Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транзисторных стабилизированных конверторах и вторичных источниках питания.

По основному, авт.св. № 917182, известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенныЯ последовательно в одну из силовых шин транзисторный ключ, блок управления, входом подключенный к выходным выводам стабилизатора, а выходом к входу регулирующего элемента, двухобмоточный токоограничивающий дроссель, первичная обмотка которого включена последовательно с транзисторным ключом, диод, включенный последовательно с вторичной обмоткой токоограничивающего дросселя и ис-фильтр, причем вторичная обмотка токоограничивающего дросселя подключена одним выводом через указанный диод к точке соединения первичной обмотки токоограничивающего дросселя и дросселя ЦС-фильтра, а другим выводом к другой силовой шине стабилизатора.

Недостатком стабилизатора является появление недопустимых Перенапржений на транзисторе при использовании серийных токоограничивающих дросселей (реальных дросселей).

Цель изобретения - повьпиение надежности стабилизатора путем опасных перенапряжений на транзисторе, появляющихся при использовании экономических серийных токоограничивающих дросселей.

Поставленная цель достигается тем что в импульсном стабилизаторе постоянного напряжения параллельно первичной обмотке токоограничивающего дроссе ля подключены введенные последовательн соединенные резистор, диод и стабилитрон, причем диод включен встречно по отношению к полярности источника питания,а стабилитрон - согласно.

На фиг.1 изображена схема sTMnyrrbc ного стабилизатора; на фиг.2 и 3 структура стабилизатора при отключении транзистора (в паузе } и временные диаграммы. Импульсный стабилизатор содержит источник 1 питания, силовой транзисторный ключ 2, переключаемый импульсами с изменяющейся скважностью от управления 3, токоограничивающий дроссель с первичной 4 и вторичной 5 обмотками, силовой диод б, совмещающий функции демпфирования и рекуперации сглаживающий дроссель 7, и конденсатор 8 Lc-фильтра, нагрузку 9 и цепочку последовательно включенных элементов: диода 10, стабилитрона 11, резистора 12. Причем указанная цепочка из элементов 10, 11 и 12 присоединена параллельно первичной обмотке токоограничивающего дросселя 4 и после отключения транзистора образует шунтирующий контур с момента появления опасного перенапряжения до момента выключения стабилитрона.

Рассмотрим работу в паузе.

После окончания процесса рассасывания избыточных носителей заряда в базовой области транзистор выходит из режима насыщения, и ток i в его коллекторной цепи начинает резко спадать по экспоненциальному закону. В этот момент, принимаемый за начало отсчета, напряжение на обмотке 4 практически скачком возрастает до величины

.

dt

макс

--tpT/ror

)1,

42,

где Ц - индуктивность первичной

обмотки 4;

Ту - постоянная времени транзистора;

g - постоянная времени изменения тока базы транзистора; tpy - длительность интервала рассасывания избыточных носителей в области базы; J - максимальное значение тока в дросселе фильтра на выходе стабилизатора; ток базы транзистора в режиме насыщения; & - интегральный коэффициент

усиления транзистора, t(0) - момент, непосредственно

предшествующий коммутации; ) -после коммутации. Полагаем, что и„ тае и ПОРОГ срабатывания стабилитрона, соответствующий допустимому уровню пе- ренапряжения на транзисторе выбранного типономинала; инерционностью на включение полупроводниковых приборов 6, 10 и 11 можно пренебречь по сравнению с инерционностью транзистора на отключение и считать, что они включаются одновременно; можно пренебречь пульсациями напряжения на нагрузке, т.е. считать мгновенное значение напряжения на нагрузке (конденсаторе фильтра) неизменным и равным среднему значению U.

Тогда в момент -t 0 образуется структура, изображенная на фиг.2. Полупроводниковые диоды 6 и 10 условно изображены в виде замыкающихся контактов. Начальные условия для схемы на фиг. 2

V (0-)V (OM i {0+10;

--, - т {0-)0; 3 10208 «2(0-)si2(0+)j-;j Li2lO-J42i (0-), т:-&- г , Чнл W I 2 1 I 9 токи в об- , мотках4, %, f с чндуктивностями5 1(2« шунтирующем контуре из элементов 4, 11, 12 и в нагрузки(элементы 5, 7, 9. Ji L,4L,L,j . операторные ураанени, , cxi.,0 на фиг.г: ()3(Р)«рД21Р 3(,), ±«рЭ(РНиР312(Р)3()-и„/р, где R - суммарное активное сопротив-15 ление шунтирующего контура элементов 4, 10, 11 и 12 при проводящем состоянии полупроIT---.водниковых приборов 10 и 11} УЦн4й-взаимная индуктивность 20 - намагничивания обмоток i4 и 5, причем верхний из знаков + или - перед М соответствует разметке зажиMOB (с помощью точек, отме-25 чающих начало обмотки /на фиг.2; -,{Р),зуР)- изображения по Лапласу контурных токов в шунтирующей цепочке из элементов 4, 12 и цепи нагрузки из элементов 5, 7 и 9, причем ток Д,{Р) направлен от начала обмотки к ее концу, а ток DjCP)-.конца обмотки 5 к ее началу. Из приведенных операторных урав-35 нений получаем выражение для контурных токой и напряжения на обмотке 4(U) - . ,. f Чл- нl -fcfr % iЛ йТ1/ 4Q ;.г Г м и и /2VI .M)3.-|I,(. Лм н,,Jcтl -Ы uj R R/ j 45 . S L, j-i/y . V rV-яи 1 где верхний из знаков + или - соотв2 ств ет включению Обмоток 4 и50 5 на фиг.2, т- постоянная времени схемы /,1, w2)/tg 1 55 С момента О + ток i и напряжение Уц. изменяются по экспоненциально У Закону, а ток ij представляет суперпозицию линейно и экспоненциаль- Q но убывающих составля1(вдих. Эпюры функций 1 , {ULJ и 1 представленына фиг.З. To4Krf 13-15 на диаграммах соответствуют значениям i (0+), /и, (0+)/ и i. ( 0+), где ч .074 ( к («юменту 0+ в обмотке 4 накаплич бается энергия 0111 (0+) , эта энергия частично расходуется и в контуре нагрузки, что увеличивает КПД . Энергия, передаваемая „° кГПоГ нагрузки i|, обусловленного вааимной индуктивностью обмоток 4 и 5 .2J где „ -- ток в ..цепи нагрузки при отсутствии индуктивной связи между обмотками, .i S TT в результате получаем i ГГ м ц Ц.т1 V м | 2 Р ТТF- l Г - и к f j f м - J -t/rl + + J± V . . L R R / J Энергия, передаваемая в обмотки 5 и 7 контура.нагрузки W-L4 12/7 2 2/ В момент 0+, например, /L 2 2 „, ,Q.., , -2, 2 UI w (0+1 /L 2 2 L / 21 tO+) 1, i Пусть в момент t (t ст - ток ч уменьшается до значения минимального тока стабилизации JCT .(точка 16 нациг.З). Величина tt-r ся из соотношения S(tcT)cT в результате получаем , u( .W. J)tMu,-v ст (. Р ° t() ц / Ци +MU1 U (ст Нет П jМодулю этого значения соответствует точка 17 на фиг.З. Точка 18 йа временных диаграммах соответстйует значению i (-t ) . г сг . --ГГ|-мИ + ) L. с. Считаем, что в 1«1мент t t стабилитрон скачкообразно отключается, Тогда j(j.n ii JcTti- i j гдеlit}- единичная {ступенчатая функция Хевисайда: i( Чт Уравнение для контура нагрузки принимает вид dt -dr cT W-U, o, где cf(-t) - функция Дирака. После интегрирования урад нения получаем i2(()iV cT-T7 l:. где t t4tn ftp, - длительность паузы (части периода, ког транзистор о ключен ). Таким образом, в момент t (tj,. 2(cT)4lV-; OT/ - T7( -Vcr Верхний знак соответствует точке 19 на временной диаграмме. С момент t tj.T. + , т.е. начиная с точки 20 на фиг.З, напряжение на обмотке 4 уста навливается постоянным, причем - Естественно, это напряжение не может быть опасным для отключенного Транзистора, так как в стабилизаторах ток в дросселе фильтра i 2 отличается от среднего тока в нагрузке только на величину пульсаций и скорость его измерения очень мала. В моментt t(, остаток знергии, связанной с обмоткой 4, скачком передается в цепь нагрузки, т.е. рекуперируется,что повышает КПД схемы. Это основной положительный эффект, достигаемый включением стабилитрона 11. Кроме того происходит форсировка отключения шунтирующей цепочки. ПункТиром на фиг.З показан переходной пропроцесс в шунтирующей цепочке без стабилитрона. После окончания паузы в момент t -fcri диод 10, включенный встречно по отношению к полярности источника 1, отключает шунтирующую цепочку.до конца периода. В промежутокtn fcг Т где Т- период, шунтирующая цепочка не оказывает влияния на работу стабилизатора. Временные диаграммы, соответствующие этому промежутоку, не приводятся так как не имеют отношения к сущности изобретения. Предлагаемая схема характеризуется повы1ченной надежностью и экономичностью, достигаемой устранением опасных перенапряжений, и, следовательно, динамических потерь при использовании технологических и дешевых серийно выпускаемых токоограничивающих.Дросселей.

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОС.ТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт.СВ.№917182, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения перенапряжений на транзисторе , параллельно первичной обмотке токоограничивающехчэ дросселя подключены введенные последовательно соединенные резистор, диод и стабялитроц, лричем диод включен встречно по отнснпению к полярности источника пита,ния, a стабилитрон - согласно.

(«at; lit

it

19

15