RU2817329C1 - Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения - Google Patents
Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817329C1 RU2817329C1 RU2023123968A RU2023123968A RU2817329C1 RU 2817329 C1 RU2817329 C1 RU 2817329C1 RU 2023123968 A RU2023123968 A RU 2023123968A RU 2023123968 A RU2023123968 A RU 2023123968A RU 2817329 C1 RU2817329 C1 RU 2817329C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- transformer
- output voltage
- series
- constant output
- Prior art date
Links
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 238000003079 width control Methods 0.000 claims 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для коррекции коэффициента мощности, преобразования, регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения. Технический результат - формирование непрерывного и синфазного тока переменному входному напряжению, формирование постоянного выходного напряжения и его стабилизация. Устройство содержит силовой регулирующий ключ (3), реализованный в виде встречно-последовательного включения полевых транзисторов (MOSFET), управляющие электроды которых объединены в общую точку, подключенную к цепи управления (15). Силовой трансформатор (2), первичная обмотка (1) которого через силовой регулирующий ключ (3) подключена к источнику переменного напряжения. Параллельно силовому регулирующему ключу (3) включена магнитно-связанная с обмоткой (1) обмотка (4), противофазная обмотке (1), с последовательно включенным конденсатором (5). Две вторичные обмотки (6 и 7) трансформатора (2), включенные противофазно, соединены последовательно через конденсатор (8). Начало обмотки (6) соединено с катодом диода (9), анод которого подключен к концу обмотки (7). Начало обмотки (7) соединено с анодом диода (10), катод которого подключен к концу обмотки (6). Общая точка соединения начала обмотки (6) и катода (9) подключена к первому полюсу понижающего регулятора (11), а общая точка соединения начала обмотки (7) и анода диода (10) подключена к второму полюсу понижающего регулятора (11). К выходным зажимам регулятора (11) подключен управляющий контроллер (12) широтно-импульсного типа, который управляет регулирующим транзистором понижающего регулятора (11). Параллельно дополнительной обмотке (13) трансформатора (2) включена линейная индуктивность (14). 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для коррекции коэффициента мощности, преобразования, регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения.
Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное напряжение с подключением нагрузки через выпрямительные диоды и сглаживающий емкостной фильтр [1].
Недостатком известных преобразователей переменного напряжения в постоянное напряжение является отсутствие формирования непрерывного и синфазного тока, потребляемого от входного синусоидального напряжения, а также стабилизации постоянного выходного напряжения.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству преобразователь переменного синусоидального напряжения в постоянное выходное напряжение, содержащий первичную обмотку трансформатора, подключенную через встречно последовательные управляемые ключи к зажимам источника переменного синусоидального напряжения, вторичную обмотку трансформатора, подключенную через выпрямительные диоды к емкостному фильтру и нагрузке [1].
Недостатки этого преобразователя напряжения состоят в том, что в нем отсутствует коррекция коэффициента мощности, формирование непрерывного и синфазного тока переменному входному напряжению и стабилизация постоянного выходного напряжения.
Цель изобретения - формирование непрерывного и синфазного тока переменному входному напряжению, формирование постоянного выходного напряжения и его стабилизация.
Поставленная цель достигается тем, что в магнитно-связанном корректоре коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения к первичной обмотке трансформатора включённой последовательно с источником переменного напряжения и встречно последовательными управляемыми ключами, введена вторая магнитно-связанная обмотка противофазная первой обмотке, которая через последовательно включенный конденсатор подключена параллельно встречно последовательным управляемым ключам, а две включенные противофазно вторичные обмотки, соединены последовательно через конденсатор, через подключенные к ним диоды подключены к входным зажимам регулятора напряжения с непрерывным потреблением и передачей энергии в нагрузку, управление которым осуществляется цепью обратной связи реализованной в виде широтно-импульсного контроллера.
На фиг.1 и 2 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого магнитно-связанного корректора коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения. На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема магнитно-связанного корректора коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения; на фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема магнитно-связанного корректора коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения с введением дополнительной линейной индуктивности последовательно с первичной обмоткой трансформатора.
В нем (фиг.1) начало первичной обмотки 1 трансформатора 2 соединено с первым полюсом входного источника переменного напряжения, а конец первичной обмотки 1 через управляемый встречно последовательный ключ 3 подключен ко второму полюсу входного источника переменного напряжения. Параллельно встречно последовательному ключу 3 включена последовательно с конденсатором 5 вторая магнитно-связанная обмотка 4 противофазная первой обмотке. Две вторичные обмотки 6 и 7 трансформатора 2, включенные противофазно, соединены последовательно через конденсатор 8 так, что начало обмотки 6 соединено с катодом диода 9, анод которого подключен к концу обмотки 7, а начало обмотки 7 соединено с анодом диода 10, катод которого подключен к концу обмотки 6. Общая точка соединения начала обмотки 6 и катода 9 подключена к первому полюсу понижающего регулятора 11, а общая точка соединения начала обмотки 7 и анода диода 10 подключена к второму полюсу понижающего регулятора 11. К выходным зажимам понижающего регулятора 11 подключен управляющий контроллер 12 широтно-импульсного типа, который управляет регулирующим транзистором понижающего регулятора 11. Управляющие электроды встречно последовательного ключа 3 объединены в общую точку соединения и подключены к контроллеру 15, второй вывод которого подключен к общей точке соединения встречно последовательных ключей транзисторов ключа 3. Параллельно дополнительной обмотке 13 трансформатора 2 включена линейная индуктивность 14.
На фиг.2 последовательно первичной обмотке 1 трансформатора 2 включена линейная индуктивность 16.
Принцип действия предлагаемого магнитно-связанного корректора коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2. Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 3.
Допустим, что в момент рассмотрения работы магнитно-связанного корректора коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения от источника переменного напряжения поступает положительная полуволна синусоидального напряжения. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 3 полевой транзистор (MOSFET) ключа 3 работает в нормальном ключевом режиме (в рассматриваемом случае верхний), а второй (нижний) в режиме синхронного выпрямителя. На этом промежутке времени происходит накопление энергии в индуктивности намагничивания трансформатора 2 обусловленное первичными обмотками 1,4.
После выключения ключа 3 на интервале времени (1-D)T происходит переполюсовка напряжений на обмотках трансформатора, включается диод 9 и накопленная энергия в индуктивности намагничивания через вторичную обмотку 6 трансформатора 2 выводится в последовательно включенный конденсатор 8.
При изменении полярности источника входного напряжения все описанные выше процессы повторяются с той лишь разницей, что теперь на интервале времени (1-D)T включается диод 10 и накопленная энергия в индуктивности намагничивания через вторичную обмотку 7 трансформатора 2 выводится в последовательно включенный конденсатор 8.
Цепь на вторичной стороне трансформатора 2, составленная из противофазно включённых вторичных обмоток 6,7 включенных последовательно через конденсатор 8 и диодов 9,10 образует пассивный клампирующий элемент, обеспечивающий фиксацию напряжений на обмотках трансформатора 2 на интервале времени (1-D)T выключенного состояния регулирующего ключа 3.
Использование магнитно-связанной цепи, обусловленной обмотками 1,4 позволяет существенно увеличить дифференциальную индуктивность обмоток (для пульсаций тока), которая описывается для обмотки 1 выражением и для обмотки 4 выражением . В этих выражениях L 11 = L μ 1 + L S 1 - индуктивность намагничивания трансформатора 2 по обмотке 1 с учетом индуктивности рассеяния, а L 22 = L μ 2 +L S 2 - индуктивность намагничивания трансформатора 2 по обмотке 1 с учетом индуктивности рассеяния, где - коэффициент связи между обмотками 1 и 4 всегда меньше или равен единице, а - коэффициент трансформации между обмотками 1 и 4. В нашем случае важна величина L ЭФФ1 , которая при k=n равна бесконечности и тем самым исключаются пульсации тока непрерывного и синфазного с входным переменным напряжением. При равенстве числа витков обмоток 1,4 желательная величина L ЭФФ1 достигается включением небольшой индуктивности 16 последовательно с обмоткой 1.
Ведение дополнительной обмотки 13 трансформатора 2 с параллельно включенной линейной индуктивностью 14 позволяет ослабить жесткую связь величины индуктивности намагничивания трансформатора 2 с числом витков первичной обмотки 1, геометрическим размером магнитопровода и зазором трансформатора, что расширяет диапазон изменений входного напряжения.
Величины временных интервалов DT и (1-D)T устанавливаются фиксированными, и в процессе работы магнитно-связанного корректора коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения не изменяются, тем самым фиксируя максимальную передаваемую мощность в нагрузку.
Поддержание постоянного выходного напряжения в нагрузке осуществляется с помощью понижающего регулятора 11 [2], отличительной особенностью которого является непрерывное потребление и передача энергии в нагрузку, и этим свойством он является аналогом резистивной нагрузки. Обратная связь, реализованная в виде широтно-импульсного контроллера 12, воздействует на регулирующий транзистор регулятора напряжения 11, обеспечивая поддержание постоянного выходного напряжения с заданной точностью.
Таким образом, предлагаемый магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения позволяет по сравнению с известным устройством осуществить формирование непрерывного, практически гладкого тока синфазного переменному входному напряжению, формирование постоянного выходного напряжения и его стабилизацию.
1. Патент на изобретение РФ № 2802914 с приоритетом от 02.02.2023.
2. Авторское свидетельство СССР №1598073 “Импульсный регулятор постоянного напряжения” А.Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко с приоритетом от 05.12.1988.
Claims (5)
1. Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения, содержащий электромагнитный элемент, имеющий первичную обмотку, подключенную через встречно-последовательный ключ, выполненный на полевых транзисторах типа MOSFET, к выходным выводам источника переменного напряжения, первый и второй выпрямительные диоды, соединенные с выходными зажимами конденсаторов фильтра, и управляющий контроллер, отличающийся тем, что электромагнитный элемент выполнен в виде трансформатора, в котором введена вторая первичная обмотка трансформатора, противофазная первой первичной обмотке трансформатора, и с последовательно включенным конденсатором включена параллельно встречно-последовательному ключу, выполненному на полевых транзисторах типа MOSFET, а пассивный клампирующий элемент выполнен в виде двух вторичных обмоток трансформатора, включенных противофазно и последовательно через второй конденсатор, в котором начало первой вторичной обмотки трансформатора соединено с катодом диода, анод которого подключен к концу второй вторичной обмотки трансформатора, а начало второй вторичной обмотки трансформатора соединено с анодом другого диода, катод которого подключен к концу первой вторичной обмотки трансформатора, при этом введен понижающий регулятор, входные выводы которого подключены к началам вторичных обмоток трансформатора, а выходные выводы подключены к зажимам конденсаторов фильтра.
2. Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения по п.1, отличающийся тем, что последовательно с первой первичной обмоткой трансформатора включена линейная индуктивность.
3. Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения по п.1, отличающийся тем, что понижающий регулятор выполнен с непрерывным потреблением и передачей энергии в нагрузку и охвачен обратной связью контроллером с широтно-импульсным регулированием.
4. Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения по п.1, отличающийся тем, что встречно-последовательные ключи управляются контроллером постоянной длительности.
5. Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения по п.1, отличающийся тем, что введена дополнительная обмотка трансформатора, параллельно которой включена линейная индуктивность.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817329C1 true RU2817329C1 (ru) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3906337A (en) * | 1973-04-05 | 1975-09-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Arrangement for feeding a DC load circuit from single phase or polyphase AC voltage mains with economizing of idle power consumption of load alternating current |
| SU1598073A1 (ru) * | 1988-12-05 | 1990-10-07 | Московский энергетический институт | Импульсный регул тор посто нного напр жени |
| RU2007829C1 (ru) * | 1992-02-12 | 1994-02-15 | Московский институт радиотехники, электроники и автоматики | Преобразователь переменного напряжения в постоянное |
| RU2230425C1 (ru) * | 2003-01-31 | 2004-06-10 | Ульяновский государственный технический университет | Реверсивный преобразователь на диодно-транзисторных модулях |
| RU2802914C1 (ru) * | 2023-02-02 | 2023-09-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3906337A (en) * | 1973-04-05 | 1975-09-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Arrangement for feeding a DC load circuit from single phase or polyphase AC voltage mains with economizing of idle power consumption of load alternating current |
| SU1598073A1 (ru) * | 1988-12-05 | 1990-10-07 | Московский энергетический институт | Импульсный регул тор посто нного напр жени |
| RU2007829C1 (ru) * | 1992-02-12 | 1994-02-15 | Московский институт радиотехники, электроники и автоматики | Преобразователь переменного напряжения в постоянное |
| RU2230425C1 (ru) * | 2003-01-31 | 2004-06-10 | Ульяновский государственный технический университет | Реверсивный преобразователь на диодно-транзисторных модулях |
| RU2802914C1 (ru) * | 2023-02-02 | 2023-09-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, "Радио и связь", 1989, стр. 98, 99. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10833594B2 (en) | System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding | |
| KR100966972B1 (ko) | 가변 스위칭 주파수 방식 전원 공급 장치 | |
| KR101439495B1 (ko) | 스위칭 전원장치 | |
| KR101031217B1 (ko) | 고정 시비율로 동작하는 ｌｌｃ 공진 컨버터를 사용한 2단 방식 절연형 양방향 ｄｃ／ｄｃ 전력변환기 | |
| JP4844674B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
| JP4910525B2 (ja) | 共振型スイッチング電源装置 | |
| US8385089B2 (en) | Multiple-output switching power supply unit | |
| CN100590954C (zh) | 多输出电流谐振型dc-dc变换器 | |
| EP2670038A1 (en) | Switching power supply device | |
| KR20060083162A (ko) | 다출력형 ｄｃ－ｄｃ 컨버터 | |
| US7532488B2 (en) | DC converter | |
| US5870291A (en) | Asymmetrical half-bridge converter having adjustable parasitic resistances to offset output voltage DC bias | |
| JP2008131793A (ja) | 直流変換装置 | |
| JP2009060747A (ja) | Ｄｃ−ｄｃコンバータ | |
| RU2385526C1 (ru) | Стабилизированный квазирезонансный преобразователь | |
| RU2817329C1 (ru) | Магнитно-связанный корректор коэффициента мощности с пассивным клампирующим элементом и стабилизацией постоянного выходного напряжения | |
| RU2817315C1 (ru) | Магнитносвязанный корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения | |
| RU2806673C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения | |
| RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
| RU2815911C1 (ru) | Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
| RU2806668C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
| CN113632363A (zh) | 具有二次侧的全桥二极管整流器和非对称辅助电容器的绝缘dc/dc转换器 | |
| RU2805046C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
| RU2802914C1 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение | |
| RU2807665C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности |