RU2041556C1

RU2041556C1 - Multichannel stabilizing a c to d c voltage converter

Info

Publication number: RU2041556C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Коновалов; Владимир Федорович Голиков; Александр Алексеевич Васильевский; Андрей Николаевич Малашин; Сергей Владимирович Клопов
Original assignee: Сергей Иванович Коновалов
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1995-08-09

Abstract

FIELD: secondary power supply sources. SUBSTANCE: multichannel stabilizing A.C. to D.C. voltage converter has D.C. to A.C. voltage converter connected with input to output of main filter, rectifiers each being coupled to proper winding of transformer, filtering capacitors, controlled key element. EFFECT: provision for specified value of output voltage by change of length of control pulses. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении многоканальных стабилизирующих источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. The invention relates to electrical engineering and can be used in the construction of multi-channel stabilizing sources of secondary power with transformerless input.

Известен источник питания постоянного напряжения [1] содержащий силовой трансформатор с первичной и вторичной обмотками, два выпрямителя со сглаживающими фильтрами, один из которых является основным, подключенным к нагрузке, а другой вольтодобавочным, два преобразователя частоты, выходы которых соединены последовательно и подключены к первичной обмотке силового трансформатора, а входы соединены соответственно одного с сетевыми зажимами, другого через вольтодобавочный выпрямитель с дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора, коэффициент трансформации которой равен отношению постоянной составляющей выпрямленного напряжения сети к его амплитудному значению, и блок управления преобразователями. Known DC power supply [1] comprising a power transformer with primary and secondary windings, two rectifiers with smoothing filters, one of which is the main one connected to the load, and the other voltage boost, two frequency converters, the outputs of which are connected in series and connected to the primary winding power transformer, and the inputs are connected, respectively, one to the mains terminals, the other through a boost rectifier with an additional secondary winding of the power transformer a transformer, the transformation coefficient of which is equal to the ratio of the DC component of the rectified voltage of the network to its amplitude value, and the control unit of the converters.

Несмотря на некоторое улучшение массогабаритных показателей и динамических характеристик вследствие уменьшения потребных значений параметров низкочастотных реактивных элементов к недостаткам известного устройства следует отнести необходимость применения LC-фильтров на выходе каждого канала в случае многоканального варианта построения устройства и выполнения преобразователей частоты, обеспечивающим централизованную стабилизацию выходных напряжений, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей и жесткости выходной характеристики устройства. Despite some improvement in overall dimensions and dynamic characteristics due to a decrease in the required values of the parameters of low-frequency reactive elements, the disadvantages of the known device include the need to use LC filters at the output of each channel in the case of a multi-channel version of constructing the device and performing frequency converters providing centralized stabilization of the output voltages, which leads to deterioration of mass and size indicators and rigidity of the output line providers device.

Известно устройство для преобразования переменного напряжения в ряд постоянных напряжений [2] содержащее трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, а крайние выводы подключены через соответствующие управляемые вентили к входным выводам, соединенным с катодами неуправляемых вентилей, аноды которых соединены, и ряд вторичных обмоток, каждая из которых подключена к двухполупериодному выпрямителю, выход которого соединен со сглаживающим фильтром, причем между средней точкой первичной обмотки трансформатора и общей точкой соединения анодов указанных неуправляемых вентилей включен дроссель. A device for converting AC voltage to a series of constant voltage [2] containing a transformer, the primary winding of which is made with a midpoint, and the extreme leads are connected through the corresponding controlled valves to the input terminals connected to the cathodes of the uncontrolled valves, the anodes of which are connected, and a number of secondary windings , each of which is connected to a half-wave rectifier, the output of which is connected to a smoothing filter, between the midpoint of the primary winding of the transformer and the common point of connection of the anodes of these uncontrolled gates is a choke.

Известное устройство обладает существенно лучшей жесткостью нагрузочной характеристики, так как требует применения на выходах каналов малогабаритных фильтров гармонических составляющих выпрямленного напряжения, имеющих достаточно малые амплитуды. Такие фильтры обладают существенно меньшим приведенным сопротивлением, которое и определяет жесткость выходной характеристики. Тем не менее, к недостаткам известного устройства следует отнести невозможность осуществления централизованной стабилизации выходных напряжений при изменении входного переменного напряжения и сравнительно низкие массогабаритные показатели из-за применения низкочастотных силового трансформатора и дросселя, работающих на частоте сетевого напряжения. The known device has a significantly better rigidity of the load characteristic, since it requires the use of small-sized filters of harmonic components of the rectified voltage at the channel outputs with sufficiently small amplitudes. Such filters have a significantly lower reduced resistance, which determines the rigidity of the output characteristic. However, the disadvantages of the known device include the impossibility of centralized stabilization of the output voltage when the input AC voltage changes and the relatively low weight and size indicators due to the use of low-frequency power transformer and inductor operating at the frequency of the mains voltage.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальный стабилизатор напряжений постоянного тока, содержащий централизованный регулятор напряжения, питающий вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника однофазного переменного напряжения, а выход с первичной обмоткой силового трансформатора, снабженного n вторичными обмотками n канальных выпрямителей, вход каждого из которых подключен к индивидуальной вторичной обмотке силового трансформатора, сглаживающий дроссельно-конденсаторный фильтр, вход которого соединен с выходом первого из канальных выпрямителей, а выход с клеммами для подключения нагрузки первого канала и через узел обратной связи с управляющим входом регулятора напряжения, n-1 фильтрующих конденсаторов, включенных между клеммами для подключения нагрузок остальных n-1 каналов, преобразователь постоянного напряжения в переменное с трансформатором, снабженным n-1 вторичными обмотками, и n-1 вспомогательных выпрямителей, причем питающий вход преобразователя напряжения соединен с выходом дроссельно-конденсаторного фильтра первого канала, вход которого из вспомогательных выпрямителей подключен к индивидуальной вторичной обмотке трансформатора преобразователя, число витков которой выбрано пропорциональным выходному напряжению одного из остальных n-1 каналов, а выход параллельно выходу соответствующего канального выпрямителя. Closest to the proposed device is a multi-channel DC voltage stabilizer containing a centralized voltage regulator, the power input of which is connected to the terminals for connecting the primary source of single-phase AC voltage, and the output with the primary winding of a power transformer equipped with n secondary windings of n channel rectifiers, the input of each which is connected to the individual secondary winding of the power transformer, a smoothing throttle-capacitor filter, in the path of which is connected to the output of the first of the channel rectifiers, and the output with terminals for connecting the load of the first channel and through the feedback node with the control input of the voltage regulator, n-1 filter capacitors connected between the terminals for connecting the loads of the remaining n-1 channels, a constant converter voltage to AC with a transformer equipped with n-1 secondary windings, and n-1 auxiliary rectifiers, and the power input of the voltage converter is connected to the output of the capacitor-choke the filter of the first channel, the input of which from the auxiliary rectifiers is connected to the individual secondary winding of the transformer of the converter, the number of turns of which is selected proportional to the output voltage of one of the remaining n-1 channels, and the output is parallel to the output of the corresponding channel rectifier.

Несмотря на некоторое улучшение массогабаритных показателей из-за возможности уменьшения установленной мощности преобразователя постоянного напряжения в переменное и исключения в выходных фильтрах всех каналов, кроме первого, дросселей, и обеспечение централизованной стабилизации выходных напряжений, известное устройство обладает достаточной сложностью, связанной с наличием двух преобразователей напряжения (централизованного регулятора переменного напряжения и преобразователя постоянного напряжения в переменное) и сравнительно большого числа выпрямителей и обмоток трансформаторов. Устройство также имеет низкие массогабаритные показатели и динамические характеристики из-за наличия низкочастотного силового трансформатора и сравнительно больших потребных значений реактивностей LC-фильтра первого канала, низкий коэффициент мощности устройства вследствие потребления достаточно большой мощности искажений, связанной с наличием нулевой отсечки в форме кривой потребляемого из сети тока. Despite a slight improvement in overall dimensions due to the possibility of reducing the installed power of the DC-to-AC converter and eliminating all channels except the first chokes in the output filters and providing centralized stabilization of the output voltages, the known device has sufficient complexity associated with the presence of two voltage converters (centralized AC voltage regulator and DC / AC converter) and comparative about a large number of rectifiers and transformer windings. The device also has low overall dimensions and dynamic characteristics due to the presence of a low-frequency power transformer and the relatively large required reactance values of the LC filter of the first channel, low power factor of the device due to the consumption of a sufficiently large distortion power associated with the presence of zero cutoff in the form of a curve consumed from the network current.

Изобретение направлено на решение задачи упрощения известного устройства, улучшения его массогабаритных показателей, динамических характеристик и коэффициента мощности. The invention is aimed at solving the problem of simplifying the known device, improving its overall dimensions, dynamic characteristics and power factor.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном устройстве исключены централизованный тиристорный регулятор переменного напряжения с выходным силовым трансформатором и n-1 канальных выпрямителей, соединенных со вторичными обмотками силового трансформатора, вместо чего введены вольтодобавочная вторичная обмотка в выходном трансформаторе преобразователя постоянного напряжения в переменное, содержащая вывод средней точки, вольтодобавочный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, соединенный по входу с выводами вольтодобавочной обмотки, вспомогательный диод, включенный между положительным выводом выпрямителя первого канала и входным выводом основного дроссельно-конденсаторного фильтра, причем анод вспомогательного диода соединен с положительным выводом выпрямителя первого канала, управляемый от узла обратной связи ключевой элемент, включенный между выводом средней точки вольтодобавочной обмотки и анодом вспомогательного диода, дополнительный дроссельно-конденсаторный фильтр, соединенный своим входом с выходом основного дроссельно-конденсаторного фильтра первого канала, а выходом с выходными зажимами для подключения нагрузки первого канала, вспомогательная обмотка выходного трансформатора преобразователя, выводы которой соединены с питающим входом узла обратной связи, положительный вывод вольтодобавочного выпрямителя соединен с катодом вспомогательного диода, узел обратной связи содержит дополнительный управляющий вход, причем входные выводы выпрямителя первого канала и дополнительного управляющего входа узла обратной связи соединены с входными клеммами устройства, предназначенными для подключения однофазного сетевого напряжения. The solution to this problem is achieved by the fact that in the known device, a centralized thyristor AC voltage regulator with an output power transformer and n-1 channel rectifiers connected to the secondary windings of the power transformer are excluded, instead a voltage boost secondary winding in the output transformer of the DC-to-AC converter containing midpoint output, boost half-wave rectifier with a midpoint connected at the input to the terminals booster winding, an auxiliary diode connected between the positive terminal of the first channel rectifier and the input terminal of the main choke filter, the anode of the auxiliary diode connected to the positive terminal of the first channel rectifier, a key element controlled from the feedback node, connected between the midpoint terminal of the boost coil and the anode of the auxiliary diode, an additional throttle-capacitor filter, connected by its input to the output of the main throttle-con a first channel channel filter, and an output with output terminals for connecting the load of the first channel, an auxiliary winding of the output transformer of the converter, the terminals of which are connected to the feed input of the feedback node, the positive output of the boost rectifier is connected to the cathode of the auxiliary diode, the feedback node contains an additional control input, moreover, the input terminals of the rectifier of the first channel and the additional control input of the feedback node are connected to the input terminals of oystva designed for connecting single-phase AC voltage.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, выражается в упрощении устройства, в улучшении его массогабаритных и динамических характеристик, а также в повышении коэффициента мощности преобразователя. The technical result that can be obtained by implementing the invention is expressed in simplifying the device, in improving its overall dimensions and dynamic characteristics, as well as in increasing the power factor of the converter.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу. In FIG. 1 shows an electrical diagram of a device; in FIG. 2 timelines explaining his work.

Преобразователь содержит последовательно соединенные входной сетевой выпрямитель 1, вспомогательный диод 2, основной сглаживающий LC-фильтр 3 и дополнительный сглаживающий LC-фильтр 4, преобразователь постоянного напряжения в переменное 5, питающий вход которого соединен с выходом основного фильтра 3, с выходным трансформатором 6, в общем случае n-1 (где n количество каналов выходных напряжений) канальных выпрямителей 7, 8, каждый из которых подключен к индивидуальной вторичной обмотке трансформатора 6, n-1 фильтрующих конденсаторов 9, 10, каждый из которых подключен параллельно выходным выводам соответствующего канала, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой 11, подключенный к вольтодобавочной вторичной обмотке трансформатора, управляемый ключевой элемент 12 и узел 13 обратной связи, питающий вход которого соединен со вспомогательной обмоткой трансформатора 6, а дополнительный управляющий вход с входными клеммами устройства для подключения сетевого напряжения. The converter contains a series-connected input rectifier 1, an auxiliary diode 2, the main smoothing LC filter 3 and an additional smoothing LC filter 4, a DC / AC converter 5, the supply input of which is connected to the output of the main filter 3, with an output transformer 6, in in the general case, n-1 (where n is the number of output voltage channels) of channel rectifiers 7, 8, each of which is connected to an individual secondary winding of transformer 6, n-1 filtering capacitors 9, 10, each and of which is connected parallel to the output terminals of the corresponding channel, a half-wave rectifier with a midpoint 11 connected to a boost secondary transformer winding, a controlled key element 12 and a feedback unit 13, the power input of which is connected to the auxiliary winding of the transformer 6, and the additional control input with input terminals devices for connecting mains voltage.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

При подключении преобразователя к сети тока напряжения U_вх происходит выпрямление сетевого напряжения выпрямителем 1, и через диод 2 выпрямленное напряжение поступает на вход основного 3 и далее дополнительного 4 сглаживающих фильтров. Как только напряжение на входе основного фильтра достигает некоторого установленного уровня, происходит запуск преобразователя 5, начинают формироваться переменные напряжения во вторичных обмотках трансформатора 6. Вспомогательная обмотка трансформатора 6, соединенная с узлом обратной связи 13, обеспечивает необходимое переменное напряжение для питания узла обратной связи. Это напряжение в узле 13 выпрямляется и поступает на накопительный конденсатор. При достижении требуемого постоянного питающего напряжения на накопительном конденсаторе на выходе узла обратной связи начинает формироваться напряжение управления U_упр, поступающее на управляющий вход ключевого элемента 12. При замкнутом состоянии 12 к вспомогательному диоду 2 прикладывается выпрямленное вольтодобавочное напряжение U_вд, которое суммируется с выпрямленным напряжением выпрямителя 1. В результате, на вход фильтра 3 будет поступать выпрямленное суммарное напряжение U_в, с увеличенным средним значением выпрямленного напряжения и пониженным содержанием низкочастотных гармонических составляющих. Напряжения на выходе фильтров 3 и 4 возрастают. Поскольку питание преобразователя 5 осуществляется с выхода фильтра 3, напряжения во вторичных обмотках трансформатора 6 также увеличиваются по амплитуде. В результате изменяется длительность импульсов управления U_упр таким образом, чтобы обеспечить требуемое значение выходного постоянного напряжения первого канала, а следовательно, и всех остальных каналов. По окончании переходного процесса на выходе всех каналов устанавливаются постоянные стабилизированные напряжения требуемых номиналов. Сглаживающий фильтр 4 предназначен для сглаживания высокочастотных составляющих выходного напряжения фильтра 3, вызванных коммутацией ключевых элементов преобразователя 5, поэтому фильтр 4 имеет небольшие габариты и массу. Так как выпрямленное напряжение U_в, поступающее в установившемся режиме работы устройства на вход фильтра 3, имеет пониженное содержание низкочастотных гармоник, потребные значения реактивностей фильтра существенно уменьшается. Это приводит к улучшению массогабаритных показателей фильтра и динамических характеристик стабилизатора напряжения. Дополнительный управляющий вход узла управления 13 необходим для обеспечения требуемой синхронизации импульсов напряжения U_упр с сетевым напряжением. При обеспечении непрерывности тока дросселя фильтра 3 устраняется нулевая отсечка в кривой потребляемого от сети тока, что снижает потребляемую мощность искажения и повышает коэффициент мощности устройства.By connecting the converter to the network voltage U _Rin occurs rectification of the mains voltage rectifier 1 through the diode 2 and the rectified voltage is input to the primary 3 and 4 further additional smoothing filters. As soon as the voltage at the input of the main filter reaches a certain set level, the converter 5 starts up, alternating voltages begin to form in the secondary windings of the transformer 6. The auxiliary winding of the transformer 6, connected to the feedback node 13, provides the necessary alternating voltage to power the feedback node. This voltage in the node 13 is rectified and supplied to the storage capacitor. When the required constant supply voltage is reached at the output capacitor, the control voltage U _control begins to form at the output of the feedback node. It arrives at the control input of the key element 12. In the closed state 12, a rectified voltage boost voltage U _{vd is} applied to the auxiliary diode 2, which is added to the rectified voltage of the rectifier 1. As a result, the filter 3 will enter the rectified input voltage U _in total, with an increased mean value of the rectified in Costumed and a low content of low-frequency harmonic components. The voltage at the output of filters 3 and 4 increase. Since the converter 5 is powered from the output of the filter 3, the voltages in the secondary windings of the transformer 6 also increase in amplitude. As a result, the duration of the control pulses U _{control is} changed in such a way as to provide the required value of the output constant voltage of the first channel, and therefore all other channels. At the end of the transition process, constant stabilized voltages of the required ratings are established at the output of all channels. The smoothing filter 4 is designed to smooth the high-frequency components of the output voltage of the filter 3, caused by the switching of the key elements of the Converter 5, so the filter 4 has a small size and weight. Since the rectified voltage U _in, supplied to the input in the steady operation mode of the filter device 3 has a reduced content of low-frequency harmonics, demand values reactances filter decreases significantly. This leads to an improvement in the overall dimensions of the filter and the dynamic characteristics of the voltage stabilizer. An additional control input of the control unit 13 is necessary to ensure the required synchronization of voltage pulses U _control with the mains voltage. When ensuring the continuity of the current of the filter inductor 3, zero cutoff is eliminated in the curve of the current consumed from the network, which reduces the power consumption of distortion and increases the power factor of the device.

Claims

MULTI-CHANNEL STABILIZING AC / DC CONVERTER TO DC, containing the rectifier of the first channel, the main smoothing LC filter connected to one of its input terminal with the negative terminal of the rectifier of the first channel, the DC-to-AC converter with an output transformer containing n secondary input the output of the main smoothing filter of the first channel, n channel rectifiers, each of which is connected by its input to a corresponding the secondary winding of the output transformer, and the output with output terminals for connecting the load of the corresponding channel, n filter capacitors connected between the terminals for connecting the channel loads, the feedback node for the voltage of the first channel, characterized in that the output transformer of the converter contains input auxiliary winding, conclusions which are connected to the feed input of the feedback node, and the boost winding having a midpoint output, the feedback node contains an additional control input, a half-boost half-wave rectifier with a midpoint is introduced, connected to the input of the boost-winding windings by its input, an auxiliary diode connected between the positive terminal of the first channel rectifier and the input terminal of the main choke of the LC smoothing filter, the positive terminal of the voltage-boost rectifier is connected to the common connection point of the cathode auxiliary diode and throttle input of the main LC filter, controlled from the output of the feedback node, the key element, including between the output of the midpoint of the boost coil and the common point of connection of the positive output of the rectifier of the first channel and the anode of the auxiliary diode, and an additional smoothing LC filter, the input of which is connected to the output of the main smoothing filter, and the output with output terminals for connecting the load of the first channel, the input the conclusions of the rectifier of the first channel and the additional control input of the feedback node are connected to the input terminals of the device for connecting a single-phase mains voltage tions.