RU2202120C2

RU2202120C2 - Adjustable voltage converter (versions)

Info

Publication number: RU2202120C2
Application number: RU2000117416A
Authority: RU
Inventors: О.П. Мерс
Original assignee: Мерс Олег Павлович
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2003-04-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; pulse current supply to ac loads having linear or varying nonlinear and threshold current-voltage characteristic, such as gas-discharge lamps. SUBSTANCE: voltage converter of first design alternative has controllable pulse voltage source whose leads are connected to recuperation switch for turning on controllable voltage source during space and its turning off during pulse; connected to leads of this switch through choke coil are load connection leads; control input of pulse voltage source is connected to output of control device which is free to control and regulate desired electrical parameter of load, for instance load current, by varying proportion between pulse and space lengths across its output due to control and feedback signals. Voltage converter of second design alternative has voltage source whose inputs are connected to series circuit set up of choke coil and regulating switch; connected in parallel to the latter are load connection leads; control input of regulating switch is connected to output of control device; the latter is capable of regulating and stabilizing desired electrical parameter of load, for instance load current, by varying proportion between ON- and OFF-state lengths due to control and feedback signals. Voltage converter of third design alternative has controllable pulse voltage source whose leads are connected to choke coil; connected to the latter are load connection leads; control input of mentioned pulse voltage source is connected to output of control device which is free to regulate and stabilize desired electrical parameter of load, for instance load current, by varying proportion between pulse and space lengths across its output due to control and feedback signals. EFFECT: enlarged functional capabilities of converter. 15 cl, 10 dwg

Description

Данная группа изобретений относится к области преобразования электроэнергии, в частности к трем вариантам импульсных регулируемых преобразователей напряжения в переменный ток. This group of inventions relates to the field of electric energy conversion, in particular to three variants of pulse adjustable voltage to AC converters.

Преимущественной областью использования преобразователя является применение его в качестве регулируемого стабилизированного источника переменного импульсного тока для запитки нагрузок переменным током, имеющих как линейную, так и изменяющуюся нелинейную пороговую вольтамперную характеристику, например, газоразрядных приборов, в том числе люминесцентных ламп, различных светильников бытового и специального назначения, особенно устройств, требующих большого диапазона регулировки яркости свечения, например, источников подсветки жидкокристаллического цветного дисплея, работающего при больших изменениях внешней освещенности, температуры и давления, а также устройств световой "накачки" лазеров, стробоскопов, искровых разрядников и т.п. The preferred field of use of the converter is its use as an adjustable stabilized source of alternating pulse current for powering AC loads, which have both linear and variable non-linear threshold voltage-current characteristics, for example, gas-discharge devices, including fluorescent lamps, various household and special purpose lamps , especially devices requiring a large range of brightness control, for example, the backlight sources kokristallicheskogo color display, running the great changes in ambient light, temperature and pressure, as well as devices luminous "pumping" lasers, strobes, spark arrester, etc.

Широко известна группа регулируемых преобразователей напряжения в импульсный ток или постоянное напряжение, состоящая из трех основных типов, получивших названия: понижающий и "прямоходовой" на его основе, повышающий, инвертирующий и "обратноходовой" на его основе [1]. Данная группа регулируемых преобразователей является наиболее близкой к заявляемому решению по технической сущности, состоящей в накоплении энергии в индуктивности намагничивания одно- или многообмоточного дросселя в течение импульса, при одновременной передаче или без передачи ее в нагрузку, и последующем возврате в паузе накопленной энергии в виде импульсов тока в нагрузку. The group of adjustable voltage to pulsed current or direct voltage converters is widely known, consisting of three main types, which are called: step-down and “forward” based on it, step-up, invert, and “return” based on it [1]. This group of adjustable converters is the closest to the claimed solution according to the technical essence, consisting in the accumulation of energy in the magnetization inductance of a single or multi-winding inductor during a pulse, with or without transmission to the load, and the subsequent return in the pause of stored energy in the form of pulses current to the load.

В силу того, что все три типа регулируемых преобразователей напряжения не могут быть охвачены одним общим пунктом формулы, каждый из них выбран в качестве наиболее близкого аналога к соответствующему варианту заявляемого технического решения. Due to the fact that all three types of adjustable voltage converters cannot be covered by one general paragraph of the formula, each of them is selected as the closest analogue to the corresponding version of the claimed technical solution.

Наиболее близким по технической сущности аналогом к первому варианту заявляемого технического решения является регулируемый преобразователь напряжения, содержащий управляемый источник импульсного напряжения, к выводам которого подсоединен имеющий возможность открывания в паузе и закрывания в импульсе управляемого источника импульсного напряжения ключ рекуперации, к выводам которого подсоединены через дроссель выводы для подключения нагрузки. При этом управляющий вход источника импульсного напряжения соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями импульса и паузы на его выходе, в результате действия сигналов управления и обратной связи, имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например, тока нагрузки [2]. The closest in technical essence analogue to the first embodiment of the claimed technical solution is an adjustable voltage converter containing a controlled pulse voltage source, to the terminals of which a regeneration key is opened that can open in a pause and close a pulse source of a controlled pulse voltage source, to the terminals of which are connected to connect the load. In this case, the control input of the pulse voltage source is connected to the output of the control device, which, by changing the ratio between the pulse durations and the pause at its output, as a result of the control and feedback signals, has the ability to control and stabilize the required parameter of the electric load mode, for example, the load current [2].

Наиболее близким по технической сущности аналогом ко второму варианту заявляемого технического решения является регулируемый преобразователь напряжения, содержащий источник напряжения, к выводам которого подключена последовательная цепь, состоящая из дросселя и регулирующего ключа, параллельно которому подсоединены выводы для подключения нагрузки. При этом управляющий вход регулирующего ключа соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями открытого и закрытого состояний регулирующего ключа, в результате действия сигналов управления и сигнала обратной связи, имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например, тока нагрузки [3]. The closest in technical essence analogue to the second embodiment of the claimed technical solution is an adjustable voltage converter containing a voltage source, the terminals of which are connected to a serial circuit consisting of a choke and a control key, in parallel to which the terminals for connecting the load are connected. In this case, the control input of the control key is connected to the output of the control device, which, by changing the ratio between the durations of the open and closed states of the control key, as a result of the control signals and the feedback signal, has the ability to control and stabilize the required parameter of the electric load mode, for example, the load current [3].

Наиболее близким по технической сущности аналогом к третьему варианту заявляемого технического решения является регулируемый преобразователь напряжения, содержащий управляемый источник импульсного напряжения, к выводам которого подключен дроссель, параллельно которому подсоединены выводы для подключения нагрузки. При этом управляющий вход указанного источника импульсного напряжения соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями импульса и паузы на его выходе, в результате действия сигнала управления и сигнала обратной связи, имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки преобразователя, например, тока нагрузки, причем нагрузка подключена параллельно дросселю непосредственным, автотрансформаторным или трансформаторным способом [4]. При низкоимпедансной нагрузке она подключается через ключ рекуперации с возможностью открывания в паузе и закрывания в импульсе управляемого источника импульсного напряжения. The closest in technical essence analogue to the third embodiment of the claimed technical solution is an adjustable voltage converter containing a controlled pulse voltage source, to the terminals of which a choke is connected, parallel to which are connected the terminals for connecting the load. In this case, the control input of the indicated pulse voltage source is connected to the output of the control device, which, by changing the ratio between the pulse durations and the pause at its output, as a result of the control signal and the feedback signal, has the ability to control and stabilize the required parameter of the electrical load mode of the converter, for example load current, and the load is connected in parallel with the inductor directly, autotransformer or transformer method [ 4]. With a low impedance load, it is connected via a recovery key with the ability to open in a pause and close in a pulse a controlled source of pulse voltage.

Недостатком известной группы преобразователей напряжения является ограниченная область их применения, а именно, непригодность в существующем виде для запитки нагрузок переменного тока, например, газоразрядных ламп, из-за несимметрии формы выходного тока относительно временной оси, приводящей к сокращению срока службы указанных нагрузок. Несимметрия формы выходного тока вызвана тем, что в существующем виде известная группа преобразователей напряжения способна работать только при одном направлении тока и магнитного потока в дросселе с перемагничиванием его сердечника по частной петле гистерезиса, что снижает габаритную мощность дросселя и увеличивает габаритно-массовые характеристики и стоимость дросселя [5]. A disadvantage of the known group of voltage converters is the limited scope of their application, namely, the unsuitability in the existing form for powering AC loads, for example, gas discharge lamps, due to the asymmetry of the shape of the output current relative to the time axis, which reduces the service life of these loads. The asymmetry in the shape of the output current is caused by the fact that in its existing form a known group of voltage converters is able to work only with one direction of current and magnetic flux in the inductor with magnetization reversal of its core through a private hysteresis loop, which reduces the overall power of the inductor and increases the overall mass and characteristics of the inductor [5].

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание группы регулируемых преобразователей напряжения, имеющих структуры наиболее близких аналогов, но работающих, в отличие от них, на переменном токе дросселя и имеющих симметричную относительно временной оси форму выходного тока в нагрузке, предназначенных для запитки нагрузок, работающих на переменном токе, критичных к несимметрии формы выходного тока относительно временной оси. The task to which the claimed technical solution is directed is to create a group of adjustable voltage converters having the structures of the closest analogs, but working, in contrast to them, with an alternating current of the inductor and having a shape of the output current in the load symmetrical with respect to the time axis, intended for powering loads operating on alternating current, critical to the asymmetry of the shape of the output current relative to the time axis.

Технический результат выражается в создании указанных групп преобразователей, применение которых способствует увеличению сроков службы нагрузок, работающих на переменном токе. Кроме того, значительно снижаются габаритно-массовые характеристики дросселя и стоимость преобразователей. The technical result is expressed in the creation of these groups of converters, the use of which increases the service life of loads operating on alternating current. In addition, the overall mass characteristics of the inductor and the cost of the converters are significantly reduced.

Для решения указанной задачи в регулируемый преобразователь напряжения, содержащий управляемый источник импульсного напряжения, к выводам которого подсоединен имеющий возможность открывания в паузе и закрывания в импульсе управляемого источника импульсного напряжения, ключ рекуперации, к выводам которого подсоединены через дроссель выводы для подключения нагрузки, при этом управляющий вход источника импульсного напряжения соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями импульса и паузы на его выходе в результате действия сигналов управления и обратной связи имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например, тока нагрузки, введены следующие изменения: управляемый источник импульсного напряжения выполнен в виде управляемого источника переменного импульсного напряжения, ключ рекуперации - в виде ключа рекуперации переменного тока, устройство управления - с возможностью указанного управления поочередно в положительных и отрицательных полуволнах напряжения. To solve this problem, into an adjustable voltage converter containing a controlled source of pulse voltage, the terminals of which are connected having the ability to open in a pause and close the pulse of a controlled source of pulse voltage, a recovery key, to the terminals of which are connected via the inductor the terminals for connecting the load, while the control the input of the pulse voltage source is connected to the output of the control device, which by changing the ratio between the durations of The pulse and pauses at its output as a result of the action of control and feedback signals have the ability to regulate and stabilize the required parameter of the electric load mode, for example, the load current, the following changes are introduced: the controlled source of pulse voltage is made in the form of a controlled source of alternating pulse voltage, the recovery key is in the form of an alternating current recovery key, a control device - with the possibility of said control alternately in positive and negative half-waves x voltage.

Другим отличием заявляемого технического решения по первому варианту, в одном случае, является то, что управляемый источник переменного импульсного напряжения состоит из источника переменного напряжения, форма выходного сигнала которого имеет вид периодической функции, симметричной относительно временной оси, а его полуволны имеют прямоугольную, трапецеидальную, синусоидальную или иную, тому подобную, форму регулирующего ключа переменного тока, соединенного последовательно с одним из выводов источника переменного напряжения, а один из выводов источника переменного напряжения связан со входом синхронизации устройства управления. Another difference of the claimed technical solution according to the first embodiment, in one case, is that the controlled source of alternating pulse voltage consists of an alternating voltage source, the output signal of which has the form of a periodic function symmetrical with respect to the time axis, and its half-waves have a rectangular, trapezoidal, sinusoidal or other, similar, shape of an AC control key connected in series with one of the terminals of the AC voltage source, and one from the terminals of the AC voltage source is connected to the synchronization input of the control device.

В другом случае, управляемый источник переменного импульсного напряжения состоит из источника постоянного напряжения и соединенного с ним последовательно регулируемого инвертора, управляющие входы которого являются управляющими входами указанного источника переменного импульсного напряжения, ключ рекуперации переменного тока выполнен, например, управляемым и его управляющий вход соединен с инверсным выходом устройства управления. In another case, the controlled source of alternating pulse voltage consists of a constant voltage source and a series-controlled inverter connected to it, the control inputs of which are the controlling inputs of the indicated alternating voltage source, the alternating current recovery key is made, for example, controlled and its control input is connected to the inverse control device output.

В регулируемый преобразователь напряжения по второму варианту, содержащий источник напряжения, к выводам которого подключена последовательная цепь, состоящая из дросселя и регулирующего ключа, параллельно которому подсоединены выводы для подключения нагрузки, а управляющий вход регулирующего ключа соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями открытого и закрытого состояний регулирующего ключа в результате действия сигнала управления и сигнала обратной связи имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например, тока нагрузки, введены источник напряжения, являющийся источником переменного напряжения, форма выходного сигнала которого имеет вид периодической функции, симметричной относительно временной оси, регулирующий ключ, выполненный в виде регулирующего ключа переменного тока, устройство управления - с возможностью указанного управления поочередно в положительных и отрицательных полуволнах напряжения, а один из выводов источника переменного напряжения соединен со входом синхронизации устройства управления. In an adjustable voltage converter according to the second embodiment, comprising a voltage source, to the terminals of which a serial circuit consisting of a reactor and a control switch is connected, parallel to which are connected the terminals for connecting the load, and the control input of the control switch is connected to the output of the control device, which, by changing the ratio between the duration of the open and closed states of the control key as a result of the action of the control signal and the feedback signal is possible the ability to regulate and stabilize the required parameter of the electric load mode, for example, the load current, a voltage source is introduced, which is an alternating voltage source, the output signal of which has the form of a periodic function symmetrical with respect to the time axis, a control key made in the form of an alternating current control key, device control - with the possibility of the specified control alternately in the positive and negative half-waves of voltage, and one of the conclusions of the source of variables second power connected to the input control device synchronization.

В регулируемый преобразователь напряжения по третьему варианту, содержащий управляемый источник импульсного напряжения, к выводам которого подключен дроссель, параллельно которому подсоединены выводы для подключения нагрузки, а управляющий вход указанного источника импульсного напряжения соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностью импульса и паузы на его выходе, в результате действия сигнала управления и сигнала обратной связи, имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например, тока нагрузки, введены управляемый источник импульсного напряжения, выполненный в виде управляемого источника переменного импульсного напряжения, устройство управления - с возможностью указанного управления поочередно в положительных и отрицательных полуволнах напряжения. To the adjustable voltage converter according to the third embodiment, comprising a controlled pulse voltage source, the terminals of which are connected to a choke, parallel to which the terminals for connecting the load are connected, and the control input of the specified pulse voltage source is connected to the output of the control device, which, by changing the ratio between pulse duration and pause at its output, as a result of the control signal and feedback signal, it has the ability to control and stabilize In addition to the required parameter of the electric load mode, for example, the load current, a controlled source of pulse voltage is introduced, made in the form of a controlled source of alternating pulse voltage, and a control device with the possibility of this control alternately in positive and negative half-waves of voltage.

Другим отличием заявляемого технического решения является то, что управляемый источник переменного импульсного напряжения, в одном случае, состоит из источника переменного напряжения, форма выходного сигнала которого имеет вид периодической функции, симметричной относительно временной оси, и регулирующего ключа переменного тока, соединенного последовательно с одним из выводов источника переменного напряжения, а один из выводов источника переменного напряжения соединен со входом синхронизации устройства управления. Another difference of the claimed technical solution is that the controlled source of alternating pulse voltage, in one case, consists of an alternating voltage source, the output signal of which has the form of a periodic function symmetrical with respect to the time axis, and an alternating current control key connected in series with one of conclusions of the AC voltage source, and one of the conclusions of the AC voltage source is connected to the synchronization input of the control device.

Следующим отличием заявляемого технического явления является то, что управляемый источник переменного импульсного напряжения, в другом случае, состоит из источника постоянного напряжения и соединенного с ним последовательно регулируемого инвертора, управляющие входы которого являются управляющими входами указанного источника переменного напряжения, регулирующие ключи инвертора выполнены, например, с возможностью односторонней проводимости в открытом и двусторонней блокировки в закрытом состоянии, а дроссель выполнен с возможностью совмещения функций дросселя и выходного трансформатора регулирующего инвертора. Another difference of the claimed technical phenomenon is that the controlled source of alternating pulse voltage, in another case, consists of a constant voltage source and a series-controlled inverter connected to it, the control inputs of which are the control inputs of the specified alternating voltage source, the control keys of the inverter are made, for example, with the possibility of one-sided conductivity in open and two-sided blocking in the closed state, and the throttle is made with the possibility of Strongly combining functions and throttle regulating an output transformer of the inverter.

Кроме того, дроссель содержит одну обмотку с отводами для подключения нагрузки. In addition, the inductor contains one winding with taps for connecting the load.

Еще одним отличием преобразователя напряжения по третьему варианту является то, что дроссель выполнен многообмоточным, при этом первичная обмотка намагничивания подключена к выводам инвертора, а выводы вторичной обмотки являются выводами для подключения нагрузки. Another difference of the voltage converter according to the third embodiment is that the inductor is multi-winding, while the primary magnetization winding is connected to the terminals of the inverter, and the terminals of the secondary winding are conclusions for connecting the load.

Следующим отличием заявляемого регулируемого преобразователя напряжения является то, что при подключении низкоимпедансной нагрузки он содержит ключ рекуперации переменного тока, один вывод которого соединен с выводом дросселя, другой предназначен для подсоединения нагрузки, причем ключ рекуперации имеет возможность открывания в паузе и закрывания в импульсе управляемого источника переменного импульсного напряжения; ключ рекуперации переменного тока выполнен управляемым, а его управляющий вход соединен с инверсным выходом устройства управления. The next difference between the inventive adjustable voltage converter is that when connecting a low impedance load it contains an AC recovery key, one output of which is connected to the output of the inductor, the other is used to connect the load, and the recovery key has the ability to open a controlled source of AC in a pause and close it in a pulse impulse voltage; the AC recovery key is made controllable, and its control input is connected to the inverse output of the control device.

Дополнительными особенностями преобразователя является то, что вторичная обмотка дросселя, к которой подключена нагрузка, содержит дополнительные отводы для подключения нитей накала газоразрядных приборов, например, люминесцентных ламп низкого давления, а сигнал обратной связи, подаваемый на вход устройства управления, взят по мгновенному значению тока обмотки намагничивания дросселя, а в выходную цепь дросселя последовательно с дополнительными отводами вторичной обмотки включены терморезисторы. Additional features of the converter are that the secondary winding of the inductor, to which the load is connected, contains additional taps for connecting the filaments of gas-discharge devices, for example, low-pressure fluorescent lamps, and the feedback signal supplied to the input of the control device is taken from the instantaneous value of the winding current magnetization of the inductor, and thermistors are included in series with the additional taps of the secondary winding in the output circuit of the inductor.

Если управляемый источник переменного импульсного напряжения состоит из источника постоянного напряжения и соединенного с ним регулируемого инвертора, в котором необходимо использовать трансформатор, то во избежание избыточности его функции выполняет дроссель, включенный по схеме трансформатора. Например, в известной схеме инвертора со средней точкой, называемой еще схемой с нулевым выводом, обмотка намагничивания дросселя выполнена с отводом от середины, соединенным с одним из выводов источников постоянного напряжения. При этом концы указанной обмотки соединены с коллекторами (стоками) регулирующих транзисторов. If the controlled source of alternating pulse voltage consists of a constant voltage source and an adjustable inverter connected to it, in which it is necessary to use a transformer, then in order to avoid its redundancy, a choke is turned on, which is turned on according to the transformer circuit. For example, in the known inverter circuit with a midpoint, also called a zero output circuit, the magnetizing coil of the inductor is made with a tap from the middle connected to one of the terminals of the DC voltage sources. The ends of the specified windings are connected to the collectors (drains) of the regulating transistors.

Для того, чтобы, при необходимости, регулируемый инвертор сохранял в паузе высокоимпедансное состояние выхода в большем диапазоне изменения ЭДС самоиндукции дросселя, регулирующие ключи инвертора выполнены с односторонней проводимостью в открытом и с двухсторонней блокировкой в закрытом состояниях. In order to, if necessary, the adjustable inverter maintains a high-impedance output state in a pause in a larger range of variation of the inductor EMF, the inverter control keys are made with one-sided conductivity in open and with two-sided blocking in closed states.

На фиг.1, 3 и 5 представлены структурно-функциональные схемы, а на фиг. 2, 4 и 6 - временные диаграммы токов и напряжений, соответственно, для первого, второго и третьего вариантов заявляемого регулируемого преобразователя напряжения. Figures 1, 3 and 5 show structural-functional diagrams, and Figs. 2, 4 and 6 are timing diagrams of currents and voltages, respectively, for the first, second and third versions of the claimed adjustable voltage converter.

На фиг. 7 и 8 приведены два примера выполнения управляемого источника переменного импульсного напряжения в виде структурно-функциональных схем. In FIG. 7 and 8 show two examples of the execution of a controlled source of alternating pulse voltage in the form of structural and functional schemes.

На фиг. 9 и 10 представлены два примера выполнения структурно-функциональных схем третьего варианта заявляемого преобразователя напряжения для случая подключения нагрузки трансформаторным способом. In FIG. 9 and 10 show two examples of structural and functional diagrams of the third embodiment of the inventive voltage converter for the case of connecting the load transformer method.

Первый вариант регулируемого преобразователя напряжения (фиг.1) содержит управляемый источник переменного импульсного напряжения 1, к выходу которого (точки а и в) подсоединен ключ рекуперации переменного тока 2, к выводам которого через дроссель 3 подключена нагрузка 4. Кроме того, преобразователь содержит устройство управления 5, выход которого соединен с управляющим входом источника переменного импульсного напряжения 1, причем, в зависимости от назначения преобразователя, устройство управления имеет вход для сигнала управления Упр. и вход для сигнала обратной связи О.С., например, по току нагрузки (штриховые линии на фиг.1). Если ключ рекуперации 2 выполнен управляемым, то его управляющий вход соединен с инверсным выходом схемы управления. The first variant of the adjustable voltage converter (Fig. 1) contains a controlled source of alternating pulse voltage 1, the output of which (points a and c) is connected to an alternating current recovery key 2, to the terminals of which a load 4 is connected through the inductor 3. In addition, the converter contains a device control 5, the output of which is connected to the control input of the source of alternating pulse voltage 1, and, depending on the purpose of the converter, the control device has an input for the control signal and an input for an OS feedback signal, for example, according to the load current (dashed lines in FIG. 1). If the recovery key 2 is made controllable, then its control input is connected to the inverse output of the control circuit.

Регулируемый преобразователь напряжения по первому варианту работает следующим образом. Пусть под действием очередного импульса с устройства управления 5 на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1 появится импульс положительной полярности (диаграмма U_ин на фиг.2). Ключ рекуперации переменного тока 2 одновременно закроется, например, под действием запирающего импульса с инверсного выхода устройства управления. В цепи, состоящей из индуктивности намагничивания дросселя 3 и нагрузки 4, при условии, что амплитуда импульса напряжения больше порогового напряжения нагрузки, начнет нарастать ток положительной полярности (диаграмма для I_др, I_н на фиг. 2). Энергия, потребляемая от источника напряжения 1 во время этого импульса, частично передается в виде импульса тока в нагрузку, а частично запасается в виде энергии магнитного поля в немагнитном зазоре сердечника дросселя. По истечении времени, определяемого величиной сигнала управления или/и сигнала обратной связи, под действием сигналов с устройства управления 5 закончится импульс напряжения положительной полярности на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1, и откроется ключ рекуперации переменного тока 2. Энергия, запасенная в дросселе 3, в виде импульса спадающего тока будет передаваться в нагрузку 4 через открытый ключ рекуперации 2 (диаграммы I_кр, I_др, I_н на фиг.2). По окончании паузы на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1 под действием сигналов с устройства управления 5 появится импульс напряжения отрицательной полярности и закроется ключ рекуперации переменного тока.Adjustable voltage Converter according to the first embodiment works as follows. Let the pulse of positive polarity appear under the action of the next pulse from the control device 5 at the output of the controlled source of alternating pulse voltage 1 (diagram U _in Fig.2). The AC recovery key 2 simultaneously closes, for example, under the action of a blocking pulse from the inverse output of the control device. In a circuit consisting of the magnetization inductance of inductor 3 and load 4, provided that the amplitude of the voltage pulse is greater than the threshold voltage of the load, a current of positive polarity will begin to increase (diagram for I _dr , I _n in Fig. 2). The energy consumed from voltage source 1 during this pulse is partially transmitted in the form of a current pulse to the load, and partially stored in the form of magnetic field energy in the non-magnetic gap of the inductor core. After the time determined by the magnitude of the control signal and / or the feedback signal, under the influence of the signals from the control device 5, the voltage pulse of positive polarity at the output of the controlled source of alternating pulse voltage 1 will end, and the recovery key of alternating current 2. The energy stored in the inductor 3 will open , in the form of a decreasing current pulse will be transmitted to the load 4 through the public recovery key 2 (diagrams I _cr , I _dr , I _n in figure 2). After a pause, the output of the controlled source of alternating pulse voltage 1 under the action of signals from the control device 5 appears a voltage pulse of negative polarity and closes the key recovery of alternating current.

Описанный выше процесс повторится с той лишь разницей, что в нагрузке, дросселе, а затем и в ключе рекуперации будет протекать импульсный ток отрицательной полярности. The process described above will be repeated with the only difference that a pulsed current of negative polarity will flow in the load, inductor, and then in the recovery key.

В левой части фиг. 2 показаны диаграммы для текущего (среднего), а в правой части - для максимального рекомендуемого значения соотношения длительностей импульса и паузы на входе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1, стремящегося к единице, при условии, что длительность паузы на выходе управляемого источника 1 примерно равна трем постоянным времени, определяемой отношением индуктивности дросселя к сопротивлению нагрузки. Работа преобразователя с длительностью импульса, большей или равной трем постоянным времени, и длительностью паузы, меньшей трех постоянных времени, нецелесообразна. В первом случае в конце импульса рост тока, а значит и энергии, накапливаемой в дросселе, почти остановится, а сам ток будет ограничиваться, в основном, только сопротивлением нагрузки, что нежелательно, особенно при низкоомных и нелинейных нагрузках. Во втором случае ток в дросселе к концу паузы не успеет уменьшиться до нуля, и часть времени импульса будет тратиться на возврат части энергии дросселя в источник напряжения, а не в нагрузку, бесполезно нагружая регулирующий (-ие) ключ (-и) управляемого источника 1, что неизбежно ведет к снижению коэффициента полезного действия преобразователя. Форма импульсов переменного тока, протекающего через дроссель и нагрузку, зависит от формы импульсов напряжения на выходе источника переменного импульсного напряжения 1 и от характера нагрузки. На фиг.2 изображены временные диаграммы указанных токов и напряжений для наиболее характерного случая использования заявляемого преобразователя, а именно, в качестве регулируемого источника переменного импульсного тока для запитки газоразрядных люминесцентных ламп, т.е. в качестве регулируемого "электронного балласта". Форма выходных импульсов напряжения является прямоугольной, как наиболее часто встречающаяся на практике форма на выходе простых транзисторных инверторов. Так как импеданс газоразрядных люминесцентных ламп носит резистивно-нелинейный характер, то форма тока в индуктивно-резистивной цепи будет иметь вид экспоненты. Форма напряжения на указанной нагрузке незначительно отличается от формы тока в ней и поэтому не приводится на временных диаграммах. On the left side of FIG. Figure 2 shows diagrams for the current (average), and on the right side for the maximum recommended value of the ratio of pulse durations and pauses at the input of a controlled source of alternating pulse voltage 1 tending to unity, provided that the duration of a pause at the output of controlled source 1 is approximately equal to three time constant determined by the ratio of the inductance of the inductor to the load resistance. The operation of the converter with a pulse duration greater than or equal to three time constants, and a pause duration of less than three time constants, is impractical. In the first case, at the end of the pulse, the increase in current, and hence the energy stored in the inductor, will almost stop, and the current itself will be limited mainly by the load resistance, which is undesirable, especially with low-impedance and non-linear loads. In the second case, the current in the inductor by the end of the pause will not have time to decrease to zero, and part of the pulse time will be spent on returning part of the inductor energy to the voltage source, and not to the load, uselessly loading the regulating key (s) of the controlled source 1 , which inevitably leads to a decrease in the efficiency of the converter. The shape of the alternating current pulses flowing through the inductor and the load depends on the shape of the voltage pulses at the output of the alternating pulse voltage source 1 and on the nature of the load. Figure 2 shows the timing diagrams of these currents and voltages for the most typical case of using the inventive converter, namely, as an adjustable source of alternating pulse current for powering gas-discharge fluorescent lamps, i.e. as an adjustable "electronic ballast". The shape of the output voltage pulses is rectangular, as the most common in practice form at the output of simple transistor inverters. Since the impedance of gas discharge fluorescent tubes is resistive-nonlinear in nature, the current shape in the inductive-resistive circuit will have the form of an exponent. The shape of the voltage at the specified load is slightly different from the shape of the current in it and therefore is not shown in the time diagrams.

Регулируемый преобразователь напряжения по второму варианту (фиг.3) содержит источник переменного напряжения 6, к выводам которого подключена последовательная цепь, состоящая из обмотки намагничивания дросселя 3 и регулирующего ключа переменного тока 7, параллельно которому подключается нагрузка 4. Кроме того, преобразователь содержит устройство управления 5, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего ключа переменного тока, а вход синхронизации - с выводом источника переменного напряжения, соединенным с дросселем 3, для совпадения момента открывания регулирующего ключа с началом полуволн входного переменного напряжения. Устройство управления имеет также вход для сигнала управления Упр. и вход для сигнала обратной связи О.С. (штриховые линии на фиг.3). The adjustable voltage converter according to the second embodiment (Fig. 3) contains an AC voltage source 6, to the terminals of which is connected a series circuit consisting of a magnetizing winding of the inductor 3 and an AC control switch 7, in parallel with which the load 4 is connected. In addition, the converter contains a control device 5, the output of which is connected to the control input of the AC control key, and the synchronization input is connected to the output of the AC voltage source connected to the inductor 3, for coincidence of the moment of opening the control key with the beginning of the half-waves of the input AC voltage. The control unit also has an input for the control signal. and input for feedback signal OS (dashed lines in figure 3).

Преобразователь по второму варианту в установившемся режиме работает следующим образом. В момент времени, совпадающий с началом очередной, например, положительной полуволны источника переменного напряжения 6 (диаграмма для U_ин на фиг.4), под действием импульса с устройства управления 5 откроется регулирующий ключ переменного тока 7. В цепи, состоящей из дросселя 3 и регулирующего ключа 7, начнет линейно нарастать ток положительной полярности (диаграммы для I_др и I_рк на фиг.4, соответственно). При этом в немагнитном зазоре дросселя будет увеличиваться запасаемая им энергия магнитного поля. По истечении времени, определяемого величиной сигнала управления или сигнала обратной связи, регулирующий ключ переменного тока 7 под действием сигнала с устройства управления 5 закроется, и энергия, запасенная в дросселе 3, в виде импульса, спадающего по экспоненте тока, будет передаваться в нагрузку по цепи: источник переменного напряжения, дроссель, нагрузка (диаграммы для I_др и I_н на фиг.4, соответственно). В момент начала отрицательной полуволны напряжения на выходе источника переменного напряжения 6 под действием импульса с устройства управления 5 снова откроется регулирующий ключ переменного тока 7, и описанный выше процесс повторится, отличаясь лишь тем, что сначала в дросселе и регулирующем ключе, а затем в дросселе и нагрузке будет протекать импульсный ток отрицательной полярности.The converter according to the second embodiment in the steady state mode operates as follows. At a point in time that coincides with the start of the next, for example, positive half-wave of the AC voltage source 6 (diagram for U _in Fig. 4), under the influence of a pulse from the control device 5, the AC control key 7 opens. In the circuit consisting of a choke 3 and control key 7, the positive polarity current will linearly increase (diagrams for I _dr and I _pk in figure 4, respectively). In this case, the non-magnetic gap of the inductor will increase the stored magnetic field energy. After the time determined by the magnitude of the control signal or feedback signal, the AC control key 7 is closed by the signal from the control device 5, and the energy stored in the inductor 3, in the form of a pulse decreasing exponentially in the current, will be transferred to the load through the circuit : AC voltage source, inductor, load (diagrams for I _dr and I _n in Fig. 4, respectively). At the moment of the start of the negative half-wave of the voltage at the output of the AC voltage source 6, under the influence of a pulse from the control device 5, the AC control key 7 again opens, and the process described above is repeated, differing only in that in the inductor and control key, and then in the inductor and then the load will flow pulsed current of negative polarity.

В левой части фиг.4 приведены временные диаграммы для текущего (среднего) значения соотношения длительностей открытого и закрытого состояний регулирующего ключа 7. Излом на экспоненте спадающего тока в дросселе и нагрузке в момент окончания импульса на выходе источника переменного напряжения 6 (в левой части фиг.4) вызван тем, что после закрывания регулирующего ключа до окончания указанного импульса напряжения, спадающий ток дросселя и нагрузки стремится к значению, определяемому отношением напряжения на выходе источника 7 к сопротивлению нагрузки, а после окончания - к нулю. В правой части фиг.4 изображены временные диаграммы для максимального рекомендуемого значения соотношения длительностей открытого и закрытого состояний. В отличие от первого варианта преобразователя напряжения, во втором варианте рекомендуется ограничивать снизу только время закрытого состояния регулирующего ключа. По причине, изложенной в описании работы первого варианты преобразователя, время закрытого состояния нецелесообразно делать меньше трех постоянных времени, которая равна отношению индуктивности дросселя к сопротивлению нагрузки. The left part of FIG. 4 shows the timing diagrams for the current (average) value of the ratio of the durations of the open and closed states of the control key 7. The kink on the exponential of the decreasing current in the inductor and the load at the end of the pulse at the output of the AC voltage source 6 (in the left part of FIG. 4) due to the fact that after closing the control key to the end of the specified voltage pulse, the decreasing current of the inductor and load tends to a value determined by the ratio of the voltage at the output of the source 7 to the resistance th load, and after graduation - to zero. In the right part of FIG. 4, time charts are shown for the maximum recommended value of the ratio of the durations of open and closed states. Unlike the first version of the voltage converter, in the second version it is recommended to restrict from below only the time of the closed state of the control switch. For the reason stated in the description of the operation of the first converter options, it is not advisable to make the closed state time less than three time constants, which is equal to the ratio of the inductance of the inductor to the load resistance.

Регулируемый преобразователь напряжения по третьему варианту (фиг.5) содержит управляемый источник переменного импульсного напряжения 1, к выводам которого (в точках а и в) подключена обмотка намагничивания одно- или многообмоточного дросселя 3, параллельно которому подключена нагрузка 4. Кроме того, преобразователь содержит устройство управления 5, выход которого соединен с управляющим входом источника переменного импульсного напряжения. Устройство управления имеет также вход для сигнала управления Упр. и вход для сигнала обратной связи О.С., например, по току нагрузки (штриховые линии на фиг.5). При этом нагрузка может быть подключена параллельно дросселю непосредственным, автотрансформаторным или трансформаторным способом. При необходимости исключения передачи энергии в нагрузку в импульсе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1, например, при низкоимпедансной нагрузке, она подключается через ключ рекуперации (на фиг.5 не показан), открывающийся в паузе и закрывающийся в импульсе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1 и включаемый в разрыв цепи в точке С. The adjustable voltage converter according to the third embodiment (Fig. 5) contains a controlled source of alternating pulse voltage 1, the terminals of which (at points a and c) are connected to the magnetization winding of a single or multi-winding inductor 3, in parallel with which a load 4 is connected. In addition, the converter contains a control device 5, the output of which is connected to the control input of an alternating pulse voltage source. The control unit also has an input for the control signal. and an input for an OS feedback signal, for example, according to the load current (dashed lines in FIG. 5). In this case, the load can be connected in parallel with the inductor directly, autotransformer or transformer method. If it is necessary to exclude the transfer of energy to the load in the pulse of a controlled source of alternating pulse voltage 1, for example, at a low impedance load, it is connected through a recovery key (not shown in Fig. 5), which opens in a pause and closes in a pulse of a controlled source of alternating pulse voltage 1 and included in the chain break at point C.

Регулируемый преобразователь напряжения по третьему варианту работает следующим образом. Пусть под действием очередного импульса с устройства управления 5 на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1 появится импульс напряжения положительной полярности (верхняя диаграмма U_ин на фиг.6). Под действием этого импульса в обмотке намагничивания дросселя 3 будет линейно нарастать ток намагничивания положительной полярности (сплошная линия на диаграмме I_др), увеличивая энергию магнитного поля, которая запасается в немагнитном зазоре дросселя, а в нагрузке, при отсутствии ключа рекуперации, при резистивном ее характере, возникает импульс тока прямоугольной формы (штриховая линия на диаграмме I_н). При трансформаторном способе подключения нагрузки к току намагничивания дросселя добавится составляющая прямоугольной формы тока нагрузки, пересчитанного в обмотку намагничивания. Сумма этих токов показана штриховой линией на диаграмме I_др фиг. 6. По истечении времени, определяемого величиной сигнала управления и сигналом обратной связи, импульс напряжения положительной полярности на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1, под действием устройства управления 5, закончится, и энергия, запасенная в дросселе 3, в виде импульса, спадающего по экспоненте тока, будет подаваться в нагрузку 4. По окончании паузы, под действием следующего импульса с устройства управления 5, на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1 появится импульс напряжения отрицательной полярности, и описанный процесс повторится, отличаясь тем, что импульсные токи в дросселе и в нагрузке изменят свои направления на обратные.Adjustable voltage Converter according to the third embodiment works as follows. Let a voltage pulse of positive polarity appear under the action of the next pulse from the control device 5 at the output of the controlled source of alternating pulse voltage 1 (the upper diagram U _in in Fig.6). Under the influence of this pulse, the magnetization current of positive polarity (solid line in the diagram I _dr ) will linearly increase in the magnetization winding of the inductor 3, increasing the energy of the magnetic field, which is stored in the non-magnetic gap of the inductor, and in the load, in the absence of a regeneration key, with its resistive nature , a rectangular current pulse appears (dashed line in the diagram I _n ). With a transformer method of connecting the load to the magnetizing current of the inductor, a rectangular component of the load current, converted to the magnetizing winding, will be added. The sum of these currents is shown by a dashed line in diagram I _{dr of} FIG. 6. After the time determined by the magnitude of the control signal and the feedback signal, the voltage pulse of positive polarity at the output of the controlled source of alternating pulse voltage 1, under the action of the control device 5, will end, and the energy stored in the inductor 3, in the form of a pulse falling along exponential current will be supplied to the load 4. At the end of the pause, under the action of the next pulse from the control device 5, a pulse appears at the output of the controlled source of alternating pulse voltage 1 apryazheniya negative polarity, and the above process repeated, differing in that the pulsed current in the inductor and the load change their direction reversed.

В левой части фиг.6 приведены временные диаграммы для текущего (среднего), а в правой - для максимального рекомендуемого значения соотношения длительностей импульса и паузы на выходе управляемого источника переменного импульсного напряжения 1. Как и во втором варианте регулируемого преобразователя напряжения, в третьем варианте рекомендуется ограничивать снизу только время паузы. По причине, изложенной в описании работы первого варианта преобразователя, его нецелесообразно делать меньше трех постоянных времени, которая равна отношению индуктивности обмотки дросселя, подключенной к нагрузке, к сопротивлению нагрузки. On the left side of FIG. 6, time diagrams for the current (average) are shown, and on the right for the maximum recommended value of the ratio of pulse durations and pauses at the output of a controlled source of alternating pulse voltage 1. As in the second version of the adjustable voltage converter, in the third version limit only pause time from below. For the reason stated in the description of the operation of the first version of the converter, it is impractical to make it less than three time constants, which is equal to the ratio of the inductance of the inductor winding connected to the load to the load resistance.

Первый пример конкретного выполнения, более подробная структура управляемого источника переменного импульсного напряжения 1, представлен на фиг.7 и содержит источник переменного напряжения 6, форма которого имеет вид периодической функции, симметричной относительно временной оси, а его полуволны имеют прямоугольную, трапецеидальную, синусоидальную или иную тому подобную форму, и, соединенный последовательно с одним из выводов этого источника, регулирующий ключ переменного тока 7. Этот же вывод источника переменного напряжения 6 связан со входом синхронизации устройства управления 5 для совпадения момента открывания регулирующего ключа 7 с началом полуволн входного переменного напряжения. Кроме того, управляющий вход регулирующего ключа переменного тока 7 связан с выходом устройства управления 5 для осуществления описанного регулирования. Второй пример выполнения управляемого источника переменного импульсного напряжения 1, представленный на фиг.8, содержит источник постоянного напряжения 8 и соединенный с ним последовательно регулируемый инвертор 9, управляющие входы которого соединены с выходами устройства управления 5, для осуществления описанного регулирования. Выполнен регулируемый инвертор по одной из известных схем двухтактных однофазных инверторов. При выборе схемы регулируемого инвертора для построения управляемого источника переменного импульсного напряжения 1 для первого варианта заявляемого технического решения целесообразно учитывать, что известны схемы регулируемых инверторов, способных выполнять функции ключа рекуперации переменного тока 2 [9]. Например, такой способностью обладает схема мостового регулируемого инвертора, при условии, что в паузе схема управления 5 открывает оба транзистора, соединенных с одним из выводов источника постоянного напряжения 8. Использование данного свойства позволит сократить аппаратные затраты при реализации указанного технического решения. The first example of a specific implementation, a more detailed structure of a controlled source of alternating pulse voltage 1, is presented in Fig. 7 and contains an alternating voltage source 6, the shape of which has the form of a periodic function symmetrical with respect to the time axis, and its half-waves have a rectangular, trapezoidal, sinusoidal, or other a similar shape, and connected in series with one of the terminals of this source, regulating the alternating current switch 7. The same terminal of the alternating voltage source 6 is connected of the input torque to match the opening regulating sync key 7 5 controls the start of half-waves of the input AC voltage. In addition, the control input of the control key of the alternating current 7 is connected with the output of the control device 5 for the implementation of the described regulation. The second exemplary embodiment of a controlled source of alternating pulse voltage 1, shown in Fig. 8, contains a constant voltage source 8 and a series-controlled inverter 9 connected to it, the control inputs of which are connected to the outputs of the control device 5, for the implementation of the described regulation. Made adjustable inverter according to one of the known schemes of push-pull single-phase inverters. When choosing a controlled inverter circuit for constructing a controlled source of alternating impulse voltage 1 for the first version of the claimed technical solution, it is advisable to take into account that the circuits of adjustable inverters capable of performing the functions of an alternating current recovery key 2 are known [9]. For example, a bridge adjustable inverter circuit has this ability, provided that in pause the control circuit 5 opens both transistors connected to one of the terminals of the constant voltage source 8. Using this property will reduce hardware costs when implementing the indicated technical solution.

В случае, если в схеме регулируемого инвертора, для построения управляемого источника переменного импульсного напряжения для третьего варианта заявляемого технического решения, необходимо на выходе использовать трансформатор, во избежание избыточности, его функцию выполняет дроссель 3, включенный по схеме трансформатора. Например, при использовании схемы регулируемого инвертора со средней точкой, называемой еще нулевой, обмотка намагничивания дросселя выполнена с отводом от середины, соединенным с одним из выводов источника постоянного напряжения 8, в зависимости от типа проводимости транзисторных ключей инвертора (на фиг.9 показано штриховой линией). При этом концы указанной обмотки соединены в инверторе с коллекторами (стоками) регулирующих ключей. Чтобы при необходимости, например, при изменяющейся пороговой нагрузке регулируемый инвертор сохранял в паузе высокоимпедансное состояние выхода в большем диапазоне изменения ЭДС самоиндукции дросселя, регулирующие транзисторные ключи инвертора 9, в отличие от их традиционного исполнения, выполнены с односторонней проводимостью в открытом и двухсторонней блокировкой в закрытом состояниях. If in the circuit of a controlled inverter, to build a controlled source of alternating impulse voltage for the third version of the claimed technical solution, it is necessary to use a transformer at the output, in order to avoid redundancy, its function is performed by a choke 3 connected according to the transformer circuit. For example, when using an adjustable inverter circuit with a midpoint, also called zero, the inductor magnetizing coil is taped from the middle, connected to one of the terminals of the DC voltage source 8, depending on the type of conductivity of the inverter transistor switches (shown in Fig. 9 by a dashed line ) The ends of the specified windings are connected in the inverter to the collectors (drains) of the control keys. In order to, if necessary, for example, with a changing threshold load, the adjustable inverter maintains a high-impedance output state in a pause in a larger range of variation of the inductor’s EMF, the regulating transistor switches of the inverter 9, in contrast to their traditional design, are made with one-sided conductivity in open and double-sided blocking in closed conditions.

Подключается управляемый источник переменного импульсного напряжения 1 в схемах первого и третьего вариантах заявляемого преобразователя, в общем случае, в точках а и в, как показано на фиг.1 и 5, а в случае выполнения его по схеме, изображенной на фиг.8, при выполнении регулируемого инвертора 9 по схеме со средней точкой, для третьего варианта заявляемого преобразователя, еще и в точке d, как это было описано выше и показано на фиг.9 штриховой линией. На фиг. 9 приведен характерный пример построения третьего варианта заявляемого преобразователя, более часто встречающегося на практике варианта построения управляемого источника переменного импульсного напряжения, показанного на фиг.8, и трансформаторного способа подключения нагрузки с помощью двухобмоточного дросселя, позволяющего получить требуемый уровень напряжения на нагрузке и обеспечить гальваническую развязку, используя одно намоточное изделие. Использовать данное устройство можно, например, в светильнике с большим диапазоном регулирования яркости свечения, если в качестве нагрузки применить газоразрядную люминесцентную лампу с "холодными" электродами. A controlled source of alternating pulse voltage 1 is connected in the circuits of the first and third versions of the inventive converter, in general, at points a and b, as shown in FIGS. 1 and 5, and if it is performed according to the circuit shown in FIG. 8, the implementation of the adjustable inverter 9 according to the scheme with a midpoint for the third variant of the inventive converter, also at point d, as described above and shown in Fig. 9 by a dashed line. In FIG. 9 shows a typical example of constructing a third variant of the inventive converter, a more common practice example of constructing a controlled source of alternating pulse voltage, shown in Fig. 8, and a transformer method for connecting a load using a double winding inductor, which allows to obtain the required voltage level at the load and to provide galvanic isolation using one winding product. This device can be used, for example, in a luminaire with a wide range of brightness control, if a gas discharge fluorescent lamp with “cold” electrodes is used as a load.

На фиг.10 приведен пример построения третьего варианта заявляемого регулируемого преобразователя напряжения при использовании его в качестве пускорегулирующего устройства для газоразрядных ламп с нитями накала из материала, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления, например, из вольфрама, в светильнике с постоянной яркостью свечения. Отличается данное устройство от устройства, представленного на фиг.9, следующим: для наглядности организации обратной связи выделен датчик тока 10 мгновенных значений тока обмотки намагничивания дросселя 3, ток которой, как отмечалось выше, представляет собой сумму тока намагничивания и тока нагрузки, пересчитанную в указанную обмотку (см. диаграмму I_др на фиг.6). Вторичная обмотка дросселя 3 выполнена с отводами для подключения указанных нитей накала. Не используется сигнал управления и ключ рекуперации. Для получения с датчика тока 10 однополярных импульсов, подаваемых на вход ШИМ-компаратора устройства управления 5, на другой вход которого подан постоянный уровень, в мостовых инверторах и в инверторах со средней точкой, датчик тока 10 включается обычно последовательно в минусовую шину питания инвертора 9, а в полумостовых инверторах сигнал с датчика тока подключается через выпрямитель.Figure 10 shows an example of the construction of the third variant of the inventive adjustable voltage Converter when using it as a ballast for gas discharge lamps with filaments from a material having a positive temperature coefficient of resistance, for example, of tungsten, in a lamp with a constant brightness. This device differs from the device shown in Fig. 9 in the following: for clarity of feedback organization, a current sensor 10 is selected for the instantaneous values of the magnetizing winding current of the inductor 3, the current of which, as noted above, is the sum of the magnetizing current and the load current, calculated in the specified winding (see diagram I _dr in Fig.6). The secondary winding of the inductor 3 is made with taps for connecting these filaments. The control signal and the recovery key are not used. To receive from the current sensor 10 unipolar pulses supplied to the input of the PWM comparator of the control device 5, to the other input of which a constant level is applied, in bridge inverters and inverters with a midpoint, the current sensor 10 is usually connected in series to the negative bus of the inverter 9, and in half-bridge inverters the signal from the current sensor is connected through a rectifier.

Работает данное пускорегулирующее устройство следующим образом. Сразу после включения сопротивление холодных нитей накала минимально, что приводит к росту прямоугольной составляющей "подставки", вызванного максимальным значением тока накала, в суммарном "пилообразном" сигнале с датчика тока 10. В результате ШИМ-компаратор устройства управления 5 ограничивает длительность импульса регулируемого инвертора 9 и, значит, величину энергии, запасаемой дросселем 3, что, в свою очередь, ограничит амплитуду напряжения, вызванную ЭДС самоиндукции дросселя 3, на лампе в паузе, делая невозможным ее "холодный" запуск, резко сокращающий срок ее службы. По мере разогрева нитей накала сопротивление их будет расти, амплитуда "подставки" в сигнале с датчика тока 10 будет снижаться, вызывая увеличение длительности импульса инвертора 9, при сохранении среднего значения тока накала, и рост энергии, запасаемый дросселем, и, значит, повышение напряжения на лампе в паузе. Одновременно у лампы будет снижаться величина напряжения зажигания за счет термоэлектронной эмиссии, вызванной разогревом нитей накала. Когда указанные напряжения сравняются, произойдет зажигание лампы, вызванное ионизацией разрядного промежутка. При этом напряжение горения лампы снижается до величины, меньшей или равной напряжению на лампе в импульсе, что приведет к появлению тока через лампу в импульсе. Это снова вызовет увеличение амплитуды "подставки" в сигнале с датчика тока 10 и соответствующее уменьшение длительности импульса регулируемого инвертора 9. При этом ток разряда лампы установится равным номинальному, а ток накала уменьшится, сохраняя температуру нитей накала, так как они дополнительно разогреваются током разряда в лампе. В случае, если нити накала лампы выполнены из материала, например, из тугоплавкого сплава, имеющего гораздо меньший температурный коэффициент, чем у вольфрама, то, например, последовательно с нитями накала включаются терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) из такого расчета, чтобы суммарный ТКС терморезистора и нити накала был близок к ТКС вольфрама, составляющий примерно 5•10^-3 ^oС^-1.This control gear works as follows. Immediately after switching on, the resistance of cold filaments is minimal, which leads to the growth of the rectangular component of the "stand" caused by the maximum value of the filament current in the total "sawtooth" signal from the current sensor 10. As a result, the PWM comparator of the control device 5 limits the pulse duration of the adjustable inverter 9 and, therefore, the amount of energy stored by the inductor 3, which, in turn, will limit the voltage amplitude caused by the EMF of the self-induction of the inductor 3 on the lamp in a pause, making it impossible to “cold” start it, sharply reducing its service life. As the filament warms up, their resistance will increase, the amplitude of the "stand" in the signal from the current sensor 10 will decrease, causing an increase in the pulse duration of the inverter 9, while maintaining the average value of the filament current, and the energy growth stored by the inductor, and, therefore, increase the voltage on the lamp in a pause. At the same time, the lamp will decrease the ignition voltage due to thermionic emission caused by heating of the filament. When these voltages equalize, the lamp will ignite due to ionization of the discharge gap. In this case, the burning voltage of the lamp decreases to a value less than or equal to the voltage on the lamp in the pulse, which will lead to the appearance of current through the lamp in the pulse. This again causes an increase in the amplitude of the “stand” in the signal from the current sensor 10 and a corresponding decrease in the pulse duration of the adjustable inverter 9. In this case, the lamp discharge current will be set equal to the nominal one, and the filament current will decrease, while maintaining the temperature of the filament, as they are additionally heated by the discharge current in the lamp. If the filament of the lamp is made of material, for example, of a refractory alloy having a much lower temperature coefficient than that of tungsten, then, for example, thermistors with a positive temperature coefficient of resistance (TCR) are connected in series with the filament so that the total TCS of the thermistor and the filament was close to the TCS of tungsten, amounting to about 5 • 10 ^-3 ^o C ^-1 .

В качестве устройства управления 5 целесообразно использовать известные универсальные ШИМ-контроллеры в интегральном исполнении, например, микросхемы серий 1114, 1156 [10] и т.п., позволяющие реализовать устройства управления для всех вариантов регулируемых преобразователей, указанных в данном описании, так как имеют в своем составе весь необходимый для этого традиционный набор функциональных узлов: задающий генератор с возможностью синхронизации и управления длительностью паузы, источник опорного напряжения, усилитель сигнала рассогласования, ШИМ-компаратор, триггер-фазорасщепитель, выходные драйверы, компаратор защиты от перегрузки по мгновенному значению тока, выход которого объединен по схеме "или" с выходом ШИМ-компаратора, и другие узлы. Схемотехника ключей переменного тока (поз. 2 и 7) известна [6, 7] . Наиболее перспективной считается схема из двух последовательно и встречно включенных и синхронно управляемых МДП-транзисторов. Подобные ключи серийно выпускаются в интегральном исполнении. Ключ, имеющий одностороннюю проводимость в открытом и двухстороннюю блокировку в закрытом состоянии, выполняется включением последовательно с ним диода в прямом направлении. As a control device 5, it is advisable to use the well-known universal PWM controllers in integrated design, for example, microcircuits of the 1114, 1156 [10] series, etc., which make it possible to implement control devices for all options of adjustable converters specified in this description, since they have it includes all the traditional set of functional units necessary for this: a master oscillator with the ability to synchronize and control the pause duration, a voltage reference source, a signal amplifier anija, PWM comparator trigger fazorasschepitel, output drivers, the comparator overload on the instantaneous value of current, the output of which is combined in a "or" PWM output of the comparator, and the other nodes. The circuitry of alternating current switches (items 2 and 7) is known [6, 7]. The most promising is considered a circuit of two series and counterclockwise connected and synchronously controlled MOS transistors. Such keys are commercially available in integrated design. A key having one-sided conductivity in the open and two-sided blocking in the closed state is performed by turning on the diode in series with it in the forward direction.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА. - М.: Радио и связь, 1989, с.5-8, 64-68.SOURCES OF INFORMATION
1. Polikarpov A.G., Sergienko E.F. Single-ended voltage converters in REA power supply devices. - M.: Radio and Communications, 1989, p. 5-8, 64-68.

2. Там же, с.6, 9-15, 64-66. 2. Ibid., P. 6, 9-15, 64-66.

3. Там же, с.6, 32-36. 3. Ibid., P.6, 32-36.

4. Там же, с.6, 46-50, 67-68. 4. Ibid., P. 6, 46-50, 67-68.

5. Головацкий В.А. и др./Под ред. Конева Ю.И. Источники вторичного электропитания. Изд. 2-е. - М.: Радио и связь, 1990, с. 96. 5. Golovatsky V.A. et al. / Ed. Koneva Yu.I. Sources of secondary power. Ed. 2nd. - M .: Radio and communications, 1990, p. 96.

6. Там же, с.39, 40. 6. Ibid., P. 39, 40.

7. Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.11. 7. Moin V. S. Stabilized transistor converters. - M .: Energoatomizdat, 1986, p. 11.

8. Там же, с.35-38. 8. Ibid., P. 35-38.

9. Там же, с.93-95. 9. Ibid., Pp. 93-95.

10. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М.: "Додека", 1997, с. 86-104, 170-177. 10. Microcircuits for switching power supplies and their application. - M .: Dodeka, 1997, p. 86-104, 170-177.

Claims

1. An adjustable voltage converter containing a rectangular rectangular controlled voltage source, to the terminals of which a recovery key is connected having the ability to open in a pause and close the controlled pulse voltage source in a pulse, to the terminals of which are connected via a choke the terminals for connecting the load, while the source control input the pulse voltage is connected to the output of the control device, which by changing the ratio between the pulse durations and the noise at its output as a result of the action of control and feedback signals has the ability to regulate and stabilize the electrical load mode, characterized in that the controlled source of pulse voltage is made in the form of a controlled source of alternating pulse voltage, the recovery key is in the form of an alternating current recovery key, a control device - with the possibility of the specified control alternately in the positive and negative half-waves of voltage, and the current value of the pulse duration d lzhno be less than three time constants, and the pause duration - greater than or equal to the time constant defined as the ratio of the inductance of the choke to the load impedance and the feedback is executed by the load current.

2. The adjustable voltage converter according to claim 1, characterized in that the controllable source of alternating impulse voltage consists of an alternating voltage source, the half-wave shape of which has the form of rectangles symmetrical with respect to the time axis, with a pause at the zero level with duration from zero to three time constants, and an AC control key connected in series with one of the terminals of the AC voltage source, the output of which is additionally connected also to the synchronization input of the device Twa control points to match the opening regulating key with the start of each half-wave voltage.

3. The adjustable voltage converter according to claim 1, characterized in that the controlled alternating voltage pulse source consists of a constant voltage source and a series-controlled inverter connected to it, the control inputs of which are control inputs of the indicated alternating voltage source.

4. The adjustable voltage converter according to claim 1, characterized in that the alternating current recovery key is made controllable and its control input is connected to the inverse output of the control device.

5. An adjustable voltage converter containing a voltage source, the terminals of which are connected to a serial circuit consisting of a choke and a control key, parallel to which are connected the terminals for connecting the load, and the control input of the control key is connected to the output of the control device, which by changing the ratio between the open and the closed state of the control key as a result of the action of the control signal and the feedback signal has the ability to control and stabilization of the electric load mode, characterized in that the voltage source is an alternating voltage source, the half-wave shape of which has the form of rectangles symmetrical about the time axis with a pause at zero level lasting from zero to three time constants, defined as the ratio of the inductance of the inductor to the load resistance, the regulating key is made in the form of an alternating current regulating key, and the control device — with the possibility of said control being alternately in positive negative and half-waves of voltage, while the current value of the duration of the closed state of the control key must be at least a constant time, and the output of the AC voltage source is also connected to the synchronization input of the control device to match the moment of opening the control key with the beginning of each half-wave of voltage, and the feedback is made current load.

6. An adjustable voltage converter containing a rectangular rectangular controlled voltage source, the outputs of which are connected to a reactor, in parallel with which transformers are used to connect the load using a transformer, the control input of the specified voltage source is connected to the output of the control device, which, by changing the ratio between the pulse duration and pauses at its output as a result of the action of the control signal and the feedback signal has the ability to regulation and stabilization of the electric load mode, characterized in that the controlled source of pulse voltage is made in the form of a controlled source of alternating pulse voltage, and the control device is capable of the specified control alternately in positive and negative half-waves of voltage, while the current value of the pause duration must be at least time constant, defined as the ratio of the inductance of the inductor winding connected to the load to the load resistance, and the inverse I connection is made according to the load current.

7. The adjustable voltage converter according to claim 6, characterized in that the controlled source of alternating impulse voltage consists of an alternating voltage source, the half-wave form of which has the form of rectangles symmetrical with respect to the time axis, with a pause at zero level with a duration from zero to three time constants, and an AC control key connected in series with one of the terminals of the AC voltage source, the output of which is also connected to the synchronization input of the control device To coincide the time of opening the regulating key with the start of each half-wave voltage.

8. The adjustable voltage converter according to claim 6, characterized in that the controlled alternating voltage pulse source consists of a constant voltage source and a series-controlled inverter connected to it, the control inputs of which are the control inputs of the specified alternating voltage source, and the inverter control keys are made with the possibility of one-sided conduction in open and double-sided blocking in closed states.

9. The adjustable voltage converter according to claim 8, characterized in that the inductor contains a tap from the midpoint of the winding to supply power to the inverter.

10. An adjustable voltage converter according to claims 6 and 7, characterized in that the inductor contains one winding with taps.

11. The adjustable voltage converter according to claims 6 and 7, characterized in that the inductor is multi-winding, while the primary magnetizing winding is connected to the output terminals of a controlled alternating voltage pulse source, and the secondary windings are conclusions for connecting the load.

12. The adjustable voltage converter according to claims 6-11, characterized in that it contains an alternating current recovery key, one output of which is connected to the output of the inductor, the other is for connecting the load, and the recovery key has the ability to open in a pause and close in a controlled pulse source of alternating pulse voltage.

13. The adjustable voltage converter according to claim 12, characterized in that the alternating current recovery key is made controllable, and its control input is connected to the inverse output of the control device.

14. The adjustable voltage converter according to claims 6-11, characterized in that the inductor winding to which the load is connected contains additional taps for connecting, for example, filaments of low-pressure discharge lamps, and a feedback signal supplied to the input of the control device, taken by the instantaneous value of the current of the magnetizing winding of the inductor.

15. The adjustable voltage converter according to claim 14, characterized in that wire thermistors are included in series with the additional winding taps in the output circuit of the inductor.