Импульсный регулятор напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к промышленной электронике, а точнее к преобразовательной технике, и предназначено, в основном, для использования в мощных источниках вторичног электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в электроприводе, в систе мах автоматики и регулирования. Известен импульсный регулятор напряжения, содержащий ключевой эле мент, вспомогательный двухобмоточный токоограничивающий трансформато дроссель сглаживающего фильтра и два обратных диода Л. Токоограничивающий трансформатор такого регулятора работает с постоянной составляющей тока, поэтому при применяемых значениях индуктивности намагничивания он имеет весьма большие габариты. Кроме того поскольку на практике максимальная величина индуктивности намагничивания всегда ограничена, то в кривой тока ключевого элемента на этапе рассасывания обратного диода появляется сравнительно большой выброс, приводящий к значительному снижению надежности импульсного регулятора и его нагрузочной способности. Наиболее близким к предлагаемому является импульсный регулятор напряжения , содержащий ключевой элемент, Первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а вт рой через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмотки оглаживающего дросселя и цепи наА-рузки - к второму зажиму для под-, ключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно участкз цепи из источника пи тания, ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного BcndMoraтельного трансформатора, и второй обратный диод 2J . Однако надежность этого импульсного регулятора напряжения также не высока, так как в нем выбросы тока ключевого элемента при его включении достигают значительной величины. Объясняется это тем, что на интервале выключенного состояния ключевого элемента ток сглаживающего дросселя замыкается через второй об ;ратный диод. В это же время первый 542 обратный диод находится в запертом состоянии. При включении ключевого элемента индуктивность встречнопоследовательно соединенных обмоток вспомогательного трансформатора определяется только индуктивностью рассеяния, и величина сквозного тока .оказывается значительной. Выбранное исходное состояние, когда первый обратный диод закрыт, а второй открыт, соответствует принципу работы регулятора-прототипа и наблюдается на практике. Предположим, что при запирании ранее включенного ключевого элемента открывается первый обратный диод. Его ток, протекая по обмотке вспомогательноготрансформатора, начинает перемагничивать сердечник, и на этой обмотке возникает напряжение, отпирающее второй диод. Независ1шо от того, есть на размагничивающей обмотке трансформатора напряжение или нет, первый обратнь1й диод закрывается. Цель изобретения - повышение надежности. Поставленная цель достигается тем, что в импульсном регуляторе напряжения, содержащем ключевой элемент, первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а второй через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточиого вспомогательного трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи нагрузки - к второму зажиму для подключения источника питания, первый обратный диод, подключенньй параллельно учаску цепи из источника питания, ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспомогательного трансформатора, и второй обратный диод, обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводом, к которому подключен первый электрод второго обратного диода, а второй его электрод соедиг шн с вторым зажимом для подключения источника питания. На чертеже представлена схема импульсного регулятора напряжения. Импульсный регулятор напряжения содержит ключевой элемент 1, первый силовой электрод которого соединен с первым зажимом 2 источника питания. Второй электрод к.гпочевого эле3мента 1 подключен к второму зажиму 3 источника питания через последо:нательную цепь, состоящую из встреч но включенных первой 4 и второй 5 обмоток вспомогательного двухобмоточного трансформатора 6, сглаживаю щего дросселя 7 и нагрузки 8. Параллельно участку цепи, образованно му источником питания с зажимами 2 и 3, ключевым элементом 1 и первой обмоткой 4 вспомогательного трансформатора 6, присоединен первый обратный диод 9. Обмотка сглаживающего дросселя 7 имеет выводы 10-12 Второй обратный диод 13 подключен к выводу 11 дросселя 7 и к нагрузке 8 Сердечник вспомогательного транс форматора -6 может быть изготовлен как из материала с непрямоугольной петлей гистерезиса, таки с прямо- угольной. В мощных импульсных регу лягорах напряжения обмотки 4 и 5 выпол i няются в виде плоских шин, на которые надевается сердечник трансформатора 6, поэтому число витков каждой обмотки равно единице. Нагрузка 8 импульсного,регулятора напряжения может иметь как актив ный характер, так и активно-емкостной, а также может включать в.себя источник противоЭДС. Предлагаемый импульсный регулято напряжения работаетследующим образом. Если ключевой элемент 1 находитс во включенном состоянии, то ток нагрузки 8 протекает по цепи: источйик питания с зажимами 2 и 3 - ключевой элемент 1 первая 4 и вторая обмотки вспомогательного трансформатора 6 - сглаживающий дроссель 7-, оба обратных диода 9 и 13 закрыты. При запирании ключевого элемента 1 ток через него начинает уменьшаться, и потенциал общей точки сое динения обмоток 4 и 5 вспомогательного трансформатора 6 снижается так что начинает проводить первый обрат ный диод 9. Появляющийся ток обратного диода 9 для .обмоткги 5 трансфор матора 6 является размагничивающим поэтому ее индуктивное сопротивление велико. На обмотке 5 возникает противоЭДС полярность которой показана на чертеже (без скобок). Поскольку сопротивление участка цепи обратный диод 9 - обмотка 5 - большое, то ток нагрузки не может за44мкнуться по этой цепи. Вследствие этого потенциал общей точки соединения обмотки 5 трансформатора 6 и сглаживающего дросселя 7,. а также катода второго обратного диода 13 продолжает понижаться, что приводит к включению обратного диода 13. С этого момента ток сглаживающего дросселя 7 замыкается через обратный диод 13 и нагрузку 8. К вьтодам 11 и 12 сглаживающего дросселя 7 прикладывается напряженке нагрузки 8. поэтому полярности напряжений на участках ,10-11 и 11-12 соответствуют показанным на чертеже (без скобок), Напряжение на выводах 10-11, трансформированное из рабочей цепи через открытые обратные диоды 9 и 13 Прикладьтается к обмотке 5 вспомогательного трансформатора 6 и размагничивает его сердечник. Время размагничивания сердечника можно менять, изменяя число витков между выводами 10 и 11. На этом интервале напряжение на клк)чевом элементе 1 превышает напряжение источника питания на величину напряжения на обмотке 4 и зависит от соотношения, витков обмоток 4 и 5. . По мере размагничивания сердечника вспомогательного трансформатора 6 индуктивность обмотки 5 уменьшается, ток через эту. обмотку и обратный диод 9 возрастает, вызывая соответствующее снижение тока через обратный диод 13. После окончания процесса размагничивания напряжение на обмотке 5 спадает до нуля, и обратный. диод 13 закрывается запирающим напряжением участка 10-11 обмотки сглаживающего дросселя 7. С этого момента ток нагрузки замыкается по ;цепи: обратный диод 9 - обмотка 5 вспомогательного трансформатора 6 сглаживающий дроссель 7, - а сердечник трансформатора 6 находится под воздействием размагничивающей напряженности магнитного поля, созданного током нагрузки 8. При включении ключевого элемента 1 ток через него равен сумме двух составляющих. Первая - ток намагничивания обмотки 4 вспомогательного трансформатора 6, протекающий по цепи: источник питания - ключевой элемент 1 - обмотка 4 - открытый обратный диод 9. Вторая составляющая обусловлена током нагрузки 8. про5текающим по обмотке 5, и может быть найдена путем приведения его к обмотке 4. Если считать, что числа вит ков обмоток 4 и 5 равны, то ток ключевого элемента 1 превышает ток нагрузки 8 только на величину тока намагничивания обмотки 4, причем последний является запирающим для обратного диода 9. Для правильной работы схемы необходимо, чтобы время перемагничивания сердечника трансфор матора 6 было больше времени рассасывания обратного диода 9. Так как сердечник перемагничивается по полному циклу, это требование легко выполнимо. Поскольку ток намагничивания, определяемый материалом сердечника и числом витков обмотки 4 мал, то на всем протяжении этапа рас сасывания обратного диода 9 ток ключевого элемента 1 лишь незначительно 4 превьштает ток нагрузки 8. После запирания обратного диода 9, при равном числе витков обмоток 4 и 5 вспомогательный трансформатор 6 не оказывает влияния на режим работы цепи ключевого элемента 1. При выключе:Нии ключевого элемента 1 все процес|сы протекают аналогично описанным вьш1е. Таким образом, в предлагаемом импульсном регуляторе напряжения полностью устраняется перегрузка по току при включении ключевого элемента что значительно повьш1ает надежность устройства в целом. В схеме обеспечен режим перемагничивания сердечника вспомогательного трансформатора по полному циклу что улучшает массо-габаритные показатели импульсного регулятора напряжения.

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой элемент, первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а второй через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи нагрузки - к второму зажиму для подключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно участку цепи из источника питанияJ ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспомогаг тельного трансформатора, и второй обратный диод, отличающийс я тем, что с целью повьппения надежности, обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводом, к которому подключен первый электрод второго обратного диода, а второй его (Л электрод соединен со вторым зажимом с для подключения источника питания.