ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С КОМБИНИРОВАННОЙ МАГНИТНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в импульсных источниках вторичного электропитания.Известны схемы с магнитной обратной связью (МОС) с амплитудной модуляцией, [Irving В.Т.,  Design considerations for magnetic feedback using amplitude modulation // Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2008. APEC 2008. Twenty-Third Annual IEEE. - IEEE, 2008. - C. 71-77. Адрес статьи в интернет: http://www.researchgate.net/publication/4334999_Design_considerations_for_magnetic_feedback_using_amplitude_modulation].
Предлагаемая схема достаточно сложна и, помимо трансформатора обратной связи, содержит дополнительную обмотку силового трансформатора или выходного дросселя. Наиболее близким аналогом является устройство обратной связи с трансформаторной развязкой [патент на полезную модель №105036, МПК G05F 1/10 (2006.01), приоритет от 08.02.2011], включающее: последовательно соединенные датчик выходного напряжения, узел сравнения, развязывающий трансформатор, сумматор, узел управления; генератор прямоугольных импульсов, подключенный к развязывающему трансформатору, датчик тока и генератор пилообразного напряжения, подключенные к сумматору в котором для питания трансформатора обратной связи используются импульсы прямого хода. Сигнал, передаваемый через трансформатор обратной связи, непосредственно суммируется с сигналом обратной связи по току с помощью дополнительного элемента - сумматора.
Недостатком данного решения является сложность схемы из-за наличия большого количества элементов. Помимо отдельного трансформатора обратной связи 3, схема содержит элементы, обеспечивающие его возбуждение во время интервала прямого хода (генератор прямоугольных импульсов 6). Даже в наилучшем варианте осуществления ближайшего аналога, для генерации возбуждающих прямоугольных импульсов требуется дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора.
Целью заявленного решения является улучшение массогабаритных характеристик преобразователя напряжения за счет исключения из схемы обратной связи разделительного трансформатора, сумматора и генератора прямоугольных импульсов.
Указанная цель достигается за счет того, что преобразователь напряжения с комбинированной магнитной обратной связью на основе трансформатора тока (фиг. 1) содержащий блок преобразования 9, включающий разделительный трансформатор Т1 и силовой ключ VT1 в цепи его первичной обмотки, датчик выходного напряжения 1, подключенный к выходу блока преобразования, узел сравнения 2, подключенный к выходу датчика выходного напряжения, узел управления 5, подключенный к управляющему выводу силового ключа, и датчик тока 7, представляющий собой трансформатора тока T2 с первичной обмоткой (1) включенной в цепь измеряемого тока и вторичной обмоткой (2) подключенной к узлу управления, причем трансформатор тока имеет дополнительную вторичную обмотку (3) подключенную к узлу сравнения (2).
Таким образом, сущность заявленной полезной модели заключается в том, что за счет введения одной дополнительной обмотки, трансформатор тока выполняет функции датчика тока, сумматора и разделительного трансформатора в цепи обратной связи. При этом отпадает надобность в генераторе пилообразного напряжения, возбуждающего развязывающий трансформатор как в ближайшем аналоге.
Для пояснения работы заявленного устройства на фиг. 2 представлен предпочтительный вариант исполнения цепи обратной связи преобразователя напряжения.
Предлагаемое устройство с комбинированной магнитной обратной связью работает следующим образом.
Узел управления (УУ) вырабатывает импульсы, которые управляют работой силового ключа VT1 преобразователя напряжения. Длительность указанных импульсов определяется амплитудой сигналов, регистрируемых на обмотке Т2.2 трансформатора тока Т2. Обмотка Т2.2 связана с обмоткой Т2.3, на которой формируется сигнал обратной связи. В наилучшем варианте осуществления обмотки Т2.2 и Т2.3 выполнены таким образом, что коэффициент связи между ними имеет максимальное значение. Например, конструктивно обмотки Т2.2 и Т2.3 могут представлять одну обмотку, выполненную двойным изолированным проводом. В этом случае напряжение, снимаемое с обмотки Т2.2, с достаточной точностью повторяет напряжение на обмотке Т2.3. Обмотка Т2.3 вместе с датчиком тока R1, диодом VD2 и выходом эмиттерного повторителя на транзисторе VT2 образуют контур для тока, трансформированного из первичной обмотки Т2.1 во время интервала прямого хода. Напряжение на обмотке Т2.2 при протекании через нее тока определяется как сумма напряжения на токоизмерительном резисторе R1, транзисторе VT2 и выпрямительном диоде VD2. Транзистор VT2 включен по схеме эмиттерного повторителя, так что напряжение на его истоке определяется выходным напряжением источника опорного напряжения D1. Фактически, VT2 является буферным элементом, назначение которого - исключить прямое воздействие импульсов тока, протекающих через обмотку Т2.2, на источник опорного напряжения D1. Таким образом, напряжение на обмотке Т2.3 во время интервала прямого хода содержит сумму сигналов обратной связи по току и по напряжению, что позволяет отказаться от применения дополнительного узла - сумматора (4 на схеме прототипа).
Временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы, приведены на фиг. 3. Диаграмма 1 - форма тока через первичную обмотку трансформатора Т2, диаграмма 2 - форма напряжения на вторичных обмотках (2, 3), диаграмма 3 - напряжение на входе устройства управления (УУ). Период работы преобразователя Т включает интервалы прямого хода с длительностью tn и интервал обратного хода длительностью tп. Ток, протекающий через ключ и первичную обмотку Т2.1 в течение интервала прямого хода (диаграмма 1), обеспечивает появление сигнала на вторичных обмотках Т2.2 и Т2.3. Таким образом, отпадает необходимость в применении генератора прямоугольных импульсов (6 на структурной схеме прототипа). Форма напряжения на вторичных обмотках иллюстрируется на временной диаграмме 2. Во время интервала прямого хода напряжение на Т2.2 и Т2.3 содержит сумму сигналов обратной связи по напряжению, по току, а также дополнительную составляющую, равную прямому падению на диоде VD2. Во время обратного хода происходит размагничивание трансформатора Т2, а напряжение на его обмотках меняет знак. Диод VD1, включенный в цепь вторичной обмотки токового трансформатора Т2.2, обеспечивает вычитание указанной выше дополнительной составляющей, а также блокирует отрицательное напряжение во время интервала обратного хода. Таким образом, напряжение на входе устройства управления УУ соответствует диаграмме 3 и представляет собой сумму сигналов обратной связи по напряжению и по току. В остальном предлагаемое решение функционирует аналогично прототипу. Однако, формирование сигнала на входе узла управления (УУ) достигается более простыми средствами, что позволяет достичь снижения стоимости, улучшение массогабаритных параметров и надежности. Заявляемое техническое решение позволяет оптимизировать схему обратной связи преобразователей, имеющих гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями, в которых схема управления (например, ШИМ-контроллер) находится на стороне первичных цепей. Становится возможным отказ от оптопар, ограничивающих надежность, радиационную стойкость и зачастую диапазон рабочих температур. По сравнению с известными схемами магнитной обратной связи, решение позволяет отказаться от дополнительного развязывающего трансформатора, обеспечивающего передачу сигнала ошибки от вторичных к первичным цепям и от генератора прямоугольных импульсов.