SU1709282A2

SU1709282A2 - Ac voltage stabilizer

Info

Publication number: SU1709282A2
Application number: SU904799716A
Authority: SU
Inventors: Виктор Семенович Уманский
Original assignee: Центральное научно-производственное объединение "Ленинец"
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1992-01-30

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике. Цель изобретени - повышение КПД.Устройство содержит первый и второй регулирующие элементы 1 и 2, датчик 3 амплитуды напр жени , датчик 4 действующего значени напр жени и элемент 5 сравнени . Во второй пегулирующий элемент 2 введен дифференциальный усилитель 26. В состав датчика 4 действующего значени напр жени введен генератор 27 импульсов, управл емый напр жением. Б 1агодар этому и введению конденсатора 25 обеспечиваетс работа транэисторов первого регу; лирующего элемента 1 в ключевом режиме в течение всего периода напр жени питани . 1 ил.The invention relates to electrical engineering. The purpose of the invention is to increase the efficiency. The device contains first and second regulating elements 1 and 2, a voltage amplitude sensor 3, a voltage sensor 4, and a comparison element 5. A differential amplifier 26 is introduced into the second pegulating element 2. A voltage-controlled oscillator 27 is inserted into the effective voltage value sensor 4. For this and the introduction of the capacitor 25, the operation of the transistors of the first regul is ensured; element 1 in the key mode for the entire period of the supply voltage. 1 il.

Description

(Л(L

сwith

VJ о ю ю 00 гоVJ o yu 00 th

N3N3

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано преимущественно дЛ питани различного рода радиоэлектронной аппаратуры с обеспечением ее защиты от аварийных перенапр жений .The invention relates to electrical engineering and can be used primarily for supplying various types of electronic equipment with its protection against emergency overvoltages.

Известен стабилизатор переменного напр жени , который содержит первый и второй регулирующие элементы, состо щий из силовых транзисторов, датчик амплитуды напр жени в виде первого двухполупериодного Выпр мител без фильтра, датчик действующего значени напр жени , выполненный на преобразователе, элемент сравнени , выполненный на компараторе, второй двухполупериодный выпр митель, а также первый и второй диоды, при этом силовые выводы первого регулирующего элемента включены между шиной питани переменного тока и выходной шиной, вход датчика амплитуды напр жени присоединен к шине пиtaни и общей шине, первый вывод выхода датчика амплитуды соединен через включенные последовательно элемент сравнени и первый диод с первым выводом управл ющего входа первого регулирующего элемента, вход второго двухполупериодного выпр мител присоединен параллельно первому регулирующему элементу , первый полюс второго выпр мител подключен к силовому входу второго регулирущего элемента, например, к эмиттеру р-п-р-силового транзиатора, силовой выход второго регулирующего элемента (коллектор транзистора) через второй диод соединен с первым выводом управл ющего входа , первого регулирующего элемента, второй полюс второго двухполупериодного выпр мител соединен с вторым выводом выхода датчика амплитуды, вторым выводом выхода датчика действующего значени напр жени , и вторым выводом управл ющего входа первого регулирующего элемента, при этом вход датчика действующего значени напр жени присоеди ен к выходной шине и общей шине, а первый вывод выхода датчика присоединен к управл ющему входу второго регулирующего элемента.A variable voltage regulator is known which contains first and second regulating elements consisting of power transistors, a voltage amplitude sensor in the form of a first full-wave rectifier without a filter, an effective voltage value sensor made on a converter, a comparison element made on a comparator, The second full-wave rectifier, as well as the first and second diodes, with the power terminals of the first regulating element connected between the AC power bus and the output bus, The voltage amplitude sensor is connected to the power bus and the common bus, the first output terminal of the amplitude sensor is connected via a series-connected comparison element and the first diode to the first output of the control input of the first control element, the second full-wave rectifier input is connected parallel to the first control element, the first pole The second rectifier is connected to the power input of the second regulating element, for example, to the emitter of the pnp-power transistor, the power output of the second regulating element This (collector of the transistor) is connected via the second diode to the first output of the control input, the first control element, the second pole of the second full-wave rectifier is connected to the second output terminal of the amplitude sensor, the second output terminal of the effective voltage sensor, and the second output of the control input of the first the regulating element, wherein the sensor input of the actual voltage value is connected to the output bus and the common bus, and the first output terminal of the sensor is connected to the control input of the second regulator element.

Силовые транзисторы в первом регулирующем элементе в процессе стабилизации работают в активном режиме в течение части каждого полупериода переменного напр жени питани . Это приводит к понижению КПД.The power transistors in the first control element in the stabilization process operate in active mode during part of each half-cycle of the alternating voltage supply. This leads to a decrease in efficiency.

Цель изобретени - повышение КПД. Поставленна цель достигаетс тем, что в стабилизатор переменного напр жени введен конденсатор, во второй регулирующий элемент - дифференцийльный усилитель, а в датчик действующего значени напр жени - генератор импульсов, управл емый напр жением, при этом конденсатор подключен к выходу второго двухполупериодного выпр мител , выходThe purpose of the invention is to increase efficiency. The goal is achieved by the fact that a capacitor is introduced into the AC voltage regulator, a differential amplifier is introduced into the second regulating element, and a voltage controlled pulse generator is connected to the effective voltage sensor, and the capacitor is connected to the output of the second full-wave rectifier, the output

дифференциального усилител соединен с базой силового транзистора во втором регулирующем элементе, инвертирующий вход дифференциального усилител соединен с управл ющим входом второго регулирующего элемента, а неинвертирующий вход дифференциального усилител - с выходом компаратора вэлементе сравнени , генератор импульсов, управл емый напр жением, включен между выходом преобразовател иthe differential amplifier is connected to the base of the power transistor in the second regulating element, the inverting input of the differential amplifier is connected to the control input of the second regulating element, and the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the comparator output, the voltage-controlled pulse generator is connected between the converter output and

первым выводом выхода датчика действующего значени ; напр жени .the first output of the actual value sensor output; tension

На фиг. 1 показана принципиальна электрическа схема предлагаемого стабилизатора переменного напр жени ; на фиг,FIG. Figure 1 shows the basic electrical circuit of the proposed AC voltage stabilizer; in fig

2 - временные диаграммы напр жени .2 - time diagrams of voltage.

Предлагаемый стабилизатор переменного напр жени содержит первый 1 и второй 2 регулирующие элементы на силовых транзисторах, датчик 3 амплитуды напр жени в виде первого двухполупериодного выпр мител без фильтра, датчик 4 действующего значени наг|р жени . элемент Б сравнени на.компараторе, второй двухполупериодный выпр митель 6. а такжеThe proposed AC voltage regulator contains the first 1 and second 2 regulating elements on power transistors, a voltage amplitude sensor 3 in the form of a first full-wave rectifier without a filter, a sensor 4 of the actual value of the load. Comparison Element B on the Comparator, the second full-wave rectifier 6. And also

первый 7 и второй 8 диоды. При этом силовые выводы первого регулирующего элемента включены между шиной 9 питани переменного тока и выходной шиной 10, вход датчика амплитуды напр жени присоединен к шине питани и общей шине 11, а первый вывод 12 выхода датчика 3 амплитуды соединен через включенные, последовательно элемент 5 сравнени и первый диод 7с первым выводом 13 управл ющего входаThe first 7 and second 8 diodes. At the same time, the power terminals of the first regulating element are connected between the alternating current supply bus 9 and the output bus 10, the voltage amplitude sensor input is connected to the power bus and the common bus 11, and the first output 12 of the amplitude sensor output 3 is connected through the first diode 7 with the first output 13 of the control input

первого регулирующего элемента 1. Вход второго двухполупериодного выпр мител 6 присоединен пар&ллельно первому регулирующему элементу 1. Первый полюс 14 второго выпр мител 6 подключен к силовому входу второго регулирующего элемента 2 (к эмиттеру р-п-р-силового транзистора 15). Силовой выход второго регулирующего элемента 2 (коллектор транзистора 15) через второй диод 8 соединен с первым выводомof the first regulating element 1. The input of the second full-wave rectifier 6 is connected to a pair of ampoules of the first regulating element 1. The first pole 14 of the second rectifier 6 is connected to the power input of the second regulating element 2 (to the emitter of the pnp-power transistor 15). The power output of the second regulating element 2 (collector of the transistor 15) through the second diode 8 is connected to the first output

13 управл ющего входа первого регулирующего элемента 1. Второй полюс 16 второго двухполупериодного выпр мител 6 соединен с вторым выводом 17 выхода датчика 3 амплитуды, вторым выводом 18 выхода датчика 4 действующего значени напр жени и вторым выводом 19 управл ющего входа первого регулирующего элемента 1. Вход датчика 4 действующего значени напр жени присоединен к выходной шине 10 и общей шине 11, а первый вывод 20 выхода датчика - к управл ющему входу второго регулирующего элемента 2. В составе датчика А имеетс преобразователь 21. Элемент 5 сравнени состоит из компаратора 22, источника 23 опорного напр жений и усилител 24 мощности. Кроме того, в устройство введен конденсатор 25, во второй регулирующий элемент 2 - дифференциальный усилитель 26, а в датчик 4 действующего значени напр жени - генератор 27 импульсов, управл емый напр жением. При этом конденсатор 25 включен между полюсами 14ti 16 второго выпр мител 6. Выход дифференциального усилител 26 соединен с базой р-п-р-транзистора 15 в элементе 2. Инвертирующий вход дифференциального усилител 26 соединен с управл ющим входом указанного элемента и с выводом 20, а неинвертирующий вход - с выходом элемента 5 сравнени . Генератор 27 импульсов, управл емый напр жением, включен между выходом преобразовател 21 и первым выводом 20 выхода датчика 4. Элементы 1,3-6 и 21 могут быть выполнены по известным схемам. Трансформатор,имеющийс в составе датчика 4, обеспечивает гальваническую разв зку. Дифференциальный усилитель 25 может быть выполнен на операционном усили .теле. Генератор 27 импульсов, управл емый напр жением, может быть построен на операционных усилител х, работающих в режиме преобразовани напр жени в частоту. Предлагаемый стабилизатор переменного напр жени работает следующим образом . При подаче переменного синусоидального напр жени питани Еп на шины 9 и 11 на выходном выводе 12 датчика 3 амплитуды (относительно выходного вывода 17) по вл етс напр жение Ei2 в виде положительных полув.олн синусоиды (фиг.2а,б). Напр жение Ei2 поступает на инвертирующий вход компаратора 22 в элементе 5 сравнени , где сравниваетс с опорным напр жением Еаз, поступающим от источника 23 на неинвертируемый вход компаратора. На выходе компаратора 22 в этих услови х по вл ютс импульсы Суровнем 1, существующие в интервалах фазовых углов от -a + kyiRO а + kjt, где k О, 1, 2 Эти импульсы после усилени в неинвертирующем усилителе 24 мощности поступают в виде напр жени ЕБ на выход элемента 5 и через диод 7 на базы силовых транзисторов в регулирующем элементе 1 (фиг. 2в). Под действием напр жени Es транзисторы в регулирующем элементе 1 удерживаютс в состо нии насыщени в интервалах фазовых углов (-а -Ь k , а + ) и запираютс в интервалах фазовых углов a + kyl,-a+УI(k+). При этом падение напр жени Ei на регулирующем элементе . имеет вид бипол рных импульсов (фиг. 2г), а амплитуда выходного напр жени Евых на шинах 10 и 11 не превышает заданного мак- . симального значени Ем (фиг. 2ж). Напр жение EI выпр мл етс двухполупериоднымвыпр мителем 6. Фильтраци переменной соста вл ющей обеспечиваетс конденсатором 55. В результате на выводе 14 и на конденсаторе 25 по вл етс квазипосто нное напр жение Ei4 (фиг. 2д). Его величина зависит как от амплитуды напр жени Еп питающей сети, так и от длительности интервала а +t л; -а -I-л: (k Ч- 1 ) запертого состо ни регулирующего элемента 1. Напр жение Ei4 поступает на эмиттер силового .р-п-р-транзистора 15 в регулирующем элементе 2. Wa выходе преобразовател 21 образуётс кв-азипосто нное напр жение Е21. пропорциональное действующему значению переменного выходного напр жени Евых на шинах 10 и 11. Это напр жение в генера-, торе 27 преобразуетс в последовзте ьность импульсов Е27, частота которых зависит от величины Е21 (фиг. 2е). Информаци о величине действующего значени напр жени ЕВЫХ таким образом заложена в величине этой частоты. ИмпульсыЕ22 от выхода компаратора 22 поступают на неинвертирующий вход дифференциального усилител 26 в регулирующем элементе 2. Этим достигаетс запирание транзистора 15 в течение интервалов фазовых углов, пока силовые транзисторы в регулирующем элементе 1 насыщены. Импульсы Е22 и Езпри этом синхронны (фиг. 2в, з). Дл этого амплитуда импульсов Е22 устанавливаетс больц ей, чем амплитуда импульсов Е27 на выходе генератора 27. В результате импульсы Е27 поступают после усилени в инвертирующем дифференциальном усилителе 26 на базу транзистора 15 только в интервале фазовых углов а + kTi; - а -Ь (1 Ч-1 ) , как показано на фиг. 26-ж. Этими импульсами обеспечиваетс отпирание на указанном интервале транзистора 15 и силовых транзисторов регулирующего элемента 1, так что форма выходного напр жени Евых приобретает вид, показанный на фиг. 2ж. Силовые транзисторы в регулирующем элементе 1 работают в ключевом режиме в течение всего периода напр жени сети.13 of the control input of the first regulating element 1. The second pole 16 of the second full-wave rectifier 6 is connected to the second output 17 of the output of the amplitude sensor 3, the second output 18 of the output of the sensor 4 of the effective voltage value and the second output 19 of the control input of the first regulating element 1. The input The sensor 4 of the effective voltage value is connected to the output bus 10 and the common bus 11, and the first output 20 of the sensor output is connected to the control input of the second regulating element 2. Sensor A has a converter 21. Element 5, the comparison consists of a comparator 22, a reference voltage source 23, and a power amplifier 24. In addition, a capacitor 25 is introduced into the device, a differential amplifier 26 is introduced into the second regulating element 2, and a voltage-controlled pulse generator 27 is introduced into the sensor 4 of the effective voltage. In this case, the capacitor 25 is connected between the poles 14ti 16 of the second rectifier 6. The output of the differential amplifier 26 is connected to the base of a pnp transistor 15 in the element 2. The inverting input of the differential amplifier 26 is connected to the control input of the specified element and to terminal 20, and the non-inverting input is with the output of the comparison element 5. A voltage-controlled pulse generator 27 is connected between the output of the converter 21 and the first output 20 of the sensor 4. Elements 1.3-6 and 21 can be made according to well-known circuits. The transformer contained in sensor 4 provides a galvanic isolation. Differential amplifier 25 may be performed on an operating force. A voltage-controlled pulse generator 27 can be built on operational amplifiers operating in voltage-to-frequency conversion mode. The proposed variable voltage stabilizer works as follows. When an alternating sinusoidal voltage supply Ep is applied to the buses 9 and 11, the output Ei2 in the form of the positive half-wave of the sinusoid (Fig. 2a, b) appears on the output terminal 12 of the amplitude sensor 3 (relative to the output terminal 17). The voltage Ei2 is fed to the inverting input of the comparator 22 in the comparison element 5, where it is compared with the reference voltage Eaz coming from the source 23 to the non-inverted comparator input. At the output of the comparator 22, under these conditions, pulses appear. Level 1, existing in the phase angle intervals from -a + kyiRO a + kjt, where kO, 1, 2 These pulses, after amplification in a non-inverting amplifier 24, are supplied as voltage EB at the output of the element 5 and through the diode 7 to the base of the power transistors in the regulating element 1 (Fig. 2c). Under the action of the voltage Es, the transistors in the regulating element 1 are held in a state of saturation in the intervals of the phase angles (-a k, a +) and locked in the intervals of the phase angles a + kyl, -a + VI (k +). In this case, the voltage drop Ei on the regulating element. has the form of bipolar pulses (Fig. 2d), and the amplitude of the output voltage of the Evy on tires 10 and 11 does not exceed the specified max. the maximum value of Em (Fig. 2g). The voltage EI is rectified by the full-wave voltage converter 6. Filtration of the variable component is provided by a capacitor 55. As a result, a quasi-constant voltage Ei4 appears at pin 14 and at capacitor 25 (Fig. 2e). Its value depends both on the amplitude of the voltage Еп of the supply network, and on the duration of the interval a + t l; -a -I-l: (k w-1) of the locked state of the regulating element 1. The voltage Ei4 goes to the emitter of the power p-np-transistor 15 in the regulating element 2. The output of the converter 21 is formed in a square and ayou E21 voltage. proportional to the effective value of the variable output voltage of the Euves on tires 10 and 11. This voltage in generator-torus 27 is converted into a sequence of pulses E27, whose frequency depends on the value of E21 (Fig. 2e). The information on the magnitude of the effective value of the voltage EVER is thus incorporated in the magnitude of this frequency. The pulses E22 from the output of the comparator 22 are fed to the non-inverting input of the differential amplifier 26 in the regulating element 2. This is achieved by locking the transistor 15 during the phase angle intervals while the power transistors in the regulating element 1 are saturated. Pulses E22 and Ezpri synchronous (Fig. 2c, C). For this, the amplitude of the E22 pulses is set greater than the amplitude of the E27 pulses at the output of the generator 27. As a result, the E27 pulses arrive after amplification in the inverting differential amplifier 26 to the base of the transistor 15 only in the phase angle interval a + kTi; - a – b (1 × -1), as shown in FIG. 26-year These pulses provide unlocking on the specified interval of the transistor 15 and power transistors of the regulating element 1, so that the shape of the output voltage of the Evy takes the form shown in FIG. 2g. The power transistors in the regulating element 1 operate in the key mode during the entire period of the mains voltage.

Claims

The claims of the AC voltage stabilizer according to ed. St. No. 1631526, which includes the fact that, in order to increase the efficiency, a capacitor is introduced, a differential amplifier is inserted into the second control element, and a voltage-controlled pulse generator is introduced into the voltage acting sensor of voltage5, while the capacitor is connected to the output of the second a half-wave rectifier, the output _ of the differential amplifier is connected to the 10 base of the power transistor in the second control element, the inverting input of the differential amplifier is connected to the control input of the second control element, a

15, the non-inverting input of the differential amplifier is connected to the output of the comparator in the comparison element, and the voltage-controlled pulse generator is connected between the output of the converter and the first output of the sensor output of the actual voltage value. ''