RU153595U1

RU153595U1 - VOLTAGE TRANSFORMER

Info

Publication number: RU153595U1
Application number: RU2014147920/07U
Authority: RU
Inventors: Енис Аврумович Мизрах; Дмитрий Константинович Лобанов; Александр Сергеевич Федченко; Евгений Алексеевич Копылов
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-07-27

Abstract

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 A voltage converter comprising an inverter, a transformer, a rectifier, an LC filter, an adder amplifier, a control unit in which the first and second outputs of the inverter are connected respectively to the first and second terminals of the transformer primary winding, the first and second conclusions of which secondary winding are respectively connected to the first and the second inputs of the rectifier, the first and second outputs of the rectifier are respectively connected to the first and second inputs of the LC filter, the first and second outputs of the LC filter form, respectively, plus and minus the output terminals of the voltage converter, characterized in that a voltage sensor, an additional control unit, a phase shifter, n step-up voltage converters are inserted into the device, and the input plus terminals of the step-up voltage converters n are combined and form the input plus terminal of the voltage converter, input negative the terminals of the step-up voltage converters n are combined and form the input negative terminal of the voltage converter, the output plus terminals we n step-up voltage converters are connected and connected to the first input of the inverter and to the first output of the voltage sensor, negative output terminals n step-up voltage converters are combined and connected to the second input of the inverter and to the second output of the voltage sensor, the information output of the voltage sensor is connected to the summing input of the adder-amplifier, the subtracting input of which is connected to the reference voltage source, the output of the adder-amplifier is connected to the input of the control unit containing

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована для испытания мощных низковольтных источников постоянного тока.The utility model relates to converter technology and can be used to test powerful low-voltage direct current sources.

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.A known voltage converter (V. Meleshin, Transistor converter technology, M, Technosphere, 2005, p. 280), comprising a high-frequency inverter, inductor, transformer, rectifier, capacitor, in which the inverter input is connected in series with the inductor and forms the input of the converter, the inverter output is connected to the primary winding of the transformer, the secondary winding of the transformer is connected to the input of the rectifier, and the capacitor is connected in parallel to the output of the rectifier forming the output of the converter.

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.The disadvantage of the voltage converter is the relatively low maximum input power when operating from low-voltage power sources, caused by the limitation of the input current, as well as the difficulty of manufacturing associated with the complex design of the transformer for large values of the input current and low values of the input voltage.

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).The closest solution adopted for the prototype is a voltage converter with overload protection (Patent RU 77730 U1, MPK7 Н02М 3/337) containing a high-frequency voltage converter (inverter), a transformer, a rectifier, an LC filter, an adder amplifier, a control unit in which the first and second outputs of the inverter are connected respectively to the first and second terminals of the primary winding of the transformer, the first and second conclusions of the secondary winding of which are respectively connected to the first and second inputs of the rectifier, the first and second the rectifier outputs are connected respectively to the first and second inputs of the LC filter, the first and second outputs of the LC filter form, respectively, the plus and minus output terminals of the voltage converter, the output of the amplifier-adder is connected to a control unit containing a driver of the control signal, made on the basis of pulse-width a modulator whose outputs are connected to the control inputs of a high-frequency voltage converter (inverter).

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.The disadvantage of this converter is the high level of interference due to the relatively high amplitude of the ripple of the input current, which can lead to the failure of the power source, or to its protective shutdown. In addition, the disadvantage is the difficulty of manufacturing the Converter associated with the complex design of the transformer for large values of the input current and low values of the input voltage.

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.The objective of the utility model is to increase the maximum value of the input current consumption level and reduce the ripple amplitude of this current, simplify the design of the converter by reducing the complexity of manufacturing the transformer by increasing the input voltage and reducing the input current of the transformer.

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.The problem is solved in that in a device containing an inverter, a transformer, a rectifier, an LC filter, an amplifier-adder, a control unit in which the first and second outputs of the inverter are connected respectively to the first and second terminals of the transformer primary winding, the first and second conclusions of the secondary the windings of which are respectively connected to the first and second inputs of the rectifier, the first and second outputs of the rectifier are respectively connected to the first and second inputs of the LC filter, the first and second outputs of the LC filter form respectively the positive and negative output terminals of the voltage converter, according to the technical solution, a voltage sensor, an additional control unit, a phase shifter, n boost voltage converters, a reference voltage source are introduced, and the positive input terminals of the n voltage boost converters are combined and form the positive input terminal voltage converter, input negative terminals of n step-up voltage converters are combined and form the input minuses the terminal of the voltage converter, the positive output terminals of the n step-up voltage converters are connected and connected to the first input of the inverter and to the first output of the voltage sensor, the negative output terminals of the n step-up voltage converters are combined and connected to the second input of the inverter and to the second terminal of the voltage sensor, information the output of the voltage sensor is connected to the summing input of the amplifier-adder, the subtracting input of which is connected to the reference voltage source, the output is amplified I-adder connected to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the control inputs of the inverter, the additional control unit input is a control input of the voltage converter, the output further control unit is connected to the input of the phase shifter, the outputs of which are connected to the control inputs of the n transducers boost type voltage.

Техническим результатом полезной модели является снижение амплитуды пульсаций входного тока, упрощение конструкции трансформатора за счет увеличения входного напряжения и уменьшения входного тока трансформатора.The technical result of the utility model is to reduce the amplitude of the ripple of the input current, simplifying the design of the transformer by increasing the input voltage and reducing the input current of the transformer.

На фиг. представлена структурная схема преобразователя напряжения.In FIG. presents a structural diagram of a voltage converter.

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.The voltage converter contains n pulse voltage converters of increasing type 1.1-1.n, the input positive and negative terminals of which are combined in parallel and are the input terminals of the voltage converter. The positive and negative output terminals of step-up voltage converters 1.1-1.n are also combined in parallel and connected respectively to the first and second outputs of voltage sensor 2 and to the first and second inputs of inverter 3. The first and second outputs of inverter 3 are connected respectively to the first and second terminals the primary winding of the transformer 4, the first and second conclusions of the secondary winding of which are connected through the rectifier 5 to the LC filter 6, the output terminals of which form the output positive and negative terminals of the converter voltage. The information output of the voltage sensor 2 is connected to the summing input of the amplifier-adder 7, the subtracting input of which is connected to the source of the reference voltage 11. The output of the amplifier-adder 7 is connected to the input of the control unit 8, which contains the driver of the control signal based on a pulse-width modulator, outputs which are connected to the control inputs of the inverter 3. The input of the additional control unit 9 is the control input of the voltage converter, the output of the additional control unit 9 is connected is connected to the input of the phase shifter 10, the outputs of which are connected to the control inputs of n step-up voltage converters 1.1-1.n.

Преобразователь напряжения работает следующим образом.The voltage Converter operates as follows.

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.An additional control unit 9, comprising a control signal driver based on a pulse-width modulator, generates control pulses with a duty ratio proportional to the control voltage applied to the control input, and the phase shifter 10 splits the signal from the output of the additional control unit 9 into n signals which are supplied to the control inputs of the n converters 1.1-1.n, and the control signals are shifted relative to each other by 360 / n electrical degrees.

Параллельно включенные преобразователи напряжения повышающего типа 1.1-1.n повышают входное напряжение инвертора 3 до значения, заданного выходным напряжением источника опорного напряжения 11.Parallel-connected voltage converters of increasing type 1.1-1.n increase the input voltage of the inverter 3 to a value specified by the output voltage of the reference voltage source 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.Inverter 3, transformer 4, rectifier 5, LC filter 6, voltage sensor 2, amplifier-adder 7, control unit 8 and reference voltage source 11 form the input voltage stabilizer of inverter 3, in which amplifier-adder 7 generates a mismatch signal proportional to the deviation the output voltage of the voltage sensor 2, from the output voltage of the reference voltage source 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.Increasing the input voltage of the inverter 3 by voltage converters of increasing type 1.1-1.n with a fixed input power of the voltage converter reduces the input current of the inverter 3 and the amplitude value of the current of the primary winding of the transformer 4.

Многофазная работа преобразователей 1.1-1.n снижает пульсации входного тока устройства, что в свою очередь снижает уровень помех, создаваемых преобразователем напряжения.Multiphase operation of converters 1.1-1.n reduces the ripple of the input current of the device, which in turn reduces the level of interference caused by the voltage converter.

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.Stabilization of the input voltage of the inverter 3 allows in all modes of operation of the device to maintain at a sufficiently high level the amplitude value of the voltage on the primary winding of the transformer 4, which accordingly reduces the current of the primary winding of the transformer 4.

В качестве преобразователей 1.1-1.n могут быть использованы импульсные преобразователи напряжения повышающего типа без гальванической развязки с дросселем на входе.As converters 1.1-1.n can be used switching voltage converters of increasing type without galvanic isolation with a choke at the input.

В качестве датчика напряжения 2 может использоваться резистивный делитель напряжения.As voltage sensor 2, a resistive voltage divider can be used.

В качестве выпрямителя 6 может использоваться мостовой диодный выпрямитель.As the rectifier 6 can be used bridge diode rectifier.

В качестве усилителя-сумматора 7 может использоваться операционный усилитель.As the amplifier-adder 7 can be used operational amplifier.

В качестве блоков управления 8 и 9 могут использоваться ШИМ-контроллеры, производимые для источников питания.As control units 8 and 9, PWM controllers manufactured for power supplies can be used.

В качестве устройства сдвига фаз 10 может использоваться цифровой микроконтроллер.As the phase shifting device 10, a digital microcontroller may be used.

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.The use of the proposed voltage converter for testing powerful low-voltage direct current sources will expand the range of regulation of input currents, reduce the ripple of the input current, simplify the design of the transformer and improve the operational properties of the converter.

Claims

A voltage converter comprising an inverter, a transformer, a rectifier, an LC filter, an adder amplifier, a control unit in which the first and second outputs of the inverter are connected respectively to the first and second terminals of the transformer primary winding, the first and second conclusions of which secondary winding are respectively connected to the first and the second inputs of the rectifier, the first and second outputs of the rectifier are respectively connected to the first and second inputs of the LC filter, the first and second outputs of the LC filter form, respectively, plus and minus the output terminals of the voltage converter, characterized in that a voltage sensor, an additional control unit, a phase shifter, n step-up voltage converters are inserted into the device, and the input plus terminals of the step-up voltage converters n are combined and form the input plus terminal of the voltage converter, input negative the terminals of the step-up voltage converters n are combined and form the input negative terminal of the voltage converter, the output plus terminals we n step-up voltage converters are connected and connected to the first input of the inverter and to the first output of the voltage sensor, negative output terminals n step-up voltage converters are combined and connected to the second input of the inverter and to the second output of the voltage sensor, the information output of the voltage sensor is connected to the summing input of the adder-amplifier, the subtracting input of which is connected to the reference voltage source, the output of the adder-amplifier is connected to the input of the control unit containing control signal generator based on a pulse-width modulator, the outputs of which are connected to the control inputs of the inverter, the input of the additional control unit is the control input of the voltage converter, the output of the additional control unit is connected to the input of the phase shifter, the outputs of which are connected to the control inputs of n voltage converters boost type.