RU2444832C2

RU2444832C2 - Dc voltage stabilisation device

Info

Publication number: RU2444832C2
Application number: RU2010123286/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Андрей Андреевич Шевченко (RU); Андрей Андреевич Шевченко; Руслан Викторович Шульга (RU); Руслан Викторович Шульга; Евгений Анатольевич Власенко (RU); Евгений Анатольевич Власенко; Юлия Васильевна Шиян (RU); Юлия Васильевна Шиян
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-03-10
Also published as: RU2010123286A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: autonomous high-frequency inverter is made on transistors (1) and (2), and in a single-phased transformer (3) the primary and secondary windings contain middle points. A rectifier is made on diodes (4) and (5), and a control system (6) comprises a voltage divider (7), a sawtooth voltage generator (8), a pulse shaper (9), a pulse distributor (10), pulse amplifiers (11) and (12).

EFFECT: increased reliability of DC voltage stabilisator operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока.The invention relates to electrical engineering and is intended to stabilize the voltage of direct current sources.

Известные стабилизаторы, содержащие управляемые полупроводниковые ключи и осуществляющие импульсное регулирование напряжения постоянного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, рис.4.8-4.11), имеют недостатки: низкие показатели КПД и качества выходного напряжения, что ограничивает области их применения.Known stabilizers containing controlled semiconductor switches and performing pulse regulation of direct current voltage (Rozanov Yu.K. Fundamentals of power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1992, Fig. 4.8-4.11), have disadvantages: low efficiency and quality of the output voltage, which limits the scope of their application.

Наиболее близким по техническому решению является стабилизатор напряжения постоянного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, рис.4.21, с.207), содержащий автономный инвертор, трансформатор и управляемый выпрямитель, выполняющий функции регулировочного устройства - вольтодобавочного выпрямителя. Недостатком устройства стабилизации являются сложная схема системы управления и соответственно низкие показатели надежности стабилизатора.The closest in technical solution is a DC voltage stabilizer (Rozanov Yu.K. Fundamentals of power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1992, fig. 4.21, p.207), containing an autonomous inverter, a transformer and a controlled rectifier that performs the functions of an adjusting device - boost rectifier. The disadvantage of the stabilization device is the complex control system scheme and, accordingly, low stabilizer reliability indicators.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы стабилизатора напряжения постоянного тока.The technical solution to this problem is to increase the reliability of the DC voltage stabilizer.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий автономный инвертор, трансформатор и выпрямитель, согласно изобретению, содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и с первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения являются первым и вторым входом системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым входами делителя напряжения, которые соединены с первым и вторым выходами стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления.The problem is achieved in that the DC voltage stabilizer containing a stand-alone inverter, transformer and rectifier, according to the invention, contains a midpoint in the primary and secondary windings, and the first input terminal of the stabilizer is connected to the collectors of the first and second transistors of the high-frequency inverter, the middle point of the secondary winding transformer and with the first input of the control system, the second input terminal of the stabilizer is connected to the midpoint of the primary winding of the transformer, second m output of the stabilizer and the second input of the control system, the emitters of the first and second transistors are connected to the beginning and end of the primary winding of the transformer, respectively, and their control inputs are connected to the outputs of the control system, the beginning and end of the secondary winding of the transformer through the first and second diodes are connected and are the first output stabilizer, the control system contains a sawtooth voltage generator, voltage divider, pulse shaper, pulse distributor, the first and second pulse amplifiers two, the first and second inputs of the sawtooth voltage generator are the first and second inputs of the control system, the third and fourth inputs of which are the first and second inputs of the voltage divider, which are connected to the first and second outputs of the voltage regulator, the output of the sawtooth voltage generator is connected to the first input of the shaper pulses, the second input of which is connected to the output of the voltage divider, the output of the pulse shaper is connected through the pulse distributor to the first and second amplifiers Olsen, the outputs of which are the outputs of the control system.

Новизна технического решения заключается в том, что в схеме стабилизатора применяется трансформатор, содержащий среднюю точку в первичной и во вторичной обмотках, выпрямитель, выполненный на диодах, а высокочастотный инвертор выполнен на двух транзисторах, система управления которого обеспечивает стабилизированное выходное напряжение. Поскольку выпрямитель соединен последовательно с входными выводами стабилизатора, то выходное напряжение стабилизатора напряжения постоянного тока определяется по формуле:The novelty of the technical solution lies in the fact that the stabilizer circuit uses a transformer containing a midpoint in the primary and secondary windings, a rectifier made on diodes, and a high-frequency inverter made on two transistors, the control system of which provides a stable output voltage. Since the rectifier is connected in series with the input terminals of the stabilizer, the output voltage of the DC voltage stabilizer is determined by the formula:

U_вых=U_вх+U_в.U _out = U _in + U _in .

Таким образом, выпрямитель выполняет функции вольтодобавочного устройства, питание которого осуществляется от автономного высокочастотного инвертора.Thus, the rectifier performs the functions of a booster device, the power of which is provided by an autonomous high-frequency inverter.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна аналогичная заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of a similar claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения постоянного тока; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы управления стабилизатором.Figure 1 presents a functional diagram of a device for stabilizing DC voltage; figure 2 - voltage diagrams explaining the principle of operation of the stabilizer control system.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит автономный высокочастотный инвертор, выполненный на транзисторах 1 и 2, однофазный трансформатор 3, первичная и вторичная обмотки которого содержат средние точки, выпрямитель, выполненный на диодах 4 и 5, и систему управления 6, содержащую делитель напряжения 7, генератор пилообразного напряжения 8, формирователь импульсов 9, распределитель импульсов 10, усилители импульсов 11 и 12. На фиг.1 показаны выводы для подключения входного и выходного напряжения стабилизатора U_ВХ и U_ВЫХ соответственно и напряжение выпрямителя U_В.The DC voltage stabilizer contains an autonomous high-frequency inverter made on transistors 1 and 2, a single-phase transformer 3, the primary and secondary windings of which contain midpoints, a rectifier made on diodes 4 and 5, and a control system 6 containing a voltage divider 7, a sawtooth generator voltage 8, the pulse shaper 9, pulse distributor 10, pulse amplifier 11 and 12. Figure 1 shows the connections for input and output voltage stabilizer U U _IN and _OUT respectively rectifier voltage U _B.

Устройство стабилизации напряжения постоянного тока работает следующим образом. С выхода генератора пилообразного напряжения 8, вход которого соединен с входными выводами стабилизатора, сигнал U_ГПН (фиг.2, а) поступает на первый вход формирователя импульсов 9, на второй вход которого сигнал поступает от делителя напряжения 7 U_ДН (фиг.2, а), вход которого соединен с выходными выводами стабилизатора. Когда U_ГПН>U_ДН на выходе формирователя импульсов формируется управляющий сигнал U_ФИ (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 10 и усилители импульсов 11 и 12 поступает на управляющие электроды транзисторов 1 или 2. К примеру, если напряжение на выходных выводах стабилизатора уменьшится, то и уменьшится напряжение U_ДН (фиг.2, в), уменьшится угол управления транзисторами с α₁ до α₂ (фиг.2, б, г). Временной интервал открытого состояния транзисторов 1 и 2 увеличится, значит, увеличится выходное напряжение выпрямителя U_B и соответственно выходное напряжение стабилизатора U_ВЫХ.A device for stabilizing DC voltage operates as follows. From the output of the sawtooth voltage generator 8, the input of which is connected to the input terminals of the stabilizer, the _GPU signal U (Fig. 2, a) is supplied to the first input of the pulse shaper 9, the second input of which is supplied from the voltage divider 7 U _ДН (Fig. 2, a), the input of which is connected to the output terminals of the stabilizer. When U _GPN > U _DN at the output of the pulse shaper, a control signal U _FI is generated (Fig. 2, b), which, through the pulse distributor 10 and pulse amplifiers 11 and 12, is supplied to the control electrodes of transistors 1 or 2. For example, if the output voltage the stabilizer leads to decrease, then the voltage U _ДН will decrease (Fig. 2, c), the angle of transistor control will decrease from α ₁ to α ₂ (Fig. 2, b, d). Timeslot open state of the transistors 1 and 2 will increase, so will increase the rectifier output voltage U _B and U, respectively, the output voltage _OUT stabilizer.

Использование в составе стабилизатора напряжения однофазного трансформатора, первичная и вторичная обмотки которого содержат среднюю точку неуправляемого выпрямителя и высокочастотного инвертора с системой управления, выгодно отличает предлагаемый стабилизатор напряжения постоянного тока от известного, так как повышается надежность его работы.The use of a single-phase transformer in the voltage stabilizer, the primary and secondary windings of which contain the midpoint of an uncontrolled rectifier and a high-frequency inverter with a control system, distinguishes the proposed DC voltage stabilizer from the known one, since its reliability increases.

Claims

A DC voltage stabilizer comprising a self-contained inverter, transformer and rectifier, characterized in that the single-phase transformer contains a midpoint in the primary and secondary windings, the first input terminal of the stabilizer connected to the collectors of the first and second transistors of the high-frequency inverter, the middle point of the secondary transformer winding and the first the input of the control system, the second input terminal of the stabilizer is connected to the midpoint of the primary winding of the transformer, the second output of the stabilizer mash and the second input of the control system, the emitters of the first and second transistors are connected to the beginning and end of the primary winding of the transformer, respectively, and their control inputs are connected to the outputs of the control system, the beginning and end of the secondary winding of the transformer through the first and second diodes are connected and are the first output of the stabilizer, the control system comprises a sawtooth voltage generator, a voltage divider, a pulse shaper, a pulse distributor, first and second pulse amplifiers, the first the first and second inputs of the sawtooth voltage generator are the first and second inputs of the control system, the third and fourth inputs of which are the first and second inputs of the voltage divider, which are connected to the first and second outputs of the voltage regulator, the output of the sawtooth voltage generator is connected to the first input of the pulse shaper, the second the input of which is connected to the output of the voltage divider, the output of the pulse shaper is connected through the pulse distributor to the first and second pulse amplifiers, the outputs to which are the outputs of the control system.