RU1778887C - Активный фильтр дл сглаживани пульсаций - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение может быть использовано в выпр мительных устройствах , к качеству выходного напр жени  которых предъ вл ютс  повышенные требовани . Сущность изобретени : устройство состоит из источника посто нного тока, к которому через последовательно соединенные дроссель и первичную обмотку трансформатора подключена нагрузка, зашунтированна  конденсатором. Вторична  обмотка трансформатора зашунтирова- на последовательной цепочкой из ключевых элементов. Между общей точкой соединени  ключевых элементов и отводом от середины витков вторичной обмотки включен конденсатор. Блок управлени  соединен с управл ющими входами ключевых элементов . Ключевые элементы отключают или подключают встречно или согласно конденсатора к вторичной обмотке трансформатора , на первичной обмотке которого наводитс  ЭДС, компенсирующа  пульсации на выходе источника посто нного тока. Благодар  тому, что ток нагрузки протекает только через дроссель и первичную обмотку трансформатора, повышаетс  КПД устройства . Благодар  подбору соотношени  чисел витков обмоток трансформатора достигаетс  полное использование ключевых элементов и конденсатора не только по току, но и по1 напр жению, что позвол ет примен ть менее мощные элементы. 3 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано в выпр мительных устройствах, к качеству выходного напр жени  которых предъ вл ютс  повышенные требовани .

Известен активный фильтр, содержащий источник посто нного тока, нагрузку, дроссель, блок управлени , транзистор, два конденсатора и цепь смещени , причем дроссель, первый и второй конденсаторы подключены к нагрузке, свободный вывод первого конденсатора подключен к входу блока управлени , свободный вывод дроссел  подключен к источнику посто  иного тока , свободный вывод второго конденсатора соединен с силовой цепью транзистора и цепью смещени , свободные концы цепи смещени  и силовой цепи транзистора

соединены с шиной кулевого потенциала , выход блока управлени  R 65,Т 5 соединен со входом транзистора.

В рабочем режиме пульсации выходного напр жени  источника посто нного тока поступают через дроссель и первый конденсатор на вход блока управлени , выходное напр жение которого вызывает в силовой

VI

V4 00 00 00

XI

цепи транзистора тока, проход щий через второй конденсатор и навод щий в дросселе напр жение ЭДС, равное по амплитуде и противоположное по знаку пульсаци м выходного напр жени  источника посто нного тока, благодар  чему пульсации напр жени  на нагрузке снижаютс ,

Недостаток этого активного фильтра - низкий КПД, определ емый мощностью, потребл емой транзистором и цепью смещени .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  ослаблени  пульсаций посто нного тока на выходе выпр мител , содержащее входной вывод дл  подключени  источника посто нного тока, выходной вывод дл  подключени  нагрузки, дроссель, первывй и второй конденсаторы, первый и второй диоды , первый и второй управл емые ключевые элементы и блок управлени , причем дроссель подключен к входному выводу, к свободному выводу дроссел  подключены анод первого диода и первый управл емый ключевой элемент, к свободному выводу первого ключевого элемента подключены первый конденсатор и анод второго диода, к катоду первого диода подключен свободный вывод первого конденсатора и второй управл емый ключевой элемент, к выходному выводу подключены катод второго диода, свободный вывод второго управл емого ключевого элемента и второй конденсатор, свободный вывод которого подключен к общему выводу, выходы блока управлени  подключены к входам управл емых ключевых элементов.

В рабочем режиме блок управлени  замыкает управл емые ключевые элементы, подключа  первый конденсатор встречно или согласно с нагрузкой или отключает его, между выводом дроссел  и выходным выводом наводитс  ступенчатое напр жение, вычитающеес  из пульсаций напр жени  источника посто нного тока, в результате чего пассивный фильтр дроссель - второй конденсатор сглаживает пульсации п тикратно увеличенной частоты существенно меньшей амплитуды. Благодар  этому пульсации напр жени  на нагрузке снижаютс .

Недостатками этого устройства  вл ютс  низкий КПД и плохое использование эле- мейтов по напр жению, обусловленные включением управл емых ключевых элементов , диодов и первого конденсатора последовательно с нагрузкой, в результате чего в низковольтных сильноточных устройствах потери на этих элементах будут сопо- ставимы с мощностью нагрузки,

коэффициент использовани  по напр жению составит единицы процента.

Цель изобретени  - повышение КПД, улучшение использовани  элементов по напр жению , что позвол ет примен ть в схеме фильтра менее мощные элементы.

Более высокий КПД активного фильтра позвол ет примен ть его в автономных и бортовых источниках электропитани .

0 Цель достигаетс  тем, что в активный фильтр, содержащий входной, выходной и общий выводы дл  подключени , соответственно , источника посто нного тока и нагрузки , дроссель, один вывод которого

5 соединен с входным выводом, первый и второй конденсаторы, два управл емых ключевых элемента, и блок управлени , выходы которого соединены с управл ющими входами ключевых элементов, причем второй

0 конденсатор включен между выходным и общим выводами, дополнительно введен трансформатор с первичной и вторичной обмотками , причем первична  обмотка трансформатора включена между свободным

5 выводом дроссел  и выходным выводом, вторична  обмотка трансформатора зашун- тирована цепочкой из последовательно соединенных указанных ключевых элементов и выполнена с отводом от середины витков,

0 подключенным через первый конденсатор к общей точке соединени  ключевых элементов , а вход блока управлени  соединен с выводами дл  подключени  указанного источника посто нного тока.

5Благодар  введению трансформатора

ток нагрузки протекает только через дроссель и первичную обмотку трансформатора, КПД увеличиваетс , подбором соотношени  чисел витков обмоток трансформатора до0 стигаетс  полное использование ключей и первого конденсатора по току и напр жению , что позвол ет примен ть менее мощные элементы, ключевые элементы и первый конденсатор гальванически разв 5 заны с силовой цепью, что повышает технологичность конструкции и упрощает блок управлени .

На фиг.1 приведена структурна  схема активного фильтра; на фиг. 2 - принципи0 альна  схема активного фильтра; на фиг. 3 - диаграммы напр жений, иллюстрирующие работу активного фильтра.

Активный фильтр состоит из источника 1 посто нного тока, к которому подключены

5 последовательно дроссель 2, первична  обмотка 3 трансформатора. Вторична  обмотка 4 трансформатора зашунтирована последовательно включенными первым и вторым ключевыми элементами 5 и 6. Конденсатор 7 включен между отводом от середины витков вторичной обмотки 4 и точкой соединени  ключевых элементов 5 и 6. Конденсатор 8 и нагрузка 9 включены параллельно между свободным выводом первичной обмотки 3 трансформатора и свободным выводом источника посто нного тока 1. Вход блока управлени  10 подключен к точке соединени  выхода источника посто нного тока 1 и дроссел  2, первый и второй выходы - к управл ющим входам ключевых элементов 5 и 6 соответственно.

Блок управлени  10 состоит из входного резистора 10.1, делител  опорного напр жени  на резисторах 10.2, 10.3, 10.4, двух компара горов на операционных усилител х 10.5 и 10.6, двух нагрузочных резисторов 10.7 и 10.8.

Активный фильтр работает следующим образом.

В статическом режиме выходной ток источника посто нного тока 1 через дроссель 2 и первичную обмотку 3 трансформатора поступает на нагрузку 9. Одновременно напр жение источника посто нного тока 1 через резистор 10.1 поступает на входы компараторов, выполненных на операционных усилител х 10.5 и 10.6, сравнивающих это напр жение с опорными напр жени ми , формируемыми цепочкой резисторов

10.2,10.3, 10.4. В статическом режиме при отсутствии пульсаций на выходе источника посто нного тока 1 напр жение на выходе больше чем на резисторе 10.4, но меньше чем на резисторе 10.2 в результате чего на входах компараторов 10.5 и 10.6 присутствует отрицательное напр жение, поступающее через резисторы 10,7 и 10.8 на затворы транзисторов 6 и 5 соответственно, которые наход тс  в закрытом состо нии.

В установившемс  режиме пульсирующее напр жение с выхода источника посто нного тока через дроссель 2 и первичную обмотку 3 трансформатора поступает на нагрузку 9 и одновременно через резистор 10.1 поступает на входы компараторов 10.5 и 10.6, сравнивающих это напр жение с опорными напр жени ми с делител  10.2,

10.3,10.4, формирующего напр жение Jol на инвертирующем входе компаратора 10.5,. напр жение U02 на неинвертирующем входе компаратора 10.6.

При положительной полуволне пульсаций , т.е. в моменты, когда мгновенное значение напр жени  на выходе источника посто нного тока 1 больше опорных напр жений U01 и Uo2, выходное напр жение компаратора 10.5 становитс  положительным и через резистор 10,7 поступает на транзистор 6, напр жение UV6 на затворе транзистора 6 также становитс  положительным,

транзистор 6 открываетс  и подключает конденсатор 7 к правой полуобмотке вторичной обмотки 4. Одновременно выходное напр жение компаратора 10.6 становитс 

5 отрицательным и через резистор 10.8 поступает на транзистор 5, напр жение UV5 на затворе транзистора 5 также становитс  отрицательным , транзистор 5 закрыт. Ток кон0 денсатора 7 протекает через вторичную обмотку 4, навод  в первичной обмотке 3 напр жение ЭДС, компенсирующее поло5 жительную полуволну пульсаций напр жени  источника 1 посто нного тока, Происходит зар д конденсатора 7.

При значении мгновенного напр жени , равного посто нной составл ющей вы0 ходного напр жени  источника посто нного тока 1, что равносильно отсутствию пульсаций, напр жени  UV5 и UV6 отрицательны , транзисторы 5 и 6 закрыты, ток конденсатора 7 не протекает через вторич5 ную обмотку 4, напр жение ЭДС первичной обмотки 3 равно нулю, напр жение источника 1 посто нного тока без изменений прикладываетс  к нагрузке.

При отрицательной полуволне пульса0 ций, т.е. в моменты, когда мгновенное значение напр жени  на выходе источника 1 посто нного тока меньше опорных напр жений Uoi и Uo2, напр жение UV5 становитс  положительным, транзистор 5

5 открываетс  и подключает конденсатор 7 к левой полуобмотке вторичной обмотки 4. Одновременно напр жение Uv6 становитс  отрицательным, транзистор 6 запираетс . Ток конденсатора 7 постекает через вторич0 ную обмотку 4, навод  в первичной обмотке 3 напр жение ЭДС, компенсирующее отрицательную полуволну пульсаций напр жени  источника посто нного тока 1. Происходит разр д конденсатора 7.

5 На фиг 3 изображены диаграммы, иллюстрирующие работу активного фильтра. Выходное напр жение источника 1 посто нного тока Ui сравниваетс  блоком управлени  10 с опорными напр жени ми Uoi и

0 Uo2, выдающим сигналы управлени  UV5 и Uv6 ключевыми элементами 5 и 6 соответственно , благодар  чему на обмотках 3 и 4 наводитс  компенсирующее напр жение, вычитающеес  из пульсирующего напр же5 ни  источника 1 посто нного тока. К дросселю 2 прикладываетс  напр жение 1)2, равное разности переменной составл ющей напр жени  источника 1 посто нного тока и компенсирующего напр жени , характеризующеес  п тикрытным увеличением частоты основной гармоники пульсаций и существенным снижением амплитуды.

Благодар  этому пульсации тока дроссел  2 снижаютс , амплитуда напр жени  на нагрузке 9 также снижаетс .

Ф о р м у л а и з о б р е те н и  

Активный фильтр дл  сглаживани  пульсаций, содержащий входной, выходной и общий выводы дл  подключени  соответственно источника посто нного тока и нагрузки , дроссель, один вывод которого соединен с входным выводом, первый и второй конденсаторы, два управл емых ключевых элемента и блок управлени , выходы которого соединены с управл ющими входами ключевых элементов, причем второй конденсатор включен между выходным и общим выводами,отличающийс  тем,

что, с целью повышени  КПД и улучшени  использовани  элементов по напр жению, дополнительно введен трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первична  обмотка трансформатора включена между свободным выводом дроссел  и выходным выводом, вторична  обмотка трансформатора зашунтиро- вана цепочкой из последовательно соединенных указанных ключевых элементов и выполнена с отводом от середины витков, подключенным через первый конденсатор к общей точке соединени  ключевых элементов, а вход блока управлени  соединен с выводами дл  подключени  указанного источника посто нного тока,

Ф(/.2

Фиг.3

V