Рисунки к патенту РФ 2103794

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Способ регулирования выходного напряжения генератора синусоидальных колебаний.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Известен способ регулирования выходного напряжения генераторов, построенных на полупроводниковых приборах, работающих в ключевом режиме, путем изменения напряжения питания, в частности, с помощью импульсных стабилизаторов (или регуляторов) напряжения, содержащих регулирующий элемент, работающий в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), и ограничительный дроссель [1]. Однако, для генераторов синусоидальных колебаний [2 ], имеющих в своем составе ограничительный дроссель, применение отдельного регулятора со своим дросселем оказывается сложным из-за двух моточных изделий (дросселей).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ регулирования напряжения генераторов, реализуемый с помощью последовательного регулирующего элемента, работающего в режиме ШИМ, и одного общего дросселя [3].

Недостатком известного способа является то, что при использовании его для регулирования выходного напряжения синусоидального генератора искажается форма его выходного напряжения за счет уменьшения скорости наростания мгновенного значения напряжения на колебательном контуре в первой четверти периода, когда производится выключение регулирующего элемента, и увеличения ее при включении регулирующего элемента. Это приводит к возникновению высших, в том числе, четных (наиболее неприятных для питания электрических машин) гармоник.

Целью настоящего изобретения является улучшение формы выходного напряжений генератора при его регулировании и упрощение.

Указанная цель достигается тем, что регулирование осуществляется в те интервалы времени, когда мгновенное значение напряжения на колебательном контуре, проходя нулевое значение, становится по абсолютной величине меньше заданного значения управляющего сигнала, для чего на этом интервале выключают регулирующий элемент, и включают его после того, как абсолютная величина мгновенного значения на колебательном контуре превысит заданное значение управляющего сигнала.

На фиг.1 приведена функциональная схема генератора, в котором реализуется предложенный способ, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений, а на фиг. З - вариант принципиальной схемы.

Генератор содержит силовой каскад (СК) на транзисторных ключах 1 и 2 с колебательным LC (3 и 4) контуром на выходе, блок управления 5 силовых каскадом с обмоткой обратной связи 6 на входе: ограничительный дроссель 7, обмотка 8 которого включена в цепь питании через транзисторный регулирующий элемент (РЭ) 9; блок управления 10 РЭ с первой схемой сравнения СС 1 (11) на входе: вторую схему сравнения СС 2 (12), на входы которой поданы напряжения задания (И_зад), регулирующее выходное напряжение генератора, и выпрямленное напряжение (приведенное к входной цепи) нагрузки, а также диод возвратного тока 13. При этом за один вход СС 1 (11) подано напряжение управляющего сигнала с выхода СС 2 (12), а на второй - со среднего вывода 14 индуктивности 3 колебательного контура.

Регулирование выходного напряжения генератора осуществляется следующим образом. Предположим, что напряжение на нагрузке (и величина, оказалось больше заданного. Тогда (с учетом инвертирования) напряжение сигнала U будет иметь отрицательный знак и через СС 1 (11) и БУРЭ (10) стремиться закрыть РЭ 9. Однако, это может произойти тогда, когда величина, U станет больше мгновенного значения напряжения на среднем выводе 14 индуктивности 3. Последнее будет тогда, когда мгновенное значение напряжения на колебательном контуре И_к и точке 14 (И₁₄) приближается к нулю, а напряжение на обмотке дросселя И_ур к своему максимальному значению. Это и проиллюстрировано на фиг. 2, где кроме того показано напряжение питания (И_а) силового каскада. Когда напряжение управляющего сигнала равно нулю или имеет положительный знак БУРЭ 10 не выключает РЭ 9 и напряжение питания непрерывно подается на СК генератора.

На фиг. 3 показан вариант принципиальной схемы генератора, реализующей предложенный способ регулирования, где в качестве схем сравнения 11 и 12 использованы операционные усилители, а выходной каскад 15 БУРЭ (10) имеет гистерезис. БУСК 5 выполнен на входном компараторе 16, выполняющем роль триггера, и двухкаскадном усилителе на транзисторах 17, 18 и 19, 20.

Макетный образец генератора был выполнен на отечественных элементах с выходной мощностью 500 Вт, напряжением 220 В частотой 50 Гц при напряжении питания (110 - 150) В.

Поскольку при регулировании выходного напряжения генератора выключение РЭ производится на интервалу 2 (рис.2), расположенном симметрично относительно точек перехода через ноль мгновенного значения напряжения на колебательном контуре, то в спектре выходного напряжения четные гармоники отсутствуют, а амплитуды нечетных гармоник составляют небольшой процент от основной гармоники, что улучшает форму кривой выходного напряжении генератора, а использование одного (общего) дросселя упрощает схему генератора.