9. Пазеев Г. Ф. О некоторых ключевых схемах для заряда емкости от источника постоянного напряжения. - В кн.: Проблемы электродинамики. - Киев: Наукова думка, 1969, вып. 19, с. 95-101.

УДК 621.314.68:621.382 А. Г. Поликарпов, Е. Ф. Сергиенко, Чу С. К.

МАГНИТНО-СВЯЗАННЫЙ СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Сглаживающий фильтр является важнейщим узлом .импульсных регуляторов и преобразователей постоянного напряжения. Он определяет массообъемные и динамические характеристики всего устройства в целом. Для устройств импульсного регулирования постоянного напряжения наибольщее распространение получил Г-образный сглаживающий LC-фильтр. Изучению его статических и динамических характеристик посвящены работы [1-4]. Результатом этого изучения явились рекомендации о целесообразности использования многозвенных сглаживающих фильтров, введения компенсирующих элементов, например в виде трансформаторов, повыщения рабочих частот регулирующего элемента и использования многофазных преобразующих устройств, работающих с временными сдвигами относительно друг друга. В [5] показано, что использование магнитно-связанных цепей позволяет получать новые свойства устройств преобразования электрической энергии в целом и отдельных его составляющих, например сглаживающих фильтров.

Рассмотрим работу и основные расчетные характеристики магнитно-связанного сглаживающего фильтра [6] на примере импульсного регулятора 1-го типа (рис. 1). Отличительной особенностью предлагаемого фильтра от про-!Стейщего Г-образного LC-фильтра является наличие до-

Рис. /. Схема импульсного регулятора постоянного напряжения с магнитно-связанным сглаживающим фильтром

полнительной обмотки W2, магнитно-связанной с основной обмоткой W1, и вспомогательного конденсатора G2. Суть работы такого фильтра состоит в том, что пульсации тока в дросселе, ранее протекавшие на силовой обмотке wi и конденсатору Ci, переносятся на дополнительно введенную цепь. Такой перенос пульсаций тока обусловлен магнитной связью обмоток. Будем считать, что эти пульсации тока носят линейный характер (что общепринято). Тогда, разлагая последние в ряд Фурье для режима полной компенсации пульсаций выходного напряжения и допуская, что Ас2<н, находим

sin mwt.

где кз - коэффициент заполнения; Ln - полная индуктивность обмотки Wu

Поскольку, как отмечалось выше, пульсации тока дросселя переводятся на дополнительную цепь, то они полностью протекают через С2. Следовательно, для пульсаций напряжения на конденсаторе имеем

Составляя уравнения для магнитно-связанной как ив [5], и учитывая лишь AUc2 (t), запишем

di2 dt

цепи.

Я - f/ - на интервале времени kj , - t/н - на интервале времени (1 - k)T.

Решая (3) относительно получаем

Из (4) следует, что пульсации тока в силовой обмотке wi дросселя обусловлены магнитной связью обмоток (первое слагаемое) и пульсациями напряжения на конденсаторе

Сг (второе слагаемое). С учетом сказанного пульсации напряжения на нагрузке можно представить в виде суммы двух составляющих

Шсх--Шсх + Шсу. (5)

Первая составляющая пульсаций напряжения, как уже отмечалось, обусловлена магнитной связью обмоток дросселя и может быть определена известным выражением для пульсаций Г-образного LC-фильтра при замене индуктивности дросселя эффективным значением индуктивности

£Ml-fe3)(l-fe/) (6.

где k - коэффициент связи; п - коэффициент трансформации. Эта составляющая пульсаций напряжения может быть легко скомпенсирована при выполнении условия k~n либо иметь другой знак при отклонении от этого условия.

Вторая составляющая пульсаций напряжения AU cU обусловленная пульсациями на конденсаторе Cj дополнительной цепи может быть найдена интегрированием второго члена (4) с учетом (2)

. () = S( ?rJ)=toW (7)

И, следовательно,

Wc\~JM, {t)dt=:

Последнее выражение позволяет определить пульсации от пика до пика

\тг 4£sinnfe3 ,Q.

которые, как нетрудно видеть, существенно ослаблены фильтрующим действием основной цепи LnCi, дополнительной цепи L(l-\}k)c2, а также четвертой степенью частоты основной гармоники, совпадающей с рабочей частотой регулирующего ключа. Соответствующим выбором параметров фильтра вторая составляющая пульсаций выходного напряжения может быть приближена к нулю, хотя и остается конечной величиной. Поскольку A£/ ci