Спосіб регулювання напруги і пристрій для його здійснення

1 Спосіб регулювання напруги, що включає в себе формування напруги у вторинному контурі, зміну реактивного опору в колі первинного контура шляхом комутації ключа, сигнал керування якого задає значення напруги на навантаженні, встановленому у вторинному контурі, який відрізняється тим, що сигнал керування комутацією ключа, встановленого у вторинному контурі, формують при збільшенні діючого значення змінного струму в первинному контурі в функції потужності, що споживається навантаженням, в процесі порівняння з еталонним значенням 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що сигналу керування комутацією ключа задають значення логічного нуля при напрузі на навантаженні, рівній номінальній, і значення логічної одиниці при напрузі на навантаженні, більшій за номінальну 3 Пристрій для регулювання напруги, що містить керований ключ, в який входять дюдний міст і безконтактний ключовий елемент, трансформатор, що включає магнітопровід і вторинну обмотку, навантаження і формувач керуючого сигналу ключа, вихід якого підімкнений до керуючого входу ключа, який відрізняється тим, що він додатково містить замикаючий діод і конденсатор, причому магнітопровід трансформатора виконаний з можливістю установлення в ньому проводу первинного струмового контура, виводи вторинної обмотки трансформатора підімкнені до першого і другого входів керованого ключа, перший вихід якого звязании з анодом замикаючого діода, катод якого з'єднаний 3 першими виводами конденсатора і навантаження і першим входом формувача керуючого сигналу ключа, другий вихід ключа з'єднаний з другими виводами конденсатора і навантаження і другим входом формувача керуючого сигналу ключа 4 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що магнітопровід трансформатора виконаний як мінімум на одному феритовому КІЛЬЦІ З МОЖЛИВІСТЮ установлення в його отворі проводу первинного струмового контура 5 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що в керованому ключі верхня і нижня діагоналі моста утворюють ВІДПОВІДНО перший і другий входи керованого ключа, права діагональ з'єднана з першим виводом безконтактного ключового елемента і утворює перший вихід ключа, а ліва діагональ моста з'єднана з другим виводом безконтактного ключового елемента і утворює другий вихід ключа 6 Пристрій за п 4, який відрізняється тим, що формувач керуючого сигналу ключа містить формувач опорної напруги, резистивний подільник і компаратор, причому перший вхід формувача опорної напруги є першим входом формувача керуючого сигналу ключа і додатково з'єднаний з першим виводом першого резистора подільника, вихід формувача опорної напруги зв'язаний з інверсним входом компаратора, а другий вивід першого резистора подільника з'єднаний з першим виводом другого резистора подільника і прямим входом компаратора, при цьому другий вивід другого резистора подільника об'єднаний з другим входом формувача опорної напруги і є другим входом формувача керуючого сигналу ключа, а вихід компаратора утворює вихід формувача керуючого сигналу ключа Винаходи відноситься до електротехніки і можуть бути використані у вторинних джерелах живлення, доступ до яких утруднений і пред'являються вимоги по обмеженню малогабаритних показників Відомий спосіб регулювання напруги, реалізований в стабілізованому перетворювачі постійної напруги, який представлений в а с СРСР № 957194, М Кп З G05F1/64, опубл 07 09 1982р Регулювання постійної напруги здійснюється клю О (О 44601 чем, що працює в імпульсному режимі в первинному контурі живлення При цьому енергія надходить до навантаження, встановленого у вторинному контурі, переривчасте з певною частотою Зв'язок первинного і вторинного контурів трансформаторний Змінюючи тривалість сигналу керування ключем за допомогою широтно-імпульсної модуляції можна міняти середнє значення вихідної напруги Пристрій, що здійснює відомий спосіб, містить трансформатор, його первинна обмотка через транзистор з'єднана з вхідними затискачами перетворювача, а вторинна обмотка через випрямляч і фільтр - з вихідними затискачами перетворювача, з'єднаними з входом підсилювача зворотного зв'язку Широтно-імпульсний модулятор перетворювача виконаний у вигляді нуль-органу, до входу якого відімкнені послідовно з'єднані виходи підсилювача зворотного зв'язку та інтегруючої ланки, входом відімкненої до додаткової обмотки трансформатора, причому вихід інтегруючої ланки зашунтований діодом ВІДОМІ спосіб і пристрій використовуються для регулювання тільки постійної напруги Крім того, недоліком відомого пристрою для здійснення способу регулювання напруги можна вважати велику складність і значні малогабаритні показники У ролі прототипу до заявляемого способу і пристрою для його здійснення вибраний спосіб регулювання напруги, який реалізований у пристрої по а с СРСР № 189477, Кп 21с, 67/63, МПК G05F, опубл 13 09 1965р Відомий спосіб регулювання напруги включає в себе формування напруги у вторинному контурі, зміну реактивного опору в колі первинного контуру шляхом комутації ключа, сигнал керування якого задає значення напруги на навантаженні, встановленому у вторинному контурі Реактивний опір первинного контуру змінюють за допомогою дросельної частини керованого ключа, встановленого в первинному контурі При відсутності сигналу на керуючому вході ключа напругу на робочій обмотці його дросельної частини, яка знаходиться у вторинному контурі, одержують рівною напрузі на вторинній обмотці силового трансформатора Це забезпечує струм у колі навантаження рівним нулю, тобто повне замикання вторинного контуру При подачі сигналу керування на тріод керованого ключа шунтується обмотка керування його дросельної частини, що знаходиться в первинному контурі, напруга на робочій обмотці різко падає, а напруга на навантаженні зростає до номінального значення Таким чином проводиться регулювання напруги від нуля до номінального її значення в залежності від сигналу керування Відомий пристрій для регулювання напруги містить керований ключ, що включає в себе безконтактний ключовий елемент і дюдний міст, трансформатор з магнітопроводом і вторинною обмоткою, навантаження і формувач керуючого сигналу ключа, вихід якого відімкнений до керуючого входу останнього У ролі безконтактного ключового елемента у відомому пристрої використовується тріод Ключ відімкнений до обмотки керування його додаткової дросельної частини Робоча обмотка дросельної частини керованого ключа встановлена в первинному контурі послідо вно з первинною обмоткою силового трансформатора Одночасно робоча обмотка дросельної частини ключа розміщена і у вторинному контурі, де послідовно з'єднана з вторинною обмоткою силового трансформатора і навантаженням За допомогою формувача керуючого сигналу ключа задається сигнал керування, що забезпечує комутацію ключа Недоліком відомих способу і пристрою можна вважати те, що їх не можна використати у пристроях для регулювання напруги, де в первинному контурі визначальним є струм, діапазон зміни якого значний, а напруга залишається стабільною Це зумовлено тим, що сигнал керування у відомих способі і пристрої формують у функції напруги, причому він не зв'язаний безпосередньо з напругою на навантаженні, а задається розрахунковим шляхом Відомий пристрій не може бути мінімізований за масогабаритними показниками, які, в основному, визначаються трансформатором, бо за умовами роботи для повного замикання кола навантаження необхідно рівність напруг на вторинній обмотці трансформатора і робочій обмотці дросельної частини керованого ключа В основу винаходу поставлена задача створити такі спосіб регулювання напруги і пристрій для його здійснення, в яких використання нового способу керування ключем, при збільшенні діючого значення змінного струму в колі первинного контуру, і одночасне використання цього сигналу для зміни параметра, а саме, реактивного опору в колі первинного контуру, дозволили реалізувати первинну обмотку трансформатора пристрою на одиничному витку, що забезпечує простоту і надійність способу і мінімізацію пристрою Для досягнення поставленої мети в способі регулювання напруги, що включає в себе формування напруги у вторинному контурі, зміну реактивного опору в колі первинного контуру шляхом комутації ключа, сигнал керування якого задає значення напруги на навантаженні, встановленому у вторинному контурі, згідно з винаходом, сигнал керування комутацією ключа, встановленого у вторинному контурі, формують при збільшенні діючого значення змінного струму в первинному контурі в функції потужності, що споживається навантаженням, в процесі порівняння з еталонним значенням При цьому сигналу керування комутацією ключа може бути задане значення логічного нуля при напрузі на навантаженні, рівній номінальній, і значення логічної одиниці при напрузі на навантаженні, більшій за номінальну Пристрій для регулювання напруги, що використовується для здійснення способу, що містить керований ключ, в який входять дюдний міст і безконтактний ключовий елемент, трансформатор, що включає магнітопровід і вторинну обмотку, навантаження і формувач керуючого сигналу ключа, вихід якого підімкнений до керуючого входу ключа, згідно з винаходом, додатково містить замикаючий діод і конденсатор, причому магнітопровід трансформатора виконаний з можливістю установлення у ньому провод первинного струмового контуру, виводи вторинної обмотки трансформатора підімкнені до першого і другого входів керованого 44601 ключа, перший вихід якого звязании з анодом замикаючого діода, катод якого з'єднаний з першими виводами конденсатора і навантаження і першим входом формувача керуючого сигналу ключа, другий вихід ключа з'єднаний з другими виводами конденсатора і навантаження і другим входом формувача керуючого сигналу ключа Магнітопровід трансформатора пристрою може бути виконаний як мінімум на одному феритовому КІЛЬЦІ з можливістю установлення в його отворі проводу первинного струмового контуру В керованому ключі пристрою верхня і нижня діагоналі моста утворюють ВІДПОВІДНО перший і другий входи керованого ключа, права діагональ з'єднана з першим виводом безконтактного ключового елемента і утворює перший вихід ключа, а ліва діагональ моста з'єднана з другим виводом безконтактного ключового елемента і утворює другий вихід ключа Формувач керуючого сигналу ключа містить формувач опорної напруги, резистивний подільник і компаратор Перший вхід формувача опорної напруги є першим входом формувача керуючого сигналу ключа і додатково з'єднаний з першим виводом першого резистора подільника Вихід формувача опорної напруги зв'язаний з інверсним входом компаратора, а другий вивід першого резистора подільника з'єднаний з першим виводом другого резистора подільника і прямим входом компаратора, при цьому другий вивід другого резистора подільника об'єднаний з другим входом формувача опорної напруги і є другим входом формувача керуючого сигналу ключа Вихід компаратора утворює вихід формувача керуючого сигналу ключа Запропонований спосіб описується на прикладі пристрою для його здійснення, який ілюструється кресленням, де представлена принципова електрична схема пристрою Пристрій для регулювання напруги містить керований ключ 1, трансформатор 2, що включає в себе магнітопровід 3 і вторинну обмотку 4, навантаження 5, формувач 6 керуючого сигналу ключа, замикаючий діод 7 і конденсатор 8 Виводи вторинної обмотки 4 трансформатора підімкнені до першого і другого входів керованого ключа 1 Перший вихід останнього зв'язаний з анодом замикаючого діода 7, катод якого з'єднаний з першими виводами конденсатора 8 і навантаження 5 і першим входом формувача 6 керуючого сигналу ключа, вихід якого підімкв-ений до керуючого входу останнього Другий вихід ключа 1 з'єднаний з другими виводами конденсатора 8 і навантаження 5 і другим входом формувача 6 керуючого сигналу ключа Магнітопровід 3 трансформатора 2 виконаний з можливістю установки в ньому проводу 9 первинного струмового контуру, наприклад, як мінімум на одному феритовому КІЛЬЦІ З установкою в його отворі проводу 9 Частина проводу 9, що знаходиться в магнітному полі трансформатора 2, визначає реактивний опір кола первинного контуру Керований ключ 1 містить дюдний міст 10 і безконтактний ключовий елемент 11, наприклад, на польовому транзисторі, причому верхня і нижня діагоналі моста 10 утворюють ВІДПОВІДНО перший і другий входи керованого ключа 1, права діагональ з'єднана з першим виводом безконтактного ключового елемента 11 і утворює перший вихід ключа 1, а ліва діагональ з'єднана з другим виводом безконтактного ключового елемента 11 і утворює другий вихід ключа 1 Формувач 6 керуючого сигналу ключа містить формувач 12 опорної напруги, резистивний подільник на резисторах 13,14 і компаратор 15 Перший вхід формувача 12 опорної напруги є першим входом формувача 6 керуючого сигналу ключа і додатково з'єднаний з першим виводом першого резистора 13 подільника Вихід формувача 12 опорної напруги зв'язаний з інверсним входом компаратора 15 Другий вивід першого резистора 13 подільника з'єднаний з першим виводом другого резистора 14 подільника і прямим входом компаратора 15 При цьому другий вивід другого резистора 14 подільника об'єднаний з другим входом формувача 12 опорної напруги, з'єднаний зі спільною шиною і є другим входом формувача 6 керуючого сигналу ключа Вихід компаратора 15 утворює вихід формувача 6 керуючого сигналу ключа Конденсатор 16, який може бути ввімкнений між першим входом компаратора 15 і спільною шиною пристрою, забезпечує гістерезис спрацювання компаратора Феритове кільце може бути виконане роз'ємним У ролі формувача 12 опорної напруги може бути використана відома мікросхема фірми Analog Device REF192 Вихідна напруга формувача 12 задається меншою за номінальну напругу на навантаженні 5 , наприклад в два рази Живлення первинного контуру здійснюється від джерела змінної напруги 17 На фіг і в тексті введені наступні позначення сигналів на виході елементів і вузлів схеми U1 - напруга на виході вторинної трансформаторної обмотки 4, U2 - напруга на виході дюдного моста 10 ключа 1, ІІн - напруга на навантаженні 5, UHOM - номінальна напруга на навантаженні 5, U3- напруга на виході компаратора 15, Uon- напруга на виході формувача 12 опорної напруги Регулювання напруги на навантаженні здійснюється у такий спосіб Напруга живлення від джерела 17 прикладається до кола первинного контуру Наприклад, значення струму в первинному контурі відповідає номінальному значенню напруги UHOM на навантаженні 5 На вторинній обмотці 4 трансформатора 2 з'являється напруга, яка після дюдного моста 10 (U2) прикладається до входу конденсатора 8 На навантаженні 5 формується напруга, що відповідає номінальному значенню UHOM Напруга, що формується на вторинній обмотці 4 трансформатора 2, визначається потужністю, яка відбирається за допомогою реактивного опору ділянки проводу 9 з кола первинного струмового контора Напруга на виході формувача 12 (Uon) є еталонним значенням для порівняння з напругою на навантаженні 5 (UH) Тому що діюче значення струму в первинному контурі не змінюється, в процесі порівняння напруги uh з опорною напругою Uon, при установленні UH = UHOM, на виході формувача 12, 44601 що збігається з виходом компаратора 15, формується сигнал керування для ключа 1, низький рівень (U3 -логічний "0") Цей сигнал поступає на керуючий вхід ключа, він розімкнений При збільшенні діючого значення змінного струму в первинному контурі на реактивному опорі ділянки проводу 9 падає більша напруга ВІДПОВІДНО у колі вторинного контура на обмотці 4 трансформатора 2 наводиться більша напруга, після діодного моста 10 формується більша випрямлена напруга U2, ВІДПОВІДНО на конденсаторі 8 і на навантаженні 5 напруга ІІн також збільшується в функції потужності, що споживається навантаженням Як тільки напруга ІІн на навантаженні 5 перевищить UHOM, на виході компаратора 15 з'являється високий рівень (U3 - логічна "1"), що приводить до відкривання ключа 1 Відкривання ключа 1 викличе різке зменшення реактивного опору ланки проводу 9 в колі первинного контуру, отже падіння напруги на ньому зменшується практично до нуля При цьому зменшується наведена напруга в обмотці 4 трансформатора 2 в колі вторинного контурі, зменшується випрямлена напруга 8 U2 після діодного моста 10 Тому що вказана напруга набагато менше, ніж напруга UHOM на навантаженні 5 і конденсаторі 8, замикаючий діод 7 закриється Конденсатор 8 і навантаження 5 виявляться відімкненими від напруги U2 в колі вторинного контуру Конденсатор 8 почне розряджатися через навантаження 5 Як тільки напруга ІІн на навантаженні 5 стане меншою від UHOM, на виході компаратора 15, на його виході з'явиться низький рівень (U3 - логічний "0"), що приведе до комутації ключа 1, в результаті чого він замикається Реактивний опір ланки проводу 9 в первинному контурі збільшується, що приведе до збільшення падіння напруги на ньому і, як наслідок, до збільшення напруги, що формується в обмотці 4 трансформатора 2 у колі вторинного контуру Цикл повторюється Час, протягом якого ключ 1 відкритий або закритий, визначається величиною конденсатора 8, опором навантаження 5, значенням струму, що протікає в колі первинного контуру Чим більший струм протікає вс первинному контурі, тим на більш короткий час ключ 1 буде закритий ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90