Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі

Реферат: Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі належить до електротехніки, а саме до напівпровідникових перетворювачів енергії. Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі містить високочастотний інвертор напруги з силовим трансформатором, до вторинних обмоток якого під'єднані два регулятори постійної напруги протилежної полярності, ввімкнені по двотактній схемі, що складається з керованих дроселів насичення, випрямних діодів, розмагнічуючих діодів та фільтрів. Виходи фільтрів з'єднані з входами схеми керування, та через транзисторні ключі під'єднані до навантаження. Виходи схеми керування з'єднані з розмагнічуючими діодами, а обмотки керованих дроселів насичення кожного плеча випрямних діодів ввімкнені по двотактній схемі та розміщені на спільному осерді. За допомогою запропонованого винаходу досягається забезпечення широкого діапазону зміни частоти вихідної напруги і високого рівня її динамічних характеристик, та зменшення впливу розкиду технологічних параметрів компонентів на їх роботу. UA 115613 C2 (12) UA 115613 C2 UA 115613 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області електротехніки і може бути використаний в напівпровідникових перетворювачах електроенергії, до яких висуваються вимоги забезпечення широкого діапазону зміни частоти вихідної напруги та високого рівня її динамічних характеристик при мінімізації їх собівартості, масо-габаритних показників та впливу розкиду технологічних параметрів компонентів на їх роботу. Відомий пристрій [див. Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Дискретные формирователи напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 223-227], що містить два високочастотні регульовані перетворювальні модулі, мостовий випрямляч, згладжуючий фільтр, низькочастотний мостовий перетворювальний модуль, схему керування. Даному пристрою притаманні такі недоліки, як низькі динамічні характеристики, складність схемотехнічної реалізації, високий коефіцієнт гармонік. Відоме стабілізоване джерело постійної напруги [див. Патент США N4217632, кл. Н02М 3/335, 1980], яке містить високочастотний інвертор напруги з силовим трансформатором, двопівперіодний випрямляч по схемі з середньою точкою, керовані дроселі насичення, ввімкнені між виводами вторинних півобмоток силового трансформатора і діодами випрямляча, вихідний фільтр, навантаження, схему керування, під'єднану через розмагнічуючі діоди до анодів випрямних діодів. Проте дана схема забезпечує на виході лише постійну напругу в усьому діапазоні зміни струму навантаження. Найбільш близьким до запропонованого є кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі, що містить високочастотний інвертор напруги з силовим трансформатором, до якого під'єднані два регулятори постійної напруги протилежної полярності, ввімкнені по двотактній схемі, що складаються з керованих дроселів насичення, випрямних діодів, розмагнічуючих діодів та фільтрів, схему керування, навантаження та два транзисторні ключі [див. Патент України на винахід № 74199 від 15.11.2005 р., Бюл. № 11, 2005 р.]. Однак, в запропонованому керованому джерелі електроживлення з виходом на змінному струмі для формування змінної вихідної напруги задіяні два регулятори різнополярної напруги, кожен з яких використовує по два високочастотних керовані дроселі насичення, що ускладнює топологію та не дозволяє мінімізувати його собівартість, масо-габаритні показники та вплив розкиду технологічних параметрів осердь керованих дроселів насичення на його роботу. В основу винаходу поставлено задачу побудови керованого джерела електроживлення з виходом на змінному струмі для забезпечення широкого діапазону зміни частоти вихідної напруги та високого рівня її динамічних характеристик при мінімальних собівартості, масогабаритних показниках та впливі розкиду технологічних параметрів осердь керованих дроселів насичення на його роботу за рахунок використання керованого джерела електроживлення з виходом на змінному струмі, що містить високочастотний інвертор напруги з силовим трансформатором, до якого під'єднані два регулятори постійної напруги протилежної полярності, ввімкнені по двотактній схемі, що складаються з керованих дроселів насичення, випрямних діодів, розмагнічуючих діодів та фільтрів, схему керування, навантаження та два транзисторні ключі, причому обмотки керованих дроселів насичення кожного плеча випрямних діодів, ввімкнених по двотактній схемі, розміщені на спільному осерді. На графічному зображенні представлена схема керованого джерела електроживлення з виходом на змінному струмі. Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі містить високочастотний інвертор напруги 1, до якого під'єднаний силовий трансформатор 2, півобмотки 3, 4 вторинної обмотки якого під'єднані до одних кінців обмоток 5, 6 керованих дроселів насичення 7, 8, а середня точка з'єднана із спільною шиною 9. Другі кінці обмоток 5, 6 керованих дроселів насичення 7, 8 під'єднані до анодів випрямних діодів 10, 11, катоди яких з'єднані між собою, і під'єднані до фільтра 12. Обмотки 13, 14 керованих дроселів насичення 7, 8 під'єднані одним кінцем до півобмоток 3,4 силового трансформатор 2, а другим кінцем до катодів випрямних діодів 15, 16, аноди яких з'єднані між собою, і під'єднані до фільтра 17. Вихід фільтра 12 з'єднаний з колектором транзисторного ключа 18, емітер якого під'єднаний до колектора транзисторного ключа 19 і через навантаження 20 з'єднаний із спільною шиною 9. Емітер транзисторного ключа 19 з'єднаний з виходом фільтра 17. Виходи фільтрів 12, 17 з'єднані з входами схеми керування 21. Один з виходів схеми керування 21 під'єднаний до анодів розмагнічуючих діодів 22, 23, катоди яких з'єднані з анодами випрямних діодів 10, 11, інший - до катодів розмагнічуючих діодів 24, 25, аноди яких з'єднані з катодами випрямних діодів 15, 16. Бази транзисторних ключів 18, 19 з'єднані зі схемою керування 21. Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі працює наступним чином. Частота вихідної змінної напруги визначається частотою комутації навантаження 1 UA 115613 C2 5 10 15 20 25 30 35 транзисторними ключами 18, 19, що дозволяє використовувати одні і ті ж дроселі насичення 7, 8 для формування як додатної, так і від'ємної півхвилі вихідної напруги. При формуванні додатної півхвилі вихідної напруги на навантаженні 20 транзисторний ключ 18 знаходиться у провідному стані, а транзисторний ключ 19 у непровідному стані. У від'ємний півперіод високочастотної напруги силового трансформатора 2 для дроселя насичення 7 має місце так званий півперіод керування. В цей проміжок часу діод 10 закритий, діод 22 відкритий і створюється коло для протікання струму через схему керування 21, розмагнічуючий діод 22 і обмотку 5 дроселя насичення 7. Під дією цього струму відбувається розмагнічення матеріалу дроселя насичення 7 від рівня індукції насичення Bs до якогось рівня В1. Глибина розмагнічення регулюється схемою керування 21. При зміні полярності вхідної високочастотної напруги перемагнічення дроселя насичення 7 починається із запам'ятованого рівня індукції B1. В цей час має місце інший режим - робочий півперіод. У цьому випадку розмагнічуючий діод 22 закритий, діод 10 відкритий і джерело вхідної високочастотної напруги через обмотку 5 дроселя насичення 7, діод 10, фільтр 12 та транзисторний ключ 18 під'єднане до навантаження. Робочий півперіод складається з двох етапів. На першому етапі відбувається перемагнічення дроселя насичення 7 від запам'ятованого значення індукції В1 до індукції насичення Bs в режимі джерела е.р.с. Час цього перемагнічення є значно менший, ніж час розмагнічення у півперіод керування за рахунок відсутності обмеження швидкості перемагнічення (опір навантаження на порядки менший за опір каналу керування). Тому насичення дроселя досягається в межах півперіоду частоти вхідної змінної напруги. Після досягнення насичення дросель має практично нульовий опір і струм в колі обмежується лише опором навантаження (другий етап). Таким чином, змінюючи глибину розмагнічення дроселя насичення 7, забезпечується реалізація широтноімпульсної модуляції на ньому. Оскільки випрямлення вхідної високочастотної напруги здійснюється двотактною схемою з середньою точкою, то в дроселі насичення 8 матимуть місце аналогічні процеси, тільки зміщені в часі на півперіода високої частоти вхідної змінної напруги. При формуванні від'ємної півхвилі вихідної напруги на навантаженні 20 транзисторний ключ 18 знаходиться у непровідному стані, а транзисторний ключ 19 у провідному стані. При цьому задіяні керовані дроселі насичення 7, 8 (обмотки 13, 14), випрямні діоди 15, 16, фільтр 17, схема керування 21, розмагнічуючі діоди 24, 25. Процеси, що мають місце в них, аналогічні розглянутим процесам при формуванні додатної півхвилі. Це дасть можливість отримати на навантаженні змінну напругу з частотою 0÷fmax, де fmax обмежується частотою комутації високочастотного інвертора, а високі динамічні характеристики забезпечуються використанням керованих дроселів насичення. Таким чином, досягнуто забезпечення широкого діапазону зміни частоти вихідної напруги та високого рівня її динамічних характеристик в керованому джерелі електроживлення при мінімізації його собівартості, масо-габаритних показників та впливу розкиду технологічних параметрів осердь керованих дроселів насичення на його роботу за рахунок розміщення обмоток керованих дроселів насичення кожного плеча випрямних діодів, ввімкнених по двотактній схемі, на спільному осерді. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі, що містить високочастотний інвертор напруги з силовим трансформатором, до якого під'єднані два регулятори постійної напруги протилежної полярності, ввімкнені по двотактній схемі, що складаються з керованих дроселів насичення, що ввімкнені між виводами вторинних півобмоток силового трансформатора і випрямними діодами, розмагнічуючих діодів та фільтрів, схему керування, навантаження та два транзисторні ключі, при цьому виходи фільтрів з'єднані з входами схеми керування, а інші виходи фільтрів з'єднані через два транзисторні ключі з навантаженням, виходи схеми керування через розмагнічуючі діоди під'єднані до випрямних діодів, яке відрізняється тим, що обмотки керованих дроселів насичення кожного плеча випрямних діодів ввімкнені по двотактній схемі та розміщені на спільному осерді. 2 UA 115613 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3