Импульсный стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры Известен т тульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий сетевой трансформатор, дополнительный трансформатор, ключевой регулирующий элемент, высокочастотную схему управления и интегрирующий фильтр си . Недостатками такого стабилизатора являются сравнительно высокий ве t и габариты и недостаточно высокий КПД. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является стабилизатор переменного напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а вторичная соединена с входом интегpиps oщeгo фильтра через ключевой ре гулирующий элемент, подключенный к выходу устройства управления, вход которого соединен с выходными зажимами, причем часть первичной обмотки .указанного трансформатора соединена с выходными зажимами устройства чере вторичную обмотку дополнительного трансформатора, первичная обмотка ко торого подкэтаочена к выходу фильтра, при этом вход последнего шунтирован дополнительным ключевым элементом че рез логический инвертор, подключенны .к выходу Устройства управления С2, В данном стабилизаторе напряжение на выходе является суммой двух напряж ний: выходного напряжения трансформатора и напряжения, снимаемого с вторичной обмотки дополнительного трансформатора. Следовательно, при напряжении ниже максимального мощность, снимаемая с вторичных обмоток трансформатора и дополнительного трансформатора, растет, что приводит к увеличению их веса и габаритов, а также потерь в них, что снижает КПД. Цель изобретения - увеличение КПД а также сокращение веса и габаритов стабилизатора. Ностабленная цель достигается тем что в стабилизатор, содержащий транс форматор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам, пер вый вывод вторичной обмотки через первый ключевой элемент подключен к первому входу интегрирующего фильтра втордй вывод вторичной обмотки соединен с первым входом Интегрирующего фильтра через второй ключевой элемен узел управления, вход которого соединен с выходными выводами, а выход с управляющими йходами ключевых элементов, дополнительный трансформатор первичная обмотка которого соединена с выходом интегрирующего фильтра, а вторичная обмотка включена в одну из силовых шин между входным и выходним выводами, введены третий и четвертый ключевые элементы, причем первый вывод вторичной обмотки трансформатора через третий ключевой элемент соединен с вторым входом интегрирующего фильтра, куда также через четвертый ключевой элемент подключен второй вывод вторичной обмотки, при этом управляющие выводы третьего и четвертого ключей соединены с дополнительно введенными выходами узла управления. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 пример выполнения схемы управления ключевыми элементами. Стабилизатор содержит сетевой трансформатор 1, ключевые элементы 2-5, интегрирующий фильтр 6, дополнительный трансформатор 7, дроссель 8 интегрирующего фильтра, конденсатор 9 интегрирующего фильтра и узел управления 10 ключевыми элементами. К выходу стабилизатора подключена нагрузка 11. Устройство работает следующим образом. При подключении стабилизатора к сети Напряжение на нагрузку 11 поступает через вторичну1р обмотку дополнительного трансформатора 7. Напряжение , снимаемое с вторичной обмотки сетевого трансформатора 1, через ключевые элементы 2-5 поступает на вход интегрирующего фильтра 6, состоящего из дросселя 8 и конденсатора 9,который преобразует высокочастотные импульсы напряжения, поступающие на вход фильтра, в переменное напряжение с частотой сети. Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов со схемы управления 10,частота которых намного превышает частоту сети, причем схема управления одновременно обеспечивает попеременное включение ключевых элементов попарно 2,5 и 3 и 4. Напряжение на нагрузке является суммой двух напряжений напряжения сети и напряжения, снимаемого с втоничной обмотки дополнительного трансформатора 7, Следовательно, меняя длительность импульсов тока через ключевые элементы 2 и 5, открываемые одновременно, можно менять величину и фазу напряжения, подаваемого на первичную обмотку дополнительного трансформатора, и таким образом изменять в нужную сторону величину напряжейия на нагрузке 11. Так, при скважности импульсов со схемы управления 10 равной 2 величина напряжения на выходе фильтра близка к. нулю, при меньшей скважности фаза напряжения, снимаемого со вторичной обмотки дополнительного трансформатора, противоположна фазе сетевого напряжения, а при большей - их фазы совпадают.

В режиме стабилизации длительность импульсов тока через ключевые элементы 2 и 5 регулируется автоматически схемой управления 10, а ключевые элементы 3 и 4, одновременно открываясь, обеспечивают разряд дросселя при закрывании ключевых элементов 2 и 5. .

Схема управления клмчевьпчи элемен-Ю тами (фиг.2) содержит выпрямитель 12, фильтр 13 нижних частот, источник 14 опорного напряжения, суммирующий элемент 15, генератор 16 пилообразного напряжения, состоящий из триггера 5 ИЫитта 17 и интегратора 18, триггер Шмитта.19, токозадающий резистор 20, оптроны 21, 22, 23 и 24, блоки 25, 26, 27 и 28 согласования, выходы которых подключены к соответствующим уп- 20 равляющим входам ключевых элементов 2, 3, 4 и 5, состоящие из выпрямителя 29, к входу которого подключена вторичная обмотка трансформатора 1, а к выходу - конденсатор 30, токоза-- с дающего резистора 31 и базового резистора 32.

Схема работает следующим образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход выпрямителя 12 и выпрямленйое им фильтруется фильтром 13, в результате чего на выходе выделяется постоянная составляющая напряжения с выхода выпрямителя 12, которая пропорциональна амплитуде выходного напряжения стабилизатора35 На выходе суммирующего элемента 15 пилообразное напряжение, поступающее с выхода генератора 16 пилообразного напряжения, будет сдвинуто относительно нулевого уровня .на напряжение, равДО ное разности выходного напряжения фильтра и опорного напряжения, снимаемого с выхода источника 14 опорного напряжения. При этом-триггер ЧЫитта 19 периодически перебрасывается из 45 одного состояния в другое и с его выхода идут импульсы напряжения определенной скважности, зависящей от величины постоянной составляющей напряжения на выходе сумматора. Когда ,« напряжение на выходе триггера Шмитта 19 положительно, через токозадаюший резистор 20 и диоды оптронов 21 и 22 npoTeKaei ток, который в свою очередь вызывает протекание тока через транзисторы оптронов 21 и 22, v Величина этого тока определяется величиной выходного напряжения триггера 19, величиной токозадаютего резистора 20, характеристиками оптронов 21 и 22 и параметрами блоков 60 25 и 26 согласования, т.е. величиной токозадающего резистора 31 и напр)яжением на выходе выпрямителя 29. Токи через транзисторы оптронов 21 и 22 вмазывают открывание ключзвых эле- 5

ментов 2 и 5 При этом ток через диоды оптронов 23 и 24 не течет, на них напряжение обратной полярности и следовательно, ключевые элементы 3 и 4 закрыты. При изменении полярности напряжения на выходе триггера 19 ток потечет через токозадающий резистор 20 и диоды, оптронов 23 и 24, открывая тем самым ключевые элементы 3 и 4 и закрывая ключевые з лементы 2 и 5, так как при появлении отрицательного напряжения на выходе триггера 19 диода оптронов.21 и 22 закрываются и прекращают протекание токов через транзисторы этих оптроков, ключевые элементы 2 и 5 закрываются.

Выбором коэффициента передачи напряжения с выхода фильтра 13 на вход суммирующего элемента 15 и, следовательно, скважности работы Ключевых элементов 2 и 5 можно добиться, чтобы амплитуда напряжения на выходе стабилизатора стала бы номинальной. После этого ее величина будет поддерживаться постоянной автоматически так как- при изменении выходного напряжения за счет изгченения напряжения на выходе фильтра 13 изменится сдвиг пилообразного напряжения относительно нулевого уровня на выходе суммирующего элемен.та, а следовательно, скваж«о.сть импульсов на выходе триггера 19. В результате этого изменится скважность работы ключевых элементов 2 и 5 и амплитуда выходного напряжения, которая снова стнет близка к номинальной (за счет действия отрицательной обратной связи) .

Частота работы схемы управления оределяется частотой работы генератора 16 пилообразного напряжения.

Предлагаемый стабилизатор по сравнению с известным позволяет сократить мощности сетевого и дополнительного трансформаторов, а следовательно, уменьшить их вес и габариты и сократить потери в них, т.е. увеличить КПД. Поскольку при одинаковых максимальных выходных напряжениях на выходе интегрирующего фильтра и выходных мощностях ток через ключевые элементы в .предлагаемом устройстве относится к ТО.КУ через ключевые элементы и дроссель в прототипе, как расчетные мощности дополнительных трансформаторов , потери в ключевых элементах примерно одинаковы. При одинаковой частоте импульсов со схемы управления 10 и равных расчетных мощностях сглаживающих фильтров потери в них и их вес одинаковы, а отношения амплитуд высокочастотной составляющей тока через дроссель к низкочастотной мало отличаются между собой. При этом, если емкости фильтра в обоих случаях одинаковыТ нелинейные искажения на выходе щэедлагаемого стабилизатора меньше, чем в прототипе за счет лучшей фильтрации на выходе фильтра из-за дольшей индуктивности дросселя, а также за счет меньшего коэффициента трансформации дополнитеяъного трансформатора.

Таким образом, схема импульсного стабилизатора позволяет увеличить КПД, сократив при этом вес и габариты стабилизатора, а также уменычить нелинейные искажения на .его выходе.

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам первый вывод вторичной обмотки через первый ключевой элемент подключен к первому входу интегрирующего фильтра, второй выводцвторичной обмотки соединен с первым входом интегрирующего фильтра через второй ключе- вой элемент, узел управления, вход которого соединен с выходными вывода ми г а выход - с управляющими входами ключевых элементов, дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом интегрирующего фильтра, а вторичная обмотка включена в одну из силовых шин между входным и выходным выводами, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и уменьшения веса и габаритов, в него введены третий и четвертый ключевые элементы, причем первый вывод вторичной обмотки трансформатора через третий ключевой элемент соединен с вторым входом интегрирующего фильтра, куда т.акже через четвертый ключевой элемент подключен второй вывОд вторичной об- g мотки, при этом управляющие вывода (О третьего и четвертого ключей соединены с дополнительно введенными выходами узла управления. 00 со Риг.