Импульсный регулятор постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различного рода система электроснабжения для преобразования напряжения первичного источника элек троснабжения в постоянное регулируемое (м, если это необходимо, стабилизированное) напряжение требуемого уровня. , Известны импульсные регуляторы no стоянного напряжения,содержащие сило вые транзисторы и тиристоры, где для коммутации тиристоров используются полностью управляемый (дЬухоперационный) тиристор 1, транзистор 2J или дополнительньй тиристор с коммутирующим конденсатором J, В известных схемах используется коммутирующий дроссель в трансформаторном или автотрансформаторном включении. Для осуществления сглажи.вания напряжения на нагрузке требует ся дополнительный дроссель сглаживаклцего фильтра. Известен также импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий последовательную цепь из транзистора и основной обмотки дросселя, включенную между входным и выходным выводами 4. . Известен импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий параллельно соединенные транзистор и тиристор, включенные между входным и выходным выводами, и последователь но соединенный с ними LC-сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован диодом в обратном направлении, а также блок управления, выходами связанный с управляющими электродами основного транзистора и тиристора 5 При достаточно широком мощностном диапазоне регулирования недостатками известного устройства являются значительная мгновенная мощность, вы .деляемая в транзисторе, и ограничениый частотный диапазон работы из-за . увеличенного интервала коммутации тока нагрузки с .тиристора на транзистор. Наиболее близким к предлагаемому является импульсйый регулятор постоянного напряжения, содержащий параллельно соединенные транзистор и тиристор, включенные между входным и выходным выводами, и последовательно соединенньш с ними LC-сглаживающий фильтр, вход которого зашунтиро ван диодом в обратном направлении, а также блок управления, выходами связанный с управляющими электродами основного транзистора и тиристора, причем последовательно с тиристором включен диод в прямом на- . правлении. Это устройство обладает значительно более низкой мгновенной мощностью, выделяемой в транзисторе бЗ. Недостатками известного устройства являются ограниченньш диапазон регулирования выходного напряжения и ограниченный частотный диапа-зон работы из-за увеличенного интеррала коммутации тока нагрузки с тиристора на транзистор. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения и частотного диапазона. I Поставленная цель достигается тем, что импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий параллельно соединенные осно.вной транзистор и тиристор, включенные между входным и выходным выводами, и последовательно соединенный с ними LC-сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован диодом в обратном направлении, а также блок управления, выходами связанный с управляющими электродами основного транзистора и тиристора, снабжен дополнительным транзистором, включенным последовательно с тиристором, а также резистором, подключенньм параллельно дополнительному транзистору, причем управляющие электроды дополнительного транзистора связаны с выходами блока управления. На чертеже представлена функцио- . нальная схема предлагаемого импульсного регулятора. Импульсный регулятор содержит основной транзистор 1, LC-сглаживающий фильтр 2, вход которого зашунтирован диодом 3 в обратном направлении, йыходные выводы 4 и 5, тиристор 6, включенный последовательно с дополнительным транзистором 7, резистор 8, подключенный параллельно дополнительному транзистору 7, а также блок 9 управления, выходами связанный с управляющими электродами основного 1 и дополнительного 7 транзисторов и тиристора 6. При использовании предлагаемого импульсного регулятора постоянного напряжения обеспечивается такой режим работы силовых ключей, при котором в первую очередь открывается дополнительньй транзистор 7, затем, когда напряжение на его коллекторе спадает до значения-напряжения насыщения, включается тиристор 6 на время, достаточное для восстановления запирающих свойств обратного диода 3, принимая при этом в свою анодную цепь ток нагрузки и ток короткого замыкания. В момент открывания тиристора 6 обратньй диод 3 также находится в открытом состоянии а дополнительньй транзистор 7 - в состоянии насьлцения. В этот же момент времени начинается процесс рассасывания избыточных носителей в обратном диоде, т.е. процесс восстановления его запирающих свойств. Ток анода тиристора 6, следовательно и ток коллектора дополнительного тра зистора 7 начинают нарастать при одновременном убывании тока в цепи обратного диода 3. Тиристор 6 и дополнительный транзистор 7 при этом работают в режиме короткого агамыкания. На дополнительном транзисторе 7 в этом режиме выделяется незначительна мгновенная мощность, так как его рабочая точка находится в режиме насыщения и падение нaпpяжe ия на нем мало 0,5-0,7 В. Значительная мгновенная мощность выделяется на тиристоре 6, так как в этот момент времени он находится в процессе включения и к нему прикладывается полное -напряжение питания. Однако этот прибор характеризуется высокой перегрузочной способностью и находится во включенном состоянии незначительную часть периода преобразования. После снижения до нулевого значения тока через обратный диод 3 дополнительньй транзистор 7 выключается, а основной транзистор 1 включается, принимая на себя только ток нагрузки. С этого мо мента ток через тиристор 6 не протека ет и он начинает восстанавливать запирающие способности. Процесс включе ния основного транзистора 1 происходит в. облегченном режиме из-за малого падения напряжения на нем в момент включения (падение напряжения на основном транзисторе в момент вкл чения равно суммарному падению напря жения на открытых тиристоре 6 и дополнительном транзисторе 7). 7 ЬсуДополнительный транзистор тириществляет надежное запирание 1 5 , 4 стора 6 путем прерывания его анодного тока, что позволяет при использовании современных частотных тиристоров повысить частоту преобразования до 2030 кГц и построить импульсньй регулятор с высокими массогабаритными показателями. Одновременно с этим дополнительный транзистор 7 является одним из исполнительных органов устройства защиты, регулятором, позволяющим осуществить быстрое и надежное отключение источника первичного электроснабжения от нагрузки при коротком замыкании в ней на интервале включенного состояния тиристора 6. Резистор 8 введен в схему импульсного регулятора для предотвращения ложного включения тиристора 6 в момент включения дополнительного транзистора 7. При отсутствии указанного резистора и при запертом состоянии тиристора 6 и дополнительного транзистора 7 падение напряжения на каждом из них распределяется приблизительно поровну и определяется половиной значения напряжения источника питания. В момент включения дополнительного транзистора 7 к тиристору 6 прикладывается полное напряжение питания с высокой скоростью нарастания переднего фронта. Включение резистора 8 позволяет значительно уменьшить пере пад напряжения, прикладываемого к тиристору 6 в момент включения дополнительного транзистора 7 и тем самым j устранить ложноесрабатывание тиристора. Блок 9 управления импульсного регулятора обеспечивает формирование на выходе трех последовательностей управляющих импульсов: последовательности управляющих импульсов неизменной длительности, поступающих в цепь управления дополнительного транзистора 7; последовательности управляющих импульсов неизменной длительности, поступающих на управляющий электрод тиристора 6; последовательности управляГющих импульсов с изменяемой скважностью, поступающих в цепь управления основного транзистора 1. При этом обеспечивается алгоритм работы силовых ключей, при котором в первую очередь включается дополнительньй транзистор 7 и переводится в режим глубокого насыщения, далее на время, достаточное для восстановления запирающих свойств диода 3, включается тиристор 6 и принимает в свою аноцную цепь ток нагрузки и Ток короткого замыкания. После спада до нулевого значения тока через диод 3 BKJiitfqaeTCH основной транзистор 5 1, принимая на себя только ток нагрузки, что позволяет использовать транзистор с коллекторными токами, близкими по значению к предельно допустимым

ИНПУЛЮНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий параллельно с0единени1№ основной транзистор и тиристор, включенные между входиьн и выходным выводами, и последовательно соединенный с ними LC-сглаживакщий фильтр, вход которого зашун тировав диодом в обратном направлении, a также блок управления, выхсщами связанный с управляющими электродами основного транзистора и тиристора отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения и частотного диапазона, он снабжен дополнительньм транзистором, включенным последовательно с тиристором, резистором, подключенньм параллельно дополнительному транзистору, причем управляющие электроды дополнительного транзистора связаны с выходами блокао управления. Од U сд

г

t1

«

3 I

А

I i

4-nrW.