Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулятор тока в импульсном стабилизаторе

Регулятор тока в импульсном стабилизаторе

Принцип последовательной стабилизации напряжения состоит в том, что формируется постоянное напряжение, минимальное значение которого превышает требуемый уровень стабилизированного напряжения. Разность этих напряжений падает на мощном регулирующем транзисторе, который включается последовательно с нагрузкой. Мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе, является достаточно большой. Это определяет относительно невысокий, особенно при стабилизации малых напряжений, коэффициент полезного действия, часто не превышающий 50%.

Существенно больших значений коэффициента полезного действия стабилизатора напряжения можно достичь, если регулирующий постоянное напряжение транзистор заменить импульсным коммутатором. Среднее значение выходного напряжения в такой схеме регулируется тем, что коммутатор периодически открывается и закрывается, а отношение времени его открытого состояния к периоду повторения может регулироваться. После коммутатора в такую схему включается фильтр, сглаживающий пульсации выходного напряжения. Чтобы не возникало потерь мощности, используют, как правило, фильтры LC-типа. Описанный принцип предусматривает включение коммутатора в цепь вторичной обмотки сетевого трансформатора, поэтому такие стабилизаторы напряжения называют вторичными.

В сетевых источниках питания следует учитывать мощность потерь силового трансформатора. Она может быть существенно снижена, если рабочая частота трансформатора составляет несколько килогерц, так как при этом его обмотки имеют меньшее число вигков. Сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается непосредственно на первичной стороне, а затем с помощью транзисторного коммутатора преобразуется в высокочастотное переменное напряжение, которое и подается на соответственно рассчитанный силовой трансформатор. Для стабилизации выпрямленного сетевого напряжения на первичной стороне силового трансформатора используют импульсный транзисторный регулятор с изменяемой длительностью включения коммутатора. Такие стабилизаторы называют первичными. Они имеют высокий коэффициент полезного действия, доходящий до 80%. Еще одно преимущество таких источников питания состоит в том, что значительно снижаются габариты и вес используемых в них силовых трансформаторов.

16.5.1. ВТОРИЧНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

На рис. 16.30 показана принципиальная схема регулирования выходного напряжения с помощью импульсного стабилизатора. Транзистор Ту переключается с частотой около 20 кГц из полностью запертого в полностью открытое состояние. Диод D предотвращает появление высокого напряжения самоиндукции дросселя при закрывании транзистора, так как ток дросселя, замыкаясь через диод, может продолжать течь по нему. Таким образом, в течение времени, когда транзистор Т

Рис. 16.30. Принцип работы импульсного вторичного стабилизатора.

закрыт ток нагрузки обеспечивается не только за счет емкости конденсатора, но и за счет самоиндукции дросселя. Это обусловливает хорошее сглаживание выходного напряжения без потерь мощности.

На рис. 16.31 представлена блок-схема устройства управления стабилизатора. Оно осуществляет сравнение выходного напряжения с опорным; если выходное напряжение меньше опорного, то модулятор устройства управления увеличивает отношение времени открытого состояния транзистора к периоду тактового генератора для импульсов управляющего напряжения Частота импульсов управляющего напряжения остается при этом постоянной. Она задается тактовым генератором.

Для расчета импульсного регулятора напряжения выясним, как зависит от времени ток, протекающий через дроссель. При этом будем сначала исходить из того, что емкость конденсатора бесконечно велика и пульсации выходного напряжения поэтому равны нулю.

Рис. 16.31. Блок-схема устройства управления.

Согласно закону электромагнитной индукции

В течение времени, когда коммутирующий транзистор заперт,

Ток дросселя, таким образом, снижается линейно во времени:

В течение времени, когда коммутирующий транзистор открыт,

В это время ток дросселя возрастает также линейно во времени:

График зависимости тока дросселя от времени изображен на рис. 16.32.

Согласно формулам (16.17) и (16.18),

Рис. 16.32. Временная диаграмма напряжений и токов в импульсном стабилизаторе напряжения.

Из этого соотношения следует

Таким образом, выходное напряжение импульсного стабилизатора напряжения прямо пропорционально коэффициенту заполнения импульсов коммутатора и не зависит от выходного тока, пока

Ток через открытый коммутирующий транзистор равен сумме тока нагрузки и тока заряда конденсатора. Отношение

будет тем больше, чем меньше величина индуктивности дросселя Величину а следует ограничивать значением 1,2, чтобы не завышать требуемых параметров транзистора коммутатора. Для определения величины рассмотрим соотношение, очевидное из рис. 16.32,

Подставив соответствующие выражения из формул (16.19) и (16.20), получим

где величина сопротивления нагрузки.

При конечной величине емкости конденсатора на выходе стабилизатора будут иметь место пульсации напряжения. Ток заряда конденсатора составляет

Периоды заряда и разряда конденсатора соответствуют на рис. 16.32 заштрихованным областям на графике тока Для величины напряжения пульсаций выходного напряжения справедливо следующее соотношение:

Подставив соответствующие выражения из формул (16.19) и (16.20), получим

Так как здесь не учитывается омическое сопротивление конденсатора, то фактически измеренная величина напряжения пульсаций окажется несколько превышающей рассчитанную величину.

В отличие от непрерывного последовательного стабилизатора напряжения средний ток, протекающий через коммутирующий транзистор, получается меньшим, чем выходной ток. Пренебрегая потерями, можно записать следующее соотношение баланса мощности

Отсюда следует, что

Расчет импульсного стабилизатора напряжения следует проиллюстрировать числовым примером. Допустим, что требуется стабилизированное напряжение 5 В при токе нагрузки 5 А. Нестабилизированное входное напряжение равно 10 В. Частота генератора возбуждения составляет Выберем в качестве коэффициента перерегулирования тока величину При этих параметрах из формулы (16.21) получим величину индуктивности дросселя Максимальная величина накапливаемой такой индуктивностью энергии составляет Эту величину необходимо знать для выбора сердечника дросселя.

Допустим, что напряжение пульсаций выходного напряжения не должно превышать Тогда из формулы (16.22) минимально необходимая величина емкости конденсатора С составит

Читайте так же:
Дроссель как стабилизатор тока

Импульсный стабилизатор с повышением напряжения

В описанной выше схеме стабилизатора, которая изображена на рис. 16.30, выходное напряжение всегда ниже входного.

Рис. 16.33. Схема импульсного стабилизатора для повышения входного напряжения.

Рис. 16.34. Схема импульсного стабилизатора для получения отрицательного выходного напряжения при положительном входном напряжении.

Изменив расположение элементов в схеме, можно, используя свойство самоиндукции получить выходное напряжение большее, чем входное. Когда в схеме, изображенной на рис. 16.33, транзистор запирается, потенциал на его коллекторе поднимается до величины, превышающей входное напряжение. При этом через диод D заряжается конденсатор С. Как и при выводе соотношений (16.17) и (16.18), для величины выходного напряжения можно записать

Остальные параметры схемы получаются так же, как соответствующие параметры ранее рассмотренной цепи стабилизатора.

Импульсный стабилизатор с инвертированием напряжения

Использование явления самоиндукции позволяет также при помощи импульсного регулятора напряжения получить из положительного входного напряжения отрицательное выходное. Схема такого варианта стабилизатора представлена на рис. 16.34. Когда транзистор закрывается, вследствие явления самоиндукции на коллекторе транзистора появляется отрицательный потенциал. При этом диод D открывается, и конденсатор заряжается до некоторого отрицательного напряжения. Для величины выходного напряжения справедливо следующее соотношение:

Устройство управления для всех трех схем стабилизаторов одинаково. Оно может быть выполнено в виде монолитной интегральной схемы, например типа TL 497 фирмы Texas Instruments или фирмы Fairchild.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Импульсный стабилизатор

Импульсный стабилизатор горения дуги переменного тока применяют при сварке переменным током неплавящимся электродом изделий из легких сплавов в среде защитного газа. При этом виде сварки возникают трудности повторного возбуждения дуги при переходе на обратную полярность. [16]

Импульсным стабилизатором напряжения называется устройство, стабилизирующе. РЭ) представляет собой периодически замыкающийся и размыкающийся ключ. Стабилизация осуществляется изменением скважности работы ключа. [17]

Описываемый ниже импульсный стабилизатор напряжения собран по простейшей схеме — он содержит всего один мощный транзистор. [18]

Недостатками импульсного стабилизатора являются: сложность электрической схемы из-за большого числа элементов; большой уровень помех, получающийся зз счет крутых фронтов импульсов. [19]

Схема импульсного стабилизатора с ШИМ ( рис. 6 — 80, а) включает регулирующий элемент Т, накопительный дроссель Др, конденсатор С, коммутирующий диод Д и модулятор длительности, выполняющий одновременно функции схемы сравнения. Модулятор представляет собой управляемый мультивибратор на транзисторах Т3 и 73, конденсаторах С, и С, коллекторных сопротивлениях RK, R K, У которого вместо обычных базовых сопротивлений используются транзисторы Т2 и 72, играющие роль управляемых сопротивлений. Эти транзисторы совместно с эмиттерным сопротивлением Ял образуют дифференциальную схему сравнения. [20]

Применение импульсного стабилизатора в приборе активного контроля позволило значительно сократить габариты и вес прибора, повысить его надежность и стабильность параметров. [21]

Особенностью импульсных стабилизаторов является их гальваническая связь с питающей силовой сетью. Для исключения гальванической связи на входе импульсного стабилизатора иногда включают силовой трансформатор, однако это снижает удельную мощность. [23]

Схема попиэюающего импульсного стабилизатора приведена на рис. 32.3 а. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор фильтра Сф. Ключевой транзистор VT включен между источником питания Еп и накопительной индуктивностью L. При размыкании транзисторного ключа VT ток индуктивности L протекает через диод VD. Включение в схему диода VD обеспечивает непрерывность тока в индуктивности L и исключает появление опасных выбросов напряжения на транзисторе VT в момент коммутации. [25]

Расчет импульсного стабилизатора напряжения следует проиллюстрировать числовым примером. Допустим, что требуется стабилизированное напряжение 5 В при токе нагрузки 5 А. Нестабилизированное входное напряжение равно 10 В. Эту величину необходимо знать для выбора сердечника дросселя. [26]

В импульсных стабилизаторах поддержание заданного значения выходного напряжения достигается наличием широтно-импуль-сного модулятора, охваченного отрицательной обратной связью по выходу. Высокая частота выходного сигнала фильтруется таким образом, чтобы обеспечить допустимые по техническим требованиям пульсации напряжения на нагрузке. Коэффициент полезного действия таких стабилизаторов определяется в основном потерями коммутации ключевых элементов и потерями в фильтрах. [28]

В импульсных стабилизаторах на большие стабилизируемые мощности в качестве ключевых РЭ используются запираемые тиристоры. [29]

В импульсном стабилизаторе напряжения функционально необходимым элементом является сглаживающий фильтр. В основном он влияет на динамические свойства разомкнутой системы. Ранее было показано, что этот фильтр следует выполнять многозвенным. [30]

Импульсный стабилизатор тока

Довольно часто возникают ситуации, когда характеристики электрического тока в сети не позволяют нормально эксплуатировать различные приборы и оборудование. Для решения этой проблемы используется импульсный стабилизатор тока, конструктивно напоминающий стабилизирующее устройство напряжения, работающего на основе импульсного преобразователя. Основной функцией импульсного стабилизатора является контроль над состоянием тока через нагрузку. В случае снижения тока в нагрузке подкачивается дополнительная мощность, а при повышении тока – мощность понижается.

  1. Устройство импульсного стабилизатора
  2. Схемы импульсных преобразователей
  3. Импульсный конвертер как стабилизатор тока

Устройство импульсного стабилизатора

Схемы импульсных преобразователей, получившие наиболее широкое распространение, оборудуются реактивным элементом – дросселем, к которому энергия подкачивается определенными порциями с помощью специального ключа, еще называемого коммутатором. Подкачка осуществляется от входной цепи и далее поступает на нагрузку. В результате, такой режим работы дает существенную экономию электроэнергии, особенно, если стабилизатор работает на полевом транзисторе.

Читайте так же:
Стабилизатор переменного тока 220в схема своими руками

Однако, несмотря на явные преимущества, у импульсных преобразователей имеется ряд недостатков, для преодоления которых используются различные технические и конструктивные решения. В первую очередь это связано с электромагнитными и другими помехами, возникающими в процессе работы импульсного конвертера, а также сложной конструкцией устройства. Во время эксплуатации невозможно достичь максимального эффекта, поскольку происходит нагрев и энергия затрачивается впустую.

Немаловажное значение имеет высокая стоимость импульсных устройств. Тем не менее, для многих схем экономия электроэнергии выступает на передний план, поэтому негативное влияние недостатков в большинстве случаев удается максимально снизить.

Схемы импульсных преобразователей

Основой каждого стабилизатора тока данного типа является импульсный преобразователь. Кроме того, в схеме предусмотрен ключ, находящийся только в двух позициях – выключенной и включенной. В состоянии «выключено» ток не проводится, поэтому выделение мощности отсутствует. В положении «включено» ключ начинает проводить ток, обладая при этом, незначительным сопротивлением, стремящимся к нулю. Соответственно выделение мощности происходит со значением также близком к нулю.

Порционная передача энергии с помощью ключа от входа к выходу осуществляется без каких-либо потерь мощности. Однако по сравнению с линейным источником питания, ток и напряжение на выходе такого ключа будут импульсными, то есть нестабильными. Для стабилизации этих параметров используются фильтры, хорошо зарекомендовавшие себя для светодиодов.

Лучше всего зарекомендовали себя фильтры, обладающие свойствами индуктивности, что позволяет избежать потерь мощности. Основное полезное свойство индуктивности заключается в постепенном возрастании тока, проходящего через нее. Происходит преобразование электрической энергии в магнитную и ее накапливание в сердечнике. После того как ключ оказывается выключенным, ток в индуктивности остается прежним, а напряжение изменяет полярность.

В результате, зарядка выходного конденсатора продолжается, а сама индуктивность превращается в источник тока. Данная индуктивность, выполняющая передачу мощности, и является дросселем. В правильно работающем устройстве ток в дросселе присутствует постоянно, то есть его работа происходит в так называемом неразрывном режиме.

Если происходит снижение нагрузочного тока, наступает рост напряжения в преобразователе. Снижается энергия, накопленная в дросселе, и устройство начинает работать в разрывном режиме при прерывистом токе. В результате, наблюдается резкий рост магнитных помех, создаваемых устройством. Чтобы избежать помех и намагничивания сердечника, используется особая конструкция дросселя, в которой присутствуют магнитные материалы.

Одним из элементов импульсного стабилизатора тока является устройство для регулировки работы ключа в соответствии с подключенной нагрузкой. Регистрация напряжения на нагрузке производится стабилизатором, изменяющим работу ключа. С помощью стабилизатора тока выполняется измерение тока, проходящего через нагрузку. Обычно для этих целей используется небольшое измерительное сопротивление, включаемого последовательно с нагрузкой.

Включение ключа преобразователя производится с различной скважностью, в зависимости от сигнала регулятора. Наибольшее распространение получил способ широтно-импульсной модуляции, а также работа в токовом режиме. В первом случае применяется управление длительностью импульсов с сохранением частоты следования. Вторая схема импульсного стабилизатора предполагает измерение пикового тока в дросселе, с одновременным интервалом между импульсами.

На основе импульсного устройства создано несколько видов преобразователей:

  • Понижающий преобразователь. Получил свое название в связи с тем, что напряжение на нагрузке всегда меньше напряжения источника питания. Течение тока в дросселе постоянно происходит в одном направлении, поэтому требования к конденсатору, установленному на выходе, несколько снижены. В некоторых схемах дроссель и выходной конденсатор используются в качестве фильтра. Существуют схемы, где конденсатор вообще отсутствует, например, в стабилизаторах для светодиодов.
  • Повышающий преобразователь. Данная микросхема импульсного стабилизатора тока также содержит дроссель, постоянно подключенный к выходу источника питания. Когда ключ находится в разомкнутом положении, питание на нагрузку поступает через диод и дроссель. При замыкании ключа в дросселе происходит накопление энергии и при размыкании ключа его ЭДС, возникающая на выводах, добавляется к ЭДС источника питания. Это приводит к возрастанию напряжения на нагрузке. В данной схеме, в отличие от предыдущей, для зарядки выходного конденсатора используется прерывистый ток. Поэтому параметры выходного конденсатора должны быть большими, в некоторых случаях может потребоваться установка дополнительного фильтра.
  • Инвертирующий преобразователь. Работает по такой же схеме, что и повышающее устройство.
  • Прямоходовой и обратноходовой преобразователи. Нередко схемы блоков питания содержат такой элемент как трансформатор. С его помощью обеспечивается гальваническая развязка вторичной цепи от источника питания. Благодаря таким схемам эффективность работы устройств достигает 98% и выше. Передача энергии в прямоходовом преобразователе осуществляется от источника в нагрузку при включенном состоянии ключа. Фактически он является модифицированным понижающим преобразователем. Энергия в обратноходовом преобразователе происходит от источника к нагрузке в выключенном состоянии.

Импульсный конвертер как стабилизатор тока

Многие импульсные блоки питания оборудованы системой стабилизации выходного напряжения. Подобные схемы, особенно повышенной мощности, помимо обратной связи с выходным напряжением, включают в свой состав систему контроля тока ключевого элемента.

В этом качестве может использоваться резистор с незначительным сопротивлением. Наличие такого контроля обеспечивает работу дросселя в необходимом режиме. Подобные контрольные элементы используются в простейших стабилизаторах тока, сделанных своими руками, и эффективно стабилизируют выходной ток.

Регулятор тока в импульсном стабилизаторе

Устройство предназначено для регулировки и стабилизации напряжения. Может применяться в бытовых и промышленных установках для поддержания напряжения на нагрузке (тэнах и лампах накаливания) при изменяющемся сетевом напряжении. На элементах VD1-VD6, R1, R2 собран не стабилизированный источник питания. Генератор импульсов выполнен на однопереходном транзисторе VT3, конденсаторе С1 и резисторах R11-R13. Импульсы с его выхода поступают на усилитель, выполненный на транзисторе VT4.

Читайте так же:
Стабилизаторы в цепях переменного тока

Основные технические характеристики:

1. Диапазон регулировки напряжения от 10 до 245 вольт при питании от 220-260 вольт.
2. Стабилизация напряжения осуществляется в диапазоне от 10 до 120 вольт при изменении сетевого напряжения от 180 до 260 вольт. Изменение напряжения на нагрузке, при этом, не превышает 2-3 вольт.
3. Мощность нагревателя зависит от применяемого симистора и размеров радиатора. В данном случае рассчитана на 2 КВт.
4. Включение цепи нагрузки производится электронным бесконтактным способом.
5. Схема управления регулятора имеет электрическую связь с электросетью, поэтому необходимо предусмотреть изоляцию регулятора и нагревателя от корпуса.

В его коллекторной цепи включена первичная обмотка импульсного трансформатора Т1, со вторичной обмотки которого импульсы поступают на симистор. На элементах VD7, С2 выполнен сглаживающий фильтр. Узел обратной связи выполнен на элементах Т2, VD9-VD12, С3. На транзисторах VT1 и VT2 выполнено устройство сравнения.

Работает регулятор следующим образом.

В начальный момент времени сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и ограничивается стабилитронами VD5-VD6. На нагрузке напряжение отсутствует, поэтому VT2 закрыт, a VT1 открыт если регулятор R4 находится в нижнем по схеме положении (и полностью закрыт, если R4 в верхнем положении).

Конденсатор С1 начинает заряжаться (время заряда зависит от степени открытия транзистора VT1). Когда напряжение достигает порога открывания однопереходного транзистора VT3 вырабатывается импульс, который усиливается по току транзистором VT4 и через импульсный трансформатор Т1 поступает на управляющий электрод симистора VS1 открывая его.

Тем самым происходит сдвиг по фазе относительно перехода через ноль синусоиды сетевого напряжения. Напряжение обратной связи, снимаемое с трансформатора Т2 выпрямляется диодным мостом VD9-VD12, сглаживается конденсатором С3 и подается на базу транзистора VT2, который, открываясь, смещает напряжение на эмиттере VT1 в отрицательную сторону, тем самым, как бы закрывая транзистор VT1. Уровень стабилизации зависит от регулятора R4.

Особое внимание следует уделить транзисторам VT1 и VT2, — они должны быть наиболее близки друг к другу по характеристикам. Остальные детали не критичны. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце К20Хх12х6, его первичная обмотка содержит 100 витков провода ПЭВ2-0.2, а вторичная — 60 витков того же провода. Трансформатор Т2 — готовый маломощный силовой, его первичная обмотка рассчитана на напряжение 220В,а вторичная примерно на 7 В.

Налаживание сводится к установке сопротивления резистора R7 по максимуму напряжения на нагрузке (при этом R4 должен находится в нижнем, по схеме, положении). И к установке сопротивления R10 по минимуму нестабильности напряжения на нагрузке при изменении сетевого напряжения в пределах 180-260 В.

импульсный стабилизатор тока

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в мощных импульсных источниках стабилизированного тока. Техническим результатом является повышение надежности и упрощение импульсного стабилизатора тока. Технический результат достигается тем, что в импульсном стабилизаторе тока, содержащем инвертор, выходной трансформатор которого содержит две одинаковые первую и вторую вторичные обмотки, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к накопительному LC-фильтру с нагрузочным сопротивлением на выходе, первый и второй трансформаторы тока, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления, а их начала подсоединены соответственно к концу первой и началу второй вторичных обмоток трансформатора инвертора, схему управления ключевыми транзисторами инвертора, первый и второй трансформаторы тока снабжены дополнительными одинаковыми вторичными обмотками, которые вместе с основными вторичными обмотками трансформаторов тока соединены в последовательную цепь, причем конец основной вторичной обмотки первого трансформатора тока соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, начало которой подсоединено к началу дополнительной вторичной обмотки первого трансформатора тока, конец которой соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, а ее начало и начало основной вторичной обмотки первого трансформатора тока подсоединены каждая к анодам выпрямительных диодов, катоды которых объединены в одну точку и подсоединены к одному из входов схемы управления ключевыми транзисторами инвертора, к другому входу которой подсоединена общая точка соединения начал дополнительных вторичных обмоток трансформаторов тока. 1 ил.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор тока, содержащий инвертор, выходной трансформатор которого содержит две одинаковые первую и вторую вторичные обмотки, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к накопительному LC-фильтру с нагрузочным сопротивлением на выходе, первый и второй трансформаторы тока, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления, а их начала подсоединены соответственно к концу первой и началу второй вторичных обмоток трансформатора инвертора, схему управления ключевыми транзисторами инвертора, отличающийся тем, что первый и второй трансформаторы тока снабжены дополнительными одинаковыми вторичными обмотками, которые вместе с основными вторичными обмотками трансформаторов тока соединены в последовательную цепь, причем конец основной вторичной обмотки первого трансформатора тока соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, начало которой подсоединено к началу дополнительной вторичной обмотки первого трансформатора тока, конец которой соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, а ее начало и начало основной вторичной обмотки первого трансформатора тока подсоединены каждая к анодам выпрямительных диодов, катоды которых объединены в одну точку и подсоединены к одному из входов схемы управления ключевыми транзисторами инвертора, к другому входу которой подсоединена общая точка соединения начал дополнительных вторичных обмоток трансформаторов тока.

Читайте так же:
B 1655 стабилизатор тока

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в мощных импульсных источниках стабилизированного тока, в частности в устройствах катодной защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, например газопроводов.

Известно устройство двухтактного двухфазного инвертора (Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. — СПб: Корона принт, 1998. — 400 с; с.373, рис. 33.9), содержащее инвертор на ключевых транзисторах, на выходе вторичной обмотки выходного трансформатора которого включен двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, накопительный LC-фильтр, схему управления, выход которой через разделительные трансформаторы подключен к затворам ключевых транзисторов инвертора.

Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, так как схема управления непосредственно подключена относительно земли к положительному полюсу выходной цепи инвертора. При электрическом пробое в цепях схемы управления выходные зажимы инвертора могут быть закорочены, что приведет к его полному выходу из строя.

Известно устройство двухтактного регулируемого преобразователя с широтно-импульсной модуляцией (Источники питания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С.Найвельт, К.Б.Базель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под ред. Г.С.Найвельта. — М.: Радио и связь, 1986. — 576 с.; с.374-376, рис. 9.17), содержащее инвертор с выходным трансформатором и двумя ключевыми транзисторами, вторичная обмотка выходного трансформатора выполнена с отводом от середины и образует с двумя диодами двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к входу LC-фильтра с нагрузочным резистором на выходе, последовательно с нагрузочным сопротивлением включен токовый шунт, выход которого подключен к входу схемы управления, а ее выход подключен через промежуточные усилители к цепям управления ключевыми транзисторами инвертора.

Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, так как схема управления гальванически не развязана с выходом инвертора, а включение токового шунта последовательно с сопротивлением нагрузки вносит дополнительное сопротивление в нагрузочную цепь. Шунт к тому же должен быть рассчитан на пропускание максимальных токов, что усложняет устройство.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство импульсного стабилизатора тока (Решение от 26.04.2002 о выдаче патента на изобретение по заявке №2001100826/09, МПК 7 Н 02 М 3/335. — Заявл. 14.05.2001), содержащее инвертор, выходной трансформатор которого содержит две одинаковые первую и вторую вторичные обмотки, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к накопительному LC-фильтру с нагрузочным сопротивлением на выходе, первый и второй трансформаторы тока, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления, а их начала подсоединены соответственно к концу первой и началу второй вторичных обмоток трансформатора инвертора, схему управления ключевыми транзисторами инвертора.

Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, поскольку трансформаторы тока могут входить в насыщение из-за того, что в цепи нагрузки работающего в данном такте трансформатора тока включена вторичная обмотка другого трансформатора тока, по первичной обмотке которого в данном такте ток не протекает. В этой связи ток ветви намагничивания работающего в данном такте трансформатора тока достигает достаточно больших величин, что повышает погрешность измерения первичного тока. Для исключения этого необходимо контролировать момент насыщения сердечников трансформаторов тока и во избежание потери информации по цепи обратной связи инвертора блокировать его работу, что снижает надежность устройства.

Другим способом исключения насыщения сердечников трансформаторов тока является применение специальных конструкций и материала магнитопроводов. Однако это сопряжено с усложнением схемы стабилизатора тока.

Задача изобретения — повышение надежности и упрощение импульсного стабилизатора тока.

Решение задачи достигается тем, что в импульсном стабилизаторе тока, содержащем инвертор, выходной трансформатор которого содержит две одинаковые первую и вторую вторичные обмотки, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к накопительному LC-фильтру с нагрузочным сопротивлением на выходе, первый и второй трансформаторы тока, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления, а их начала подсоединены соответственно к концу первой и началу второй вторичных обмоток трансформатора инвертора, схему управления ключевыми транзисторами инвертора, первый и второй трансформаторы тока снабжены дополнительными одинаковыми вторичными обмотками, которые вместе с основными вторичными обмотками трансформаторов тока соединены в последовательную цепь, причем конец основной вторичной обмотки первого трансформатора тока соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, начало которой подсоединено к началу дополнительной вторичной обмотки первого трансформатора тока, конец которой соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, а ее начало и начало основной вторичной обмотки первого трансформатора тока подсоединены каждая к анодам выпрямительных диодов, катоды которых объединены в одну точку и подсоединены к одному из входов схемы управления ключевыми транзисторами инвертора, к другому входу которой подсоединена общая точка соединения начал дополнительных вторичных обмоток трансформаторов тока.

Читайте так же:
Стабилизаторы напряжения постоянного тока п36

На чертеже приведена электрическая схема устройства импульсного стабилизатора тока, которая содержит инвертор с первым 1 и вторым 2 ключевыми транзисторами и выходным трансформатором 3, имеющим первую вторичную обмотку 4 со средним выводом и две одинаковые вторичные обмотки 5 и 6, причем ключевые транзисторы 1 и 2 своими коллекторами подсоединены соответственно к выводам начала и конца первичной обмотки 4, а ее средний вывод подсоединен к положительному полюсу источника входного напряжения инвертора, эмиттеры ключевых транзисторов объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу источника входного напряжения инвертора, а их базы подсоединены к выходным выводам схемы управления 7, два диода 8 и 9, которые совместно с обмотками 5 и 6 образуют двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к входу накопительного LC-фильтра 10 с включенным на его выходе нагрузочным сопротивлением 11, отрицательный вывод которого подсоединен к средней точке двухполупериодного выпрямителя, два трансформатора тока 12 и 13, первый из которых содержит основную 14 и дополнительную 15 вторичные обмотки, второй трансформатор тока 13 содержит такие же основную 16 и дополнительную 17 вторичные обмотки, диоды 18 и 19 анод каждого из которых подсоединен соответственно к началу основной вторичной обмотки первого трансформатора тока и к началу основной вторичной обмотки второго трансформатора тока, а катоды диодов 18 и 19 объединены в одну точку и подсоединены к одному из входов схемы управления 7, к другому входу которой подсоединена общая точка начал дополнительных вторичных обмоток трансформаторов тока 12 и 13.

Импульсный стабилизатор тока работает следующим образом. При работе инвертора на вторичных обмотках 5 и 6 выходного трансформатора 3 возбуждаются переменные напряжения с рабочей частотой инвертора. С помощью двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, образованного диодами 8 и 9, эти напряжения выпрямляются, сглаживаются накопительным фильтром 10 и выделяются на нагрузочном сопротивлении 11. Схема управления 7 вырабатывает напряжение, задающее рабочий режим ключевым транзисторам 1 и 2. При этом информация об изменении нагрузочного тока поступает на вход схемы управления 7 с трансформаторов тока 12 и 13, первичные обмотки которых соединены последовательно встречно, а общая точка их соединения является средней точкой двухполупериодного выпрямителя. Основная обмотка 14 первого трансформатора тока 12 соединена последовательно встречно с дополнительной обмоткой 17 второго трансформатора тока 13. В данном такте работы инвертора э.д.с., наводимая в основной обмотке 14 трансформатора тока 12 образует ток, протекающий по цепи начало обмотки 14 — диод 18 — входное сопротивление схемы управления 7 — начало дополнительной обмотки 17 — обмотка 17 — конец основной обмотки 14. При этом за счет того, что дополнительная обмотка 17 второго трансформатора тока 13 имеет существенно меньшее индуктивное сопротивление по сравнению с индуктивными сопротивлениями основных обмоток, первый трансформатор тока 12 работает с малым сопротивлением нагрузки и ток его ветви намагничивания мал по величине. Поскольку погрешность работы трансформаторов тока прямо пропорциональна величине тока ветви намагничивания, то чем этот ток меньше, тем выше точность передачи величины тока нагрузки инвертора по цепи обратной связи. Снижение величины сопротивления в цепи нагрузки трансформатора тока отодвигает величину его тока намагничивания до значений, которые не приводят к насыщению магнитопровода. Кроме того, ток, протекающий по указанной цепи, создает в магнитопроводе второго трансформатора тока 13 размагничивающий в рассматриваемом такте поток, подготавливая трансформатор тока 13 к следующему такту, когда будет протекать ток по его первичной обмотке. Благодаря этому увеличивается рабочая индукция трансформатора тока 13. Величина размагничивающего потока определяется индуктивностью дополнительной обмотки 17 и может быть задана ее витками. Обычно вполне достаточно всего нескольких витков.

Аналогично происходит работа схемы в следующем такте работы инвертора. Э.д.с., наводимая в обмотке 16, образует ток, протекающий по цепи начало обмотки 16 — диод 19 — входное сопротивление схемы управления 7 — начало дополнительной обмотки 15 — обмотка 15 — конец основной обмотки 16. При этом за счет того, что дополнительная обмотка 15 первого трансформатора тока 12 имеет существенно меньшее индуктивное сопротивление по сравнению с индуктивным сопротивлением основных обмоток 14 и 16, второй трансформатор тока 13 работает с малым сопротивлением нагрузки и ток его ветви намагничивания мал по величине. Ток, протекающий по указанной цепи, создает в магнитопроводе первого трансформатора тока 12 размагничивающий в рассматриваемом такте поток, подготавливая трансформатор тока 12 к следующему такту, когда будет протекать ток по его первичной обмотке. Благодаря этому увеличивается рабочая индукция трансформатора тока 12.

Таким образом, в каждом такте работы инвертора происходит автоматическое поддержание требуемого магнитного потока в обоих трансформаторах тока, исключающее насыщение их магнитопроводов. При этом информация о токе нагрузки источника передается с помощью трансформаторов тока практически по линейному закону во всем диапазоне изменения нагрузочных токов.

Предложенное техническое решение повышает надежность и упрощает устройство импульсного стабилизатора тока по сравнению с устройством-прототипом и аналогами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию