RU2231901C2 - Method and device for regulating voltage of any kind - Google Patents
Method and device for regulating voltage of any kind Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231901C2 RU2231901C2 RU2002122058/09A RU2002122058A RU2231901C2 RU 2231901 C2 RU2231901 C2 RU 2231901C2 RU 2002122058/09 A RU2002122058/09 A RU 2002122058/09A RU 2002122058 A RU2002122058 A RU 2002122058A RU 2231901 C2 RU2231901 C2 RU 2231901C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- control
- input
- control unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания, в частности в регуляторах и стабилизаторах переменного синусоидального, переменного асимметричного, выпрямленного и постоянного напряжения.The invention relates to a conversion technique and can be used in secondary power supply systems, in particular in regulators and stabilizers of an alternating sinusoidal, alternating asymmetric, rectified and constant voltage.
Известен способ дискретного регулирования напряжения [1], заключающийся в реализации дискретного регулирования текущего уровня входного напряжения, основанный на сравнении последнего с текущими значениями двух специально формируемых уровней напряжения и использовании результата сравнения в качестве информации управления коэффициентом передачи регулирующего органа.A known method of discrete voltage regulation [1], which consists in the implementation of discrete regulation of the current input voltage level, based on comparing the latter with the current values of two specially formed voltage levels and using the comparison result as control coefficient information of the regulatory body.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- искажение формы выходного напряжения при воздействии дестабилизирующих факторов как со стороны питающей сети, так и со стороны нагрузки, выражающееся в ограничении выходного напряжения по мгновенным значениям;- distortion of the shape of the output voltage under the influence of destabilizing factors both from the supply network and from the load side, expressed in limiting the output voltage to instantaneous values;
- ограниченная точность регулирования выходного напряжения на уровне дискретности регулирующего органа.- limited accuracy of regulation of the output voltage at the level of discreteness of the regulatory body.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ регулирования переменного напряжения [2], основанный на высокочастотном чередовании режима шунтирования вольтодобавочного трансформатора с режимом вольтоприбавления или вольтовычитания и изменения скважности в процессе смешанной коммутации ключей.Closest to the proposed invention (prototype) is a method for regulating AC voltage [2], based on high-frequency alternation of the shunt mode of the boost transformer with the mode of voltage addition or voltage subtraction and change of duty cycle during the mixed switching of keys.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- дополнительные потери в силовых ключах в режиме шунтирования вольтодобавочного трансформатора;- additional losses in power switches in the bypass mode of a boost transformer;
- низкое качество выходного напряжения (повышенный уровень высокочастотных гармоник), особенно в начале и конце диапазона входного напряжения, так как частота коммутации силовых ключей не может быть более нескольких сотен герц.- low quality of the output voltage (increased level of high-frequency harmonics), especially at the beginning and end of the input voltage range, since the switching frequency of power switches cannot exceed several hundred hertz.
Это связано с тем, что намагничивание сердечника магнитопровода при переключении силовых ключей имеет один знак и осуществляется в пределах полупериода напряжения сети, следовательно, трансформатор должен быть рассчитан на основную частоту напряжения сети. Кроме того, необходимо учитывать подмагничивание магнитопровода трансформатора током нагрузки. Повышение частоты коммутации силовых ключей приведет к дополнительным потерям в магнитопроводе (потери на перемагничивание) и в меди (за счет скин-эффекта), так как длина проводов в обмотках будет соответствовать параметрам низкочастотного трансформатора.This is due to the fact that the magnetization of the core of the magnetic circuit when switching power switches has one sign and is carried out within the half-cycle of the mains voltage, therefore, the transformer must be designed for the main frequency of the mains voltage. In addition, it is necessary to take into account the magnetization of the magnetic circuit of the transformer by the load current. An increase in the switching frequency of power switches will lead to additional losses in the magnetic circuit (loss of magnetization reversal) and in copper (due to the skin effect), since the length of the wires in the windings will correspond to the parameters of the low-frequency transformer.
Известен стабилизатор переменного напряжения [3], содержащий трансформатор, включенный вторичной обмоткой в одну из силовых шин, первичной, через коммутирующие элементы подключенной к входному напряжению, устройство сравнения и управления, коммутирующие элементы подключены таким образом, что в зависимости от выходного напряжения, определяемого схемой сравнения и управления, и схемой контроля уровня, первичная обмотка подключается так, что напряжение на ней изменяет полярность, либо трансформатор работает в режиме трансформатора тока с закороченной первичной обмоткой, и с помощью силового ключа, цепь управления которого подключена к схеме сравнения и управления, а также первой мостовой схемы поддерживается на выходе напряжение с определенной степенью точности.Known AC voltage stabilizer [3], containing a transformer connected by a secondary winding to one of the power buses, primary, through switching elements connected to the input voltage, a comparison and control device, switching elements are connected in such a way that depending on the output voltage determined by the circuit comparison and control, and the level control circuit, the primary winding is connected so that the voltage on it changes polarity, or the transformer operates in the current transformer mode short-circuited primary winding and through the power switch, the control circuit which is connected to a comparison and control circuit and the first bridge circuit output voltage is maintained with a certain degree of accuracy.
Недостатками данного стабилизатора переменного напряжения являютсяThe disadvantages of this AC voltage stabilizer are
- ограниченная коэффициентом трансформации трансформатора точность стабилизации выходного напряжения;- limited by the transformation ratio of the transformer, the accuracy of stabilization of the output voltage;
- дополнительные потери в силовых элементах закороченной первичной обмотки трансформатора в режиме трансформатора тока.- additional losses in the power elements of the shorted primary winding of the transformer in the current transformer mode.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является электронный стабилизатор напряжения [4], который содержит вольтодобавочный трансформатор, реверсирующий мост, регулирующий ключ из двух встречно-параллельно включенных транзисторов, датчик тока, шунтирующие транзисторы, широтно-импульсный модулятор, логические схемы.Closest to the proposed invention (prototype) is an electronic voltage stabilizer [4], which contains a boost booster transformer, a reversing bridge, a regulating key of two counter-parallel connected transistors, a current sensor, shunt transistors, a pulse-width modulator, and logic circuits.
Недостатками данного электронного стабилизатора напряжения являются:The disadvantages of this electronic voltage stabilizer are:
- дополнительные потери в силовых ключах в режиме шунтирования вольтодобавочного трансформатора;- additional losses in power switches in the bypass mode of a boost transformer;
- повышенная частота коммутации регулирующего ключа не приводит к уменьшению габаритов вольтодобавочного трансформатора, так как намагничивание магнитопровода при коммутации регулирующего ключа имеет один знак и осуществляется в пределах полупериода напряжения сети при наличии подмагничивания током нагрузки, следовательно, трансформатор должен быть выполнен из условия работы на частоте сети; таким образом, низкочастотный трансформатор должен удовлетворять по потерям требованиям высокочастотного трансформатора (потери в магнитопроводе на перемагничивание и потери в меди за счет скин-эффекта) при габаритах низкочастотного; уменьшение потерь в магнитопроводе потребует выполнение сердечника трансформатора из высокочастотных материалов (феррит, аморфные сплавы); но магнитопроводы из высокочастотных материалов имееют пониженную индукцию по сравнению с низкочастотной электротехнической сталью, что приведет к увеличению количества витков в обмотках вольтодобавочного трансформатора и, следовательно, к увеличению потерь в обмотках трансформатора;- the increased switching frequency of the control key does not lead to a decrease in the size of the boost booster transformer, since the magnetization of the magnetic circuit during switching of the control key has one sign and is carried out within the half-cycle of the mains voltage in the presence of magnetization by the load current, therefore, the transformer must be made from the operating condition at the mains frequency ; Thus, the low-frequency transformer must satisfy the requirements of the high-frequency transformer (losses in the magnetic core due to magnetization reversal and losses in copper due to the skin effect) with the dimensions of the low-frequency; reduction of losses in the magnetic circuit will require the implementation of the core of the transformer from high-frequency materials (ferrite, amorphous alloys); but magnetic cores made of high-frequency materials have a lower induction compared to low-frequency electrical steel, which will lead to an increase in the number of turns in the windings of the boost transformer and, consequently, to an increase in losses in the transformer windings;
- нельзя регулировать и стабилизировать напряжение другого вида, чем синусоидальное.- it is impossible to regulate and stabilize a voltage of a different kind than sinusoidal.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи регулирования и стабилизации напряжения любого вида.The invention is aimed at solving the problem of regulation and stabilization of voltage of any kind.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении энергетических показателей, повышении качества выходного напряжения и регулирования, уменьшении массы и габаритов.The technical result of the invention is to expand the functionality, increase energy performance, improve the quality of the output voltage and regulation, reduce weight and dimensions.
Поставленная задача решается с помощью способа регулирования напряжения любого вида, основанного на вольтоприбавлениии высокочастотного напряжения при повышении напряжения, причем предварительно входное напряжение выпрямляют, преобразовывают в переменное высокочастотное с амплитудной и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), трансформируют, выпрямляют синхронно с входным, суммируют с входным и сглаживают на выходе, а понижение входного напряжения осуществляют с помощью широтно-импульсной модуляции и сглаживают на выходе.The problem is solved using a method of regulating any type of voltage, based on the voltage addition of high-frequency voltage with increasing voltage, and the input voltage is pre-rectified, converted into high-frequency AC with amplitude and pulse-width modulation (PWM), transformed, rectified synchronously with the input, summed with input and smooth at the output, and lowering the input voltage is carried out using pulse-width modulation and smooth at the output.
Способ регулирования напряжения любого вида реализуется с помощью устройства регулирования напряжения любого вида, содержащего трансформатор, регулирующий ключ, датчик тока, второй регулирующий ключ, на входе устройства включен выпрямитель, выход которого соединен шиной питания высокочастотного преобразователя, управляющие входы которого подключены к блоку управления, а выход выпрямителя к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого средней точкой подключена к фазному проводу входного напряжения, а двумя остальными выводами ко входам выпрямителей положительной и отрицательной полярностей, выходы которых через регулирующие ключи подключены к сглаживающему фильтру и первому выводу электронного ключа с управляемой проводимостью, второй вывод которого подключен к нулевому проводу, а входы управления электронного ключа с управляемой проводимостью к блоку управления, выход сглаживающего фильтра через датчик тока подключен к выходу устройства и по цепи обратной связи с блоком управления, два других входа которого подключены к фазному проводу и выходу датчика тока, а входы управления регулирующих ключей к блоку управления, а блок управления представляет собой микроконтроллер и имеет в своем составе блок программного управления, широтно-импульсные модуляторы и аналого-цифровой преобразователь.A method of controlling voltage of any kind is implemented using a voltage regulating device of any kind containing a transformer, a control key, a current sensor, a second control key, a rectifier is connected to the input of the device, the output of which is connected to the power bus of the high-frequency converter, the control inputs of which are connected to the control unit, and the output of the rectifier to the primary winding of the transformer, the secondary winding of which is connected by the midpoint to the input voltage phase wire, and the other two and conclusions to the inputs of rectifiers of positive and negative polarities, the outputs of which are connected through a regulating switch to a smoothing filter and the first output of an electronic key with controlled conductivity, the second terminal of which is connected to a neutral wire, and the control inputs of an electronic key with controlled conductivity to a control unit, the output is smoothing the filter through the current sensor is connected to the output of the device and through the feedback circuit with the control unit, the other two inputs of which are connected to the phase wire and the outputs dy current sensor, and the key regulatory control inputs to the control unit and the control unit is a microcontroller, and incorporates a program control unit, the pulse width modulator and the analog-to-digital converter.
Структурная схема устройства регулирования напряжения любого вида представлена на фиг.1, а временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства на примере регулирования синусоидального напряжения в режиме повышения напряжения - фиг.2, а в режиме понижения - фиг.3.A block diagram of a voltage regulating device of any kind is shown in Fig. 1, and timing diagrams of voltages explaining the operation of the device using the example of regulating a sinusoidal voltage in the voltage boost mode - Fig. 2, and in the lower mode - Fig. 3.
Устройство регулирования напряжения любого вида (фиг.1) содержит выпрямитель 1, выход которого соединен с высокочастотным преобразователем 2, управляющие входы которого подключены к блоку управления 3, а выход к первичной обмотке трансформатора 4, вторичная обмотка которого средней точкой подключена к проводу “Фаза” входного напряжения, а двумя остальными выводами ко входам выпрямителей положительной и отрицательной полярностей 5 и 6 соответственно, выходы которых через регулирующие ключи 7 и 8 подключены к первому выводу электронного ключа с управляемой проводимостью 9 и сглаживающему фильтру 10, второй вывод электронного ключа с управляемой проводимостью 9 подключен к проводу “0”, а входы управления электронного ключа с управляемой проводимостью 9 к блоку управления 3, выход сглаживающего фильтра 10 через датчик тока 11 подключен к выходу устройства и по цепи обратной связи ко входу блока управления 3, два других входа которого подключены к проводу “Фаза” выходного напряжения Uвых и выходу датчика тока 11, а два выхода блока управления 3 подключены к регулирующим ключам 7 и 8.A voltage control device of any kind (Fig. 1) contains a rectifier 1, the output of which is connected to a high-
Рассмотрим способ регулирования напряжения любого вида, реализуемого с помощью устройства на примере регулирования синусоидального напряжения.Consider a method of regulating voltage of any kind, implemented using a device using the example of regulating sinusoidal voltage.
Входное напряжение поступает на вход выпрямителя 1, вход блока управления 3, представляющего собой микроконтроллер (имеющий в своем составе блок программного управления, широтно-импульсные модуляторы и аналого-цифровой преобразователь) и на среднюю точку трансформатора 4, причем вход блока управления 3 и средний вывод трансформатора 4 подключены к проводу “Фаза”. Если напряжение в сети меньше заданного выходного (Uвыx) (фиг.2,а), блок управления 3 формирует ШИМ модулированные импульсы управления высокочастотным преобразователем 2. С выхода преобразователя 2 знакопеременное с амплитудной и широтно-импульсной модуляцией высокочастотное напряжение (фиг.2,б) поступает на трансформатор 4. Со вторичной обмотки трансформатора 4 напряжение поступает на два выпрямителя 5 и 6, для преобразования его в однополярное - положительной и отрицательной полярностей соответственно. При положительной полуволне напряжения на входе блоком управления 3 включается регулирующий ключ 7 (фиг.2,в), а при отрицательной - регулирующий ключ 8 (фиг.2,г). Синхронизация работы регулирующих ключей 7 и 8 с сетью осуществляется блоком управления 3, где программно определяются моменты перехода входного напряжения через ноль. Трансформатор 4 включен по отношению к сети как вольтодобавочный, поэтому напряжение на выходе регулирующих ключей 7 и 8 представляет собой сумму напряжения сети и напряжения на выходе трансформатора 4 (фиг.2,д). С выхода регулирующих ключей 7 и 8 сформированное таким образом напряжение через сглаживающий фильтр 10, датчик тока 11 поступает на выход устройства и по цепи обратной связи на вход блока управления 3, где программно осуществляется регулирование выходного напряжения. Следует отметить, что двойная модуляция высокочастотного напряжения - амплитудная и ШИМ - позволяет получить высокое качество выходного напряжения в широком диапазоне входного напряжения.The input voltage is supplied to the input of the rectifier 1, the input of the control unit 3, which is a microcontroller (incorporating a program control unit, pulse-width modulators and an analog-to-digital converter) and to the midpoint of the transformer 4, and the input of the control unit 3 and the middle output transformer 4 connected to the wire "Phase". If the network voltage is less than the specified output (Uout) (Fig. 2, a), the control unit 3 generates PWM modulated control pulses of the high-
Если напряжение в сети uвх больше заданного выходного Uвых (фиг.3,а), то оно через трансформатор 4, выпрямители 5 и 6 поступает на регулирующие ключи 7 и 8, где и осуществляется ШИМ модуляция входного напряжения uвx (фиг.3,б), регулирующий ключ 7 - в положительной полуволне (фиг.3,в), а 8 - в отрицательной (фиг.3,г). Далее напряжение поступает на сглаживающий фильтр 10, на выходе которого приобретает вид Uвых (фиг.3,б). Для передачи в нагрузку в безтоковую паузу (регулирующий ключ 7 или 8 выключен) запасенной в дросселе сглаживающего фильтра 10 энергии служит электронный ключ с управляемой проводимостью 9, при наличии сигнала управления на первом (фиг.3,д) обеспечивается протекание тока в направлении провод “0” - сглаживающий фильтр 10 при положительной полярности входного напряжения uвx, при наличии управляющего сигнала на другом управляющем входе (фиг.3,е) - в обратном направлении при отрицательной полярности входного напряжения uвx. В случае отсутствия сигналов управления электронный ключ с управляемой проводимостью 9 выключен. Управление регулирующими ключами 9, 10 осуществляется блоком управления 3. Сглаженное напряжение после фильтра 10, через датчик тока 11 поступает на выход устройства и по цепи обратной связи на вход блока управления 3.If the voltage in the network uin is greater than the specified output Uout (Fig. 3, a), then it is supplied through the transformer 4, rectifiers 5 and 6 to the
Источники информацииSources of information
1. А.с. №789985 от 23.12.80 г. Способ дискретного регулирования переменного напряжения. В.Е.Болтнев, В.П.Миловзоров, А.К.Мусолин.1. A.S. No. 789985 from 12.23.80 g. The method of discrete control of AC voltage. V.E. Boltnev, V.P. Milovzorov, A.K. Musolin.
2. Патент России №2155365 С2 от 27.08.00 г. Способ регулирования переменного напряжения. B.C.Климаш.2. Patent of Russia №2155365 C2 from 08.27.00, the Method of regulating AC voltage. B.C. Klimash.
3. Патент России №2100837 C1 от 27.12.97 г. Стабилизатор переменного напряжения. Фейгин Л.З., Михалев С.И.3. Patent of Russia No. 2100837 C1 dated December 27, 1997. The AC voltage stabilizer. Feigin L.Z., Mikhalev S.I.
4. Патент России №2123717 C1 от 20.12.98 г. Электронный стабилизатор напряжения. Г.Г.Магазинник, Л.Т.Магазинник.4. Patent of Russia №2123717 C1 dated 12/20/98. Electronic voltage stabilizer. G.G. Shop, L.T. Shop.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002122058/09A RU2231901C2 (en) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Method and device for regulating voltage of any kind |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002122058/09A RU2231901C2 (en) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Method and device for regulating voltage of any kind |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002122058A RU2002122058A (en) | 2004-06-10 |
RU2231901C2 true RU2231901C2 (en) | 2004-06-27 |
Family
ID=32845974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002122058/09A RU2231901C2 (en) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Method and device for regulating voltage of any kind |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2231901C2 (en) |
-
2002
- 2002-08-12 RU RU2002122058/09A patent/RU2231901C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5381327A (en) | Electrical power inverter | |
TWI406491B (en) | Vrms and rectified current sense full-bridge synchronous-rectification integrated with pfc | |
US7821801B2 (en) | Power factor correction method for AC/DC converters and corresponding converter | |
US11108326B2 (en) | DC-DC converter | |
CN111064356B (en) | Power supply circuit capable of improving power factor | |
CN107437901A (en) | N sinewave inverters | |
US7684218B2 (en) | Method and device for transforming and regulating a voltage signal | |
US7002818B2 (en) | Power converter with improved output switching timing | |
KR102231614B1 (en) | Power conversion apparatus with improved power conversion efficiency | |
KR100439414B1 (en) | DC/DC converter of Insulation type and Uninterruptible power supply used the same apparatus | |
EP2976831B1 (en) | Electronic sine wave transformer | |
RU2231901C2 (en) | Method and device for regulating voltage of any kind | |
JP2016152655A (en) | Power conversion device | |
TWI678874B (en) | Power supply circuit with improved power factor | |
CN113872455A (en) | Step-up converter for an electrical load power supply device, power supply device and method for stepping up an input voltage in an electrical load power supply device | |
RU2325752C1 (en) | Alternating current voltage regulator | |
RU2361264C2 (en) | Method of ac voltage control | |
RU2187872C1 (en) | Hybrid passive power corrector and its control process | |
JPH0365054A (en) | Dc-dc converter | |
RU2006163C1 (en) | Ac-to-dc voltage converter | |
JP3743712B2 (en) | DC power supply | |
JP2001197752A (en) | Inverter | |
WO2023122105A1 (en) | Transformerless bidirectional dc charger for electric vehicles | |
SU1661737A1 (en) | Alternative viltage regulator | |
KR20030093530A (en) | Converter for converting a three-phase alternating current to a direct current |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100813 |