by means of a voltage converter consisting of a supply circuit connected via an rectifier to an output device consisting of output terminals or filter and output terminals, characterized in that between the supply circuit (i) and the rectifier (2) ), the AC output of the voltage converter (3) is connected, whose DC input is connected to the output of the control circuit (4), which is connected to the output terminals (6) by its input.

Wiring according to claim 1, characterized in that the voltage converter (3) consists of a transformer (30) whose secondary winding (32) is connected in series with the supply circuit (1) and the rectifier (2) and whose first primary winding (31) ) is connected via the collector-emitter path of the first transistor (33) to the output of the control circuit (4), the base of the first transistor (33) being coupled to the first excitation source (34).

Connection according to Claim 1, characterized in that the voltage converter (3) comprises a transformer (30), the secondary winding (32) of which is connected in series with the supply circuit (1) and the rectifier (2) and whose first primary winding (312). is connected via the collector-emitter path of the second transistor (332) to the output of the control circuit (4) and also the third primary winding (313) is connected via the collector-emitter path of the third transistor (333) to the output of the control circuit (4) the second transistor (332) is coupled to the second excitation source (342) and the base of the third transistor (333) is coupled to the third excitation source (343).