RU55225U1

RU55225U1 - VOLTAGE TRANSFORMER

Info

Publication number: RU55225U1
Application number: RU2006100911/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Андреевич Катанович; Надежда Викторовна Хотулева; Виктор Леонидович Муравченко
Original assignee: Научно-исследовательский центр Связи ВМФ ФГУ "24 ЦНИИ МО РФ"
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в комплексах связи. Достаточным техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства за счет улучшения режимов работы элементов схемы. Для этого в известное устройство дополнительно между диодами мостового выпрямителя последовательно включен ключевой стабилизатор с ШИМ, а диоды мостового выпрямителя включены параллельно, при этом входы ключевого стабилизатора соединены с преобразователем напряжения, который в свою очередь соединен с выходным выпрямителем, причем преобразователь напряжения с помощью цепи обратной связи соединен с ключевым стабилизатором с ШИМ.The invention relates to the field of electronics and can be used in communication systems. A sufficient technical result of the invention is to increase the reliability of the device by improving the operating modes of the circuit elements. To this end, in the known device, in addition between the bridge rectifier diodes, a key stabilizer with a PWM is connected in series, and the bridge rectifier diodes are connected in parallel, while the inputs of the key stabilizer are connected to a voltage converter, which in turn is connected to the output rectifier, and the voltage converter using the feedback circuit communication is connected to a key stabilizer with PWM.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к технике электропитания средств связи, и может быть использована в корабельных комплексах связи.The utility model relates to electrical engineering, namely to the technique of power supply of communications, and can be used in ship communication systems.

Изменение входного питающего напряжения всегда вызывает изменение амплитуды выходного напряжения преобразователя, а во многих схемах и изменение его частоты.A change in the input supply voltage always causes a change in the amplitude of the output voltage of the converter, and in many schemes, a change in its frequency.

В устройствах электропитания аппаратуры связи, как правило, требуется, чтобы выходное напряжение преобразователя поддерживалось с заданной точностью. Для этого применяют различные способы стабилизации выходного напряжения преобразователей. Одной из важных задач на подвижных объектах (кораблях, судах, ПЛ и т.д.) является уменьшение массы и габаритов устройств электропитания.In power supply devices of communication equipment, as a rule, it is required that the output voltage of the converter be maintained with a given accuracy. For this, various methods of stabilizing the output voltage of the converters are used. One of the important tasks in moving objects (ships, ships, submarines, etc.) is to reduce the mass and dimensions of power supply devices.

В аппаратуре, питающейся от сети постоянного тока, эта задача решается повышением частоты преобразования (до 10-100 кГц), применением интегральных микросхем и микросборок. С повышением частоты снижается масса силовых трансформаторов и дросселей фильтров, составляющих значительную часть блока питания.In equipment powered by a direct current network, this problem is solved by increasing the conversion frequency (up to 10-100 kHz), using integrated circuits and microassemblies. With increasing frequency, the mass of power transformers and filter chokes, which make up a significant part of the power supply, decreases.

В аппаратуре, питающейся от сети переменного тока частоты 50Гц или 400 Гц, эффективным способом уменьшения массы и габаритов источника питания является применение устройств с бестрансформаторным входом и последующим преобразованием в напряжение на достаточно высокой частоте. [Векслер Г.С. Электропитание спецаппаратуры. Киев. Высшая школа; 1975, 374 с.].In equipment powered by an AC network of a frequency of 50 Hz or 400 Hz, an effective way to reduce the mass and dimensions of a power source is to use devices with a transformerless input and subsequent conversion to voltage at a fairly high frequency. [Wexler G.S. Special equipment power supply. Kiev. Graduate School; 1975, 374 p.].

Известны различные устройства для питания аппаратуры связи на подвижных объектах. Так, например, известен генератор высоковатных импульсов, АС СССР №1567075 от 20.01.88 г., генератор содержит источник питания, накопитель энергии, а также управляющий коммутатор и нагрузку.There are various devices for powering communication equipment on moving objects. So, for example, the generator of high-speed pulses is known, the USSR AS No. 1567075 of 01.20.88, the generator contains a power source, an energy storage device, as well as a control switch and a load.

Известен преобразователь напряжения с бестрансформаторным входом. АС СССР №565362, Н 02 М 7/04 содержит последовательно соединенные мостовые выпрямители.Known voltage converter with transformerless input. The USSR AS No. 565362, N 02 M 7/04 contains series-connected bridge rectifiers.

Известен статический преобразователь АС СССР №696583, Н 02 М 7/00.Known static converter of the USSR AS No. 696583, N 02 M 7/00.

В схеме этого преобразователя входное переменное напряжение питающей сети 220 В, 50 Гц выпрямляется мостовым выпрямителем и после сглаживания пульсации конденсатором поступает на преобразователь, выполненный на транзисторах и трансформаторе. Преобразователь работает на достаточно высокой частоте ≈ 25 кГц. Выходное низкое напряжение со вторичной обмотки трансформатора выпрямляется диодами, фильтруется, и поступает в нагрузку.In the circuit of this converter, the input AC voltage of the supply network 220 V, 50 Hz is rectified by a bridge rectifier and, after smoothing the ripple, the capacitor enters the converter made on transistors and a transformer. The converter operates at a sufficiently high frequency of ≈ 25 kHz. The output low voltage from the secondary winding of the transformer is rectified by diodes, filtered, and supplied to the load.

Элементы, входящие в схему преобразователя должны выбираться исходя из высокого выпрямленного напряжения питания. Например, при входном переменном напряжении 220 В ± 10% постоянное напряжение после выпрямителя с емкостным фильтром может достигать значения 350 В, тогда для транзисторов преобразователя в соответствии с формулой U_КЭ≈(2,2÷2,4)U_n, Elements included in the converter circuit must be selected based on the high rectified supply voltage. For example, at an input AC voltage of 220 V ± 10%, the constant voltage after the rectifier with a capacitive filter can reach 350 V, then for the transistors of the converter in accordance with the formula U _KE ≈ (2.2 ÷ 2.4) U _n ,

U_КЭ=2,4•350=840 B. Если преобразователь выполнен по мостовой схеме, то транзисторы в нем должны выдерживать напряжение не менее 400÷500 В.U _KE = 2.4 • 350 = 840 B. If the converter is designed according to a bridge circuit, then the transistors in it must withstand a voltage of at least 400 ÷ 500 V.

Недостатками как аналогов, так и прототипа является низкая надежность работы устройства, так как высокое напряжение питания усложняет конструкцию трансформатора преобразователя. Габариты и масса его увеличивается за счет усиления межслойной и межобмоточной изоляции, необходимой для обеспечения электрической прочности трансформатора.The disadvantages of both analogues and the prototype is the low reliability of the device, since the high supply voltage complicates the design of the transformer of the Converter. Dimensions and its mass increases due to the strengthening of the interlayer and winding insulation, necessary to ensure the electrical strength of the transformer.

Целью полезной модели является повышение надежности работы устройства, за счет улучшения режимов работы элементов схемы.The purpose of the utility model is to increase the reliability of the device, by improving the operating modes of the circuit elements.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, состоящее из мостового выпрямителя на диодах, сглаживающего фильтра, схемы управления и преобразователя, выполненного на транзисторах, дополнительно между диодами мостового выпрямителя последовательно включен ключевой стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией, а диоды мостового выпрямителя включены параллельно, при этом входы ключевого стабилизатора соединены с преобразователем напряжения, который в свою очередь трансформаторно соединен с выходным выпрямителем, причем преобразователь напряжения с помощью цепи обратной связи соединен с ключевым стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией.This goal is achieved by the fact that in the device consisting of a bridge rectifier on diodes, a smoothing filter, a control circuit and a converter made on transistors, in addition between the diodes of the bridge rectifier, a key stabilizer with pulse-width modulation is sequentially included, and the diodes of the bridge rectifier are connected in parallel, the inputs of the key stabilizer are connected to a voltage converter, which in turn is transformer connected to the output rectifier, and The voltage index is connected via a feedback circuit to a pulse-width modulated key regulator.

Структурная схема устройства изображена на Фиг. В соответствии с ней устройство состоит из следующих функциональных узлов:The block diagram of the device is shown in FIG. In accordance with it, the device consists of the following functional units:

1 - бестрансформаторный выпрямитель на диодах Д₁-Д₆;1 - transformerless rectifier diodes D ₁ -D ₆ ;

2 - ключевой стабилизатор с ШИМ и регулировочным транзистором;2 - a key stabilizer with PWM and a regulating transistor;

3 - преобразователь напряжения;3 - voltage converter;

4 - цепь обратной связи;4 - feedback circuit;

5 - выходной выпрямитель на диодах Д₇, Д₈, с емкостным фильтром.5 - output rectifier diodes D ₇ , D ₈ , with a capacitive filter.

Работа схемы осуществляется следующим образом. Переменное напряжение сети 220 В после бестрансформаторного выпрямителя диодами Д₁-Д₆ поступает на вход ключевого стабилизатора с последовательным включением регулирующего транзистора. При входном переменном напряжении 220 В после такого ключевого стабилизатора постоянное напряжение примерно равно 200 В, которое поступает на преобразователь. Преобразователь работает на высокой частоте (≈ 25 кГц). От преобразователя частоты ƒ синхронизируется ключевой стабилизатор с ШИМ, который работает на удвоенной частоте и следит за выходным напряжением U_H с помощью цепи обратной связи. За счет увеличения частоты пульсации выпрямленного напряжения можно уменьшить емкость фильтра С_Ф.The operation of the circuit is as follows. The alternating voltage of the 220 V network after a transformerless rectifier with diodes D ₁ -D _{6 is} supplied to the input of the key stabilizer with the sequential inclusion of a control transistor. With an input AC voltage of 220 V, after such a key stabilizer, the constant voltage is approximately 200 V, which is supplied to the converter. The converter operates at a high frequency (≈ 25 kHz). From the frequency converter ƒ, a key regulator with a PWM is synchronized, which operates at a double frequency and monitors the output voltage U _H using a feedback circuit. By increasing the frequency of the ripple of the rectified voltage, you can reduce the filter capacity C _f .

Диоды Д₁-Д₆ входного выпрямителя подключены непосредственно к сети переменного тока и работают на емкостной фильтр. Импульс тока через диод определяется амплитудой входного переменного напряжения и сопротивлением фазы выпрямителя, которое складывается из сопротивления обмотки трансформатора и сопротивления диода. Поскольку входной трансформатор отсутствует, то импульс тока через диод определяется весьма малым сопротивлением полупроводникового диода и в десятки раз превышает средний выпрямленный ток нагрузки.Diodes D ₁ -D _{6 of the} input rectifier are connected directly to the AC network and operate on a capacitive filter. The current pulse through the diode is determined by the amplitude of the input AC voltage and the phase resistance of the rectifier, which is the sum of the resistance of the transformer winding and the resistance of the diode. Since there is no input transformer, the current pulse through the diode is determined by the very low resistance of the semiconductor diode and is tens of times higher than the average rectified load current.

Конденсатор входного фильтра С_Ф выбран из условий работы при высоком постоянном напряжении 350 В с большой величиной переменной составляющей, частота пульсации определяется частотой переключении регулирующего трансформатора и, кроме того, через конденсатор протекает ток нагрузки стабилизатора. Поскольку стабилизатор работает на достаточно высоких частотах, то конденсатор фильтра имеет весьма незначительное внутреннее последовательное эквивалентное сопротивление, которое определяет мощность потерь и температуру корпуса.The input filter capacitor С _{Ф is} selected from operating conditions at a high constant voltage of 350 V with a large value of the variable component, the ripple frequency is determined by the switching frequency of the control transformer and, in addition, the stabilizer load current flows through the capacitor. Since the stabilizer operates at sufficiently high frequencies, the filter capacitor has a very small internal series equivalent resistance, which determines the power loss and the temperature of the housing.

Силовые транзисторы для преобразователя и ключевого стабилизатора выполнены высоковольтными - с допустимым напряжением коллектор - эмиттер 500-1000 В, и обеспечивают коммутацию токов 3-5 А и допускают не менее десятикратной импульсной перегрузки по току коллектора.Power transistors for the converter and the key stabilizer are made of high voltage - with an acceptable collector - emitter voltage of 500-1000 V, and provide switching currents of 3-5 A and allow at least ten-fold pulse overcurrent of the collector current.

Время включения и выключения транзисторов не более 0,5-1 мкс, что позволяет работать на частотах до 100 кГц.The on and off time of transistors is not more than 0.5-1 μs, which allows you to work at frequencies up to 100 kHz.

Диоды выходного выпрямителя Д₇, Д₈ работают при низком обратном напряжении - не более 50 В, но с них снимают большие токи - вплоть до 100 А. Для обеспечения достаточно высокого КПД прямое падение напряжения диодов не превышает 0,3-0,5 В, а время восстановления обратного сопротивления не превышает 0,1-0,5 мкс, чтобы выпрямлять переменное напряжение высокой частоты статического преобразователя. Поэтому диоды Д₇, Д₈ получены на основе барьера Шоттки.The diodes of the output rectifier D ₇ , D ₈ operate at a low reverse voltage of not more than 50 V, but high currents are removed from them - up to 100 A. To ensure a sufficiently high efficiency, the direct voltage drop of the diodes does not exceed 0.3-0.5 V and the recovery time of the inverse resistance does not exceed 0.1-0.5 μs in order to rectify the high-frequency alternating voltage of the static converter. Therefore, the diodes D ₇ , D _{8 are} obtained on the basis of the Schottky barrier.

Широкое развитие микроэлектронной техники приводит к уменьшению массы и объема функциональной части, устройств связи, а повышение требований к качеству их электропитания - к возрастанию массы и объема источников электропитания, относительный объем которых составляет 25-30% от общего объема аппаратуры. Предлагаемая схема преобразователя напряжения значительно уменьшает массу и габариты устройств электропитания и повышают надежность их работы.The wide development of microelectronic technology leads to a decrease in the mass and volume of the functional part, communication devices, and an increase in the requirements for the quality of their power supply leads to an increase in the mass and volume of power sources, the relative volume of which is 25-30% of the total volume of equipment. The proposed voltage converter circuit significantly reduces the mass and dimensions of power supply devices and increase the reliability of their operation.

Claims

A voltage converter comprising a rectifier on diodes, a smoothing filter, a control circuit and a converter made on transistors, characterized in that in addition between the diodes of the bridge rectifier, a key stabilizer with pulse-width modulation is sequentially connected, and the diodes of the bridge rectifier are connected in parallel, while the inputs of the key the stabilizer is connected to a voltage converter, which in turn is transformer connected to the output rectifier, and the voltage converter creation through the feedback circuit is connected to a key regulator with pulse-width modulation.