SU618827A1 - Регулируемый понижающий конвертор - Google Patents

Description

значени  напр жени , релейный элемент 15, интегратор Ш, задающий генератор 17 фиксированной частоты, релейный элемент 18 с датчиком напр жени  19..

Диа1раммы, приведенные на фиг. 2, характеризуют: выходные импульсы задающего генератора (U,7), напр жение на последовательной цепи преобразовательных  чеек 4-7 (). напр жение на выходе интегратора 16 (Uie). напр жение на преобразовательной  чейке 4 (U), напр жение на выходных выводах 2 (Uj). Относительна  величина переменной составл ющей напр жени  и2 показана условно. В действительности она исчисл етс  дол ми процента и определ етс  параметрами элементов фильтра .

Регулирующий понижающий конвертор работает следующим образом.

С помощью преобразовательных  чеек 4-7 осуществл етс  преобразование посто нного напр жени  в переменное пр моугольной формы, гальваническа  разв зка между входными и вы.ходными зажимами, а также согласование входного и выходного напр жений преобразовател . В частности,  чейки 4-7 могут быть выполнены на соединенных по мостовой схеме транзисторах 20-23 (фиг. 3) и трансформаторе 24. Коммутаци  транзисторов производитс  поочередно и непрерывно и может быть Осуществлена от внещнего или внутреннего задающего генератора , в последнем случае  чейка выполн етс  по схеме с самовозбуждением.

Трансформатор, содержащийс  в каждой  чейке, может иметь различный коэффициент трансформации, но при по снении принципа работы удобно считать его одинаковым дл  всех  чеек и равным Кт-р.

В варианте преобразовател , приведенном на фиг. 1, основным регулирующим элементом  вл етс  ключ 10. Ключ 11 имеет вспомогательное назначение. Предположим, что исходное состо ние ключей 10 и 11 «Выключено.

Если пренебречь короткими интервалами времени, когда происходит коммутаци  транзисторов 20-23  чеек 4-7, можно считать , что цепочка последовательно соединенных  чеек потребл ет чисто посто нный ток, и, следовательно, падение напр жени  на дросселе 3 близко к нулю, а суммарное напр жение на  чейках 4-7 равно напр жению на выводах 1.

Рассмотрим теперь режим работы, когда в течение части периода коммутации  чеек 4-7 осуществл етс  замыкание ключа 10, т. е. режим щиротно-импульсного регулировани  выходного напр жени  преобразовател . Размыкание ключа 10 производитс  выходным сигналом релейного элемента 15, а отпирание - выходным импульсом задающего генератора 17.

При открытом состо нии ключа 10 интервалы U-О, и т. д. (фиг. 2), падение напр жени  на  чейке 4 близко к

нулю, и в работе участвуют оставшиес   чейки 5-7.

При закрытом состо нии ключа 10 в работе участвуют все  чейки. 5Поскольку из-за наличи  индуктивности

(дроссель 3) в цепи передачи тока ток нагрузки скачком изменитьс  не может, и кроме того, параллельно нагрузке включен конденсатор 9, то во всех рассмотренных инд тервалах напр жение на нагрузке (выводы 2) должно оставатьс  неизменным (пульсацией напр жени  из-за ее малой величины можно пренебречь) и по амплитуде равным и 9. Следовательно, при коммутации ключа 10 будет измен тьс  суммарное напр жение на 5 всей цепи последовательно включенных  чеек 4-7 от значени  3U) ° Ктр (ключ 10 замкнут) до значени  4U2 Ктр (ключ 10 разомкнут, см. фиг. 2, диаграмму U4-7)При этом в интервалах с замкнутым состо нием ключа 10 амплитуда напр жени  на выводах 1 будет больше напр жени  и4-7, вследствие чего ток через дроссель 3 начинает возрастать, это увеличение тока используетс  дл  зар да конденсатора 9, и напр жение на нем также несколько возрастает.

При разомкнутом состо нии ключа 10 -напр жение U.,-- больше Uj, вследствие чего ток через дроссель 3 постепенно уменьшаетс , т. е. уменьшаетс  ток подзар да конденсатора 9, а следовательно, и напр жение на нем.

Уровень выходного напр жени  может регулироватьс  изменением соотношени  длительностей включенного и выключенного состо ний ключа 10.

35 При использовании данного конвертора в качестве источника стабильного напр жени  это может осуществл тьс  с помощью приведенной на фиг. 1 схемы управлени . В данной схеме имеетс  основное управл ющее воздействие, которое поступает через О датчики 13, 14 мгновенных значений напр жений и интегратор 16 на релейный элемент 15, и дополнительное управл ющее воздействие по цепи отрицательной обратной св зи через измерительный орган 12. Дополнительное управл ющее воздействие предназначено в основном дл  коррекции сигналов цепи управлени , если они измен ютс  при эксплуатации, и представл ет собой медленно измен ющуюс  величину, которую в пределах одного периода коммутации можно считать посто нной.

Процесс стабилизации напр жени  по основной цепи управлени  происходит в каж дом периоде коммутации ключа 10 и начинаетс  с момента перевода его в отключенное состо ние, когда выходное напр жение интегратора устанавливаетс  равным нулю (момент времени а - фиг. 2). При этом схема управлени  выполнена так, чтобы выходные сигналы датчиков 13, 14 поступали на интегратор 16 в противофазе, вследствие чего выходное напр жение интегратора 16

по мгновенному значению пропорционально разности средних интегральных значений напр жений и I и и4-1 за конкретный интервал времени.

В интервале а-Т эта разность отрицательна , и ыходное напр жение интегратора 16 возрастает. С .момента времени Т импульсом и 17 включаетс  ключ 10, указанна  разность становитс  положительной, и выходное напр жение интегратора 16 начинает уменьшатьс . В момент времени /J последнее становитс  равным нулю, что вызывает переключение релейного элемента 15 , выходной сигнал которого запирает ключ 10. Далее процессы повтор ютс .

Если изменитс  (например, увеличитс ) напр жение питани , то разность напр жений (U.-; -U|) станет .меньше,напр жение и 16 в интервале а-Т будет возрастать с меньшей скоростью (показано пунктиром). В итоге в интервале T-fi оно быстрее достигнет нулевого значени  (в точке //), и, следовательно, длительность включенного состо ни  ключа 10 уменьшитс .

Вследствие повысившегос  значени  входного напр жени  разр д конденсатора 9 в интервале а-Т будет также происходить с меньшей скоростью (пунктир на фиг. 2 диаграмма и 2), а врем  ускоренного зар да его в интервале Т-/; уменьшитс  до величины Т-/J, вследствие чего изменитс  лишь амплитуда пульсации выходного напр жени  преобразовател , а среднее его значение останетс  без изменени .

Ключ 11 начинает функционировать в тех случа х, когда напр жение на выводах 1. отклон етс  от номинального значени  на такую величину, при которой диапазона регулировани  выходного напр жени , обеспечиваемого с помошью ключа 10 и его схемы управлени , становитс  недостаточно дл  поддержани  заданного значени  выходного напр жени .

Если, например, напр жение на выводах 1 становитс  в процессе эксплуатации меньше критического значени , то это фиксируетс  датчиком напр жени  19, который вырабатывает команду на переключение релейного элемента 18, выходной ситна;г которого открывает ключ 11. Последний удерживаетс  в открытом состо нии все врем , напр жение на выводах 1 меньше критического значени , и снова закрываетс , если пигаюшее напр жение ио вращаетс  достаточно близко к номинально.му значению . В последнем случае элемент 18 и датчик 19 возвращаютс  в исходное состо ние.

Дл  обеспечени  работы преобразовател  в более широком диапазоне изменени  входного напр жени  в схему могут быть введены дополнительные регулирующие элементы типа ключей 10, 11, которые подключаютс  аналогичным образом к другим  чейкам (наприМер З или 6). Часть дополнительных элементов .может функционировать в режиме широтно-импульсной модул ции, т. е

иметь схему управлени , аналогичную схеме управлени  ключа 10. Друга  часть дополнительных элементов может быть снабжена релейными устройствами типа элементов 18, 19. Последние при напр жении на выводах 1, близком к но.минально.му значению, мОгут также находитьс  во включенном состо нии и отключатьс  при болыпих отк.юнени х питающего напр жени .

Общее количество регулирующих элементов должно быть хот  бы на единицу меньше общего количества преобразовательных  чеек, с тем чтобы исключить возможность короткого замыкани  всей цепи последова- тельно соединенных  чеек (при одновременном включении всех регулирующих элементов ), а также чтобы осуществить непрерывную передачу энергии от входной цепи к нагрузке (хот  бы через одну из преобразовательных  чеек).

Кажда   чейка может быть выполнена

по полумостовой или по мостовой схеме (фиг. 3). Применение последней позвол ет объединить в одних и тех же транзисторах функции коммутирующих элементов, инвертирующих напр жение на первичной обмотке

5 трансформатора 24 и функции регулирующих элементов типа ключей 10, 11.

Действительно, если в интервале времени , в котором включены транзисторы 20, 23, обеспечить с помощью схемы управлени  включенное состо ние, например, транзистора 21, то в этом состо нии транзисторы 20, 21 будут выполн ть роль замкнутого регу- . лирующего элемента, включенного параллельно данной  чейке. Это позвол ет уменьшить количество силовых транзисторов в схеме преобразовател  и повысить коэффициент их использовани .

В относительно .маломощных вариантах преобразовател  дроссель 3 фильтра может быть включен между выходными зажимами выпр мителей 8 и выходными выводами 2

с подключенным к ним конденсатором 9 фильтра . При этом напр жение вида будет иметь место на выходных зажимах выпр мителей 8, остальные диаграммы, как и принцип работы конвертора в целом, остаютс  без изменени .

Claims (2)

1. Регулируемый понижающий конвертор, содержащий N преобразовательных  чеек с индивидуальными выпр мител ми, соединенных по входу последовательно, а по выходу параллельно, сглаживающий LC-фильтр и регулирующие ключи, управл е.мые от релейных элементов, св занных с входными питающими выводами конвертора, отличающийс  тем, что, с повышени  КПД, указанные ключи соел :1ены непосредственно со входами Л/, преобразовательных  чеек.

где М по меньшей мере на одну  чейку меньше N.

2. Конвертор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества стабилизации и напр жени , вход релейного элемента одних из М  чеек соединен непосредственно со входны.чи питаюшими выводами конвертора , а вход релейного элемента других М  чеек соединен с выходом интегратора, входы которого соединены с зажимами дроссел  указанного фильтра и с выходом измерительного органа выходного напр жени  конвертора.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

1.Устройства вторичных источников электропитани . РЭА, изд. МДНТП, 1976, с. 56.

2.Современные задачи преобразовательной техники, изд. ИЭД АН УССР, Киев, 1975, часть 2, с. 374, рис. 2.