Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використаний у джерелах вторинного електроживлення. Відомий пристрій [див. Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Дискретные формирователи напряжения. - M.: Энергоатомиздат, 1986, с. 223-227], який призначений для перетворення постійної напруги в змінну промислової частоти методом високочастотного формування низькочастотної напруги за рахунок двополярної широтноімпульсної модуляції. Він 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. З точки зору покращення динамічних характеристик було б доцільне використання у вторинних колах високочастотних перетворювачів синхронних випрямлячів на базі біполярних чи польових транзисторів ]див. Функциональные устройства систем электропитания наземной РЭА. Под ред . В.Г. Костикова. - М.: Радио и связь. С. 151-163]. Однак такого роду схеми мають недоліки, що обмежують область їх використання, в першу чергу низьке значення вихідної напруги, а також досить складне керування. Найбільш близьким до пропонованого є 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. В основу винаходу поставлено задачу отримання змінної вихідної напруги з широким діапазоном регулювання її частоти та покращення динамічних характеристик в керованому джерелі електроживлення за рахунок того, що до високочастотного інвертора напруги з силовим трансформатором, до якого під'єднаний регулятор постійної напруги, що складається з випрямних діодів, керованих дроселів насичення, що ввімкнені між виводами вторинних півобмоток силового трансформатора і випрямними діодами, фільтра, схеми керування, під'єднаної через розмагнічуючі діоди до анодів випрямних діодів, ввімкнуто додатковий регулятор постійної напруги до виводів вторинних півобмоток силового трансформатора, а виходи фільтрів через два транзисторні ключі з'єднані з навантаженням, яке ввімкнуте між спільною шиною та емітером першого транзисторного ключа та колектором другого транзисторного ключа. На графічному зображенні подана схема електрична принципова керованого джерела електроживлення з виходом на змінному стр умі. Кероване джерело електроживлення з виходом на змінному струмі складається з високочастотного інвертора напруги 1, до якого під'єднаний силовий трансформатор 2, півобмотки 3,4 вторинної обмотки якого під'єднані до одного кінця керованих дроселів насичення 5, 6, 7, 8, а середня точка з'єднана із спільною шиною 9. Другий кінець керованих дроселів насичення 5, 6 під'єднаний до анодів випрямних діодів 10, 11, катоди яких з'єднані між собою, і під'єднані до фільтра 12. Другий кінець керованих дроселів насичення 7, 8 під'єднаний до катодів випрямних діодів 13, 14, аноди яких з'єднані між собою, і під'єднані до фільтра 15. Вихід фільтру 12 з'єднаний з колектором транзисторного ключа 16, емітер якого під'єднаний до колектора транзисторного ключа 17 і через навантаження 18 з'єднаний із спільною шиною 9. Емітер транзисторного ключа 17 з'єднаний з виходом фільтра 15. Виходи фільтрів з'єднані з входами схеми керування 19, виходи якої під'єднані до анодів розмагнічуючи х діодів 20, 21, катоди яких з'єднані з анодами випрямних діодів 10, 11 та до катодів розмагнічуючих діодів 22, 23, аноди яких з'єднані з катодами випрямних діодів 13, 14. Бази транзисторних ключів 16, 17 з'єднані зі схемою керування 19. Кероване джерело живлення з виходом на змінному струмі працює наступним чином: у від'ємний півперіод для дроселя насичення 5(8) має місце так званий півперіод керування. В цей проміжок часу діод 10(14) закритий, діод 20(23) відкритий і створюється коло для протікання струму через схему керування 19, розмагнічуючий діод 20(23) і дросель насичення 5(8). Під дією цього струму відбувається розмагнічення матеріалу дроселя насичення 5(8) від рівня індукції насичення Bs до якогось рівня В1. Глибина розмагнічення регулюється схемою керування 19. При зміні полярності вхідної напруги перемагнічування починається із запам'ятованого рівня індукції В1. Коли для дроселя насичення 6(7) має місце півперіод керування, для дроселя насичення 5(8) має місце інший режим робочий півперіод. У цьому випадку розмагнічуючий діод 20(23) закритий, діод 10(14) відкритий і джерело вхідної змінної напруги через дросель насичення 5(8) та діод 10(14) під'єднане до навантаження. Робочий півперіод складається з двох етапів. На першому етапі відбувається перемагнічування дроселя насичення 5(8) від якогось запам'ятованого значення індукції В2 до індукції насичення Bs. Час цього перемагнічування є значно менший, ніж час розмагнічування у півперіод керування за рахунок відсутності обмеження швидкості перемагнічування (опір навантаження на порядки менший за опір 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). В результаті формується різнополярна напруга на виході схеми. Комутація напруги на навантаженні здійснюється транзисторними ключами 16, 17. Таким чином, досягнуто формування змінної вихідної напруги на навантаженні в широкому діапазоні зміни частоти з високими динамічними характеристиками за рахунок введення додаткового регулятора постійної напруги з керованими дроселями насичення, який формує напругу протилежної полярності, та транзисторних ключів, що комутують різнополярну напругу. Це дасть можливість отримати на навантаженні змінну напругу з частотою 0-fmax, де f max визначається частотними характеристиками транзисторних ключів, а високі динамічні характеристики забезпечуються керованими дроселями насичення, які є безінерційною ланкою із запізненням на півперіод частоти комутації високочастотного інвертора напруги.