Стабилизирующий источник электропитания Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

4;

СО СО

Сл

сд

Изобретение относится к преобразобательной технике и может быть использовано при разработке стабилизирующих вторичных источников электропитания.

Известен инвертор со ступенчатым регулированием выходного напряжения, состояШ.ИЙ из последовательно соединенных преобразовательных ячеек, объединенных общим магнитопроводом трансформатора. Выходы всех ячеек зашунтированы регулирующими ключами, а однополярные входные клеммы ячеек соединены дополнительными ключами с общим из зажимов источника питания 1.

Недостатком данного устройства является низкая стабильность выходного напряжения, так как оно стабилизируется дискретно, при этом стабильность зависит от количества преобразовательных ячеек.

Известен также стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий двухтактный генератор с выходным трансформатором на силовых транзисторах, регулирующий транзистор, выпрямитель с фильтром, блок управления, пороговый узел, дополнительные секции выходного трансформатора, управляющие транзисторы, задающий генератор, развязывающие диод и резистор 2.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность и больщие габариты, так как каждый силовой транзистор является регулирующим элементом непрерывного стабилизатора напряжения и должен быть рассчитан на большую мощность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стабилизирующий источник электропитания, содержащий непрерывный стабилизатор с делителем напряжения обратной связи, установленный на входе двухтактного инвертора, выходной трансформатор которого выполнен с симметричными относительно средней точки первичной обмотки отводами, причем первые относительно средней точки отводы подключены к общему выводу источника электропитания через коллектор-эмиттерные переходы силовых транзисторов, а другие отводы - через коллектор-эмиттерные переходы и диоды, при этом управляющие переходы силовых транзисторов подключены к соответствующим выходам узла управления 3.

Недостатком известного устройства является низкий КПД в щироком диапазоне входных напряжений. С увеличением входного напряжения увеличиваются падение напряжения на регулирующем элементе непрерывного стабилизатора и рассеиваемая на нем мощность.

Цель изобретения - повышение КПД в щироком диапазоне изменений входного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизирующий источник электропитания, содержащий непрерывный стабилизатор С делителем напряжения обратной связи, установленный на входе двухтактного инвертора, выходной трансформатор которого выполнен с симметричными относительно средней точки первичной обмотки отводами, причем первые относительно средней точки отводы подключены к общему выводу источника электропитания через коллектор-эмиттерные переходы силовых транзисторов, а другие отводы - через коллектор-эмиттерные переходы и диоды, при этом управляющие переходы силовых транзисторов через узлы управления подключены к соответствующим выходам узла коммутации, введены резистивный делитель напряжения, подключенный к входным выводам источника, и (п-1) управляемых ключевых элементов, где п 1,2,3,4 и т. д. - число отводов первичной обмотки симметричных относительно средней точки выходного трансформатора, выходы ключевых элементов подключены к соответствующим выводам делителя напряжения обратной связи непрерывного стабилизатора, а входы - к соответствующим вь1ходам узла коммутации, причем вход последнего подключен к выходу введенного делителя напряжения.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого источника электропитания.

Источник содержит непрерывный стабилизатор 1 напряжения с делителем 2 напряжения, установленный на входе двухтактного инвертора 3, выходной трансформатор 4 которого выполнен с симметричными относительно средней точки первичной обмотки отводами 5-1, 5-2,...,5-п, причем первые относительно средней точки отводы 5-1 подключены к общему выводу источника 6 через коллектор-эмиттерные переходы силовых транзисторов 7-1, а другие отводы - через коллектор-эмиттерные переходы транзисторов 7-2...7-п и диоды 8, при этом управляющие переходы силовых транзисторов через узлы 9-1, 9-2, 9-п управления подключены к соответствующим выходам узла 10 коммутации. Выход резистивного делителя 11 напряжения, подключенного к входным выводам источника, соединен с входом узла коммутации, соответствующие выходы которого соединены с входами ключевых элементов 12-1,...,12-п, при этом выходы последних подключены к соответствующим выводам нижнего плеча делителя 2 напряжения обратной связи непрерывного стабилизатора 1. Делитель 2 напряжения обратной связи содержит резистор 13 верхнего плеча и последовательно соединенные резисторы 14-1, 14-2,..., ...,14-п нижнего плеча.

Узел 10 коммутации содержит аналогоцифровой преобразователь 15, вход которого образует входной вывод узла коммутации, а выходы подключены к входам дешифратора 16. Первый выход дешифратора подключен к одному из входов первого

мажоритарного элемента 17 и одному из входов первого логического элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с одним из входов первого логического элемента И 19. Второй вход последнего через логический элемент НЕ 20 соединен с первым управляющим входом источника и вторым входом элемента 17, третий вход которого и второй вход элемента ИЛИ 18 соединены с выходом мажоритарного элемента 21. Выход элемента 17 соединен с первым входом второго логического элемента И 22 и первым входом второго логического элемента ИЛИ 23. Второй вход элемента И 22 соединен с вторым управляющим входом источника и через логический элемент НЕ 24 с первым входом третьего логического элемента И 25, второй вход которого соединен с выходом элемента 23. Вторые входы элементов 23 и 21 соединены с вторым выходом дешифратора.

Выход элемента 13 соединен с п-логическим элементом ИЛИ 26, второй вход которого соединен с п-выходом дешифратора и вторым входом (2п-2) логического элемента И 27. Первый вход последнего соединен с п-управляющим входом источника и через логический элемент НЕ 28 с первым входом логического элемента И 29, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 26. Выход элемента И 19 образует первый выход узла коммутации и соединен с входом первого узла 9-1 управления. Выход элемента И 25 образует второй выход узла коммутации и соединен с входом второго узла 9-2 управления. Выход элемента И 29 образует п-выход узла коммутации и соединен с входом п-узла 9-п управления.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы на управляющие входы источника поступает управляющий сигнал в виде логического «О.

При включении входного напряжения на выходе непрерывного стабилизатора 1 напряжения появляется стабилизированное напряжение Upbcc i, поступающее на среднюю точку первичной обмотки трансформатора 4. На вь1ходе К-разрядного аналого-цифрового преобразователя 15 устанавливается кодовая комбинация, соответствующая напряжению, поступающему с выхода делителя 11 напряжения. При использовании двоичного кода разрядность аналого-цифрового преобразователя 15 определяется по формуле

K log2n,

где п - количество симметричных отводов трансформатора 4, равное, количеству выхода дешифратора 16.

На одном из выходов дешифратора 16 например на первом, появляется логическая «1, которая поступает на один из входов первого мажоритарного элемента 17 и через первый логический элемент ИЛИ 18 на

один из входов первого логического элемента И 19, на втором входе которого присутствует логическая «1, поступающая с выхода первого логического элемента НЕ 20. Следовательно, логическая «1 поступает на вход первой схемы 9-1 управления, с выходов которой начинает подаваться сигнал управления на базы первой пары транзисторов 7-1. Первая пара транзисторов 7-1 начинает работать, и на выходных 0 выводах источника появляется напряжение

UBl R|UBbIX|.(1)

где Ki - первый коэффициент трансформации трансформатора 4 при работе первой пары транзисторов 7-1; ивых -первое напряжение на выходе непрерывного стабилизатора 1 напряжения.

Если напряжение на входных выводах источника увеличивается так, что логичеQ екая «1 появляется на втором выходе дешифратора 16, она поступает на один из входов второго мажоритарного элемента 21 и через второй логический элемент ИЛИ 23 на один из входов третьего логического элемента И 25, на второй вход которого поступает логическая «1 с выхода второго логического элемента НЕ 24. Следовательно, на выходе третьего логического элемента И 25 также появляется логическая «1, которая поступает на входы ключевого элемента 12-2 и второй схемы 9-2 управления. 0 Ключ 12-2 замыкает первый рзистор 14-2 делителя 3 напряжения обратной связи непрерывного стабилизатора 1. При этом напряжение на выходе стабилизатора 1 увеличивается и становится равным UBWXJ. На выходах второй схемы 9-2 управления появляется сигнал, поступающий на базы второй пары транзисторов 7-2, начинает работу. Напряжение на выходных клеммах становится равUsa KjUuwXi,(

Q где Кз - второй коэффициент трансформации трансформатора 4 при работе второй пары транзисторов 7-2; Ьвыхг-второе напряжение на выходе непрерывного стабилизатора 1 напряжения.

5 Если напряжение на входных выводах источника увеличивается так, что логическая «1 появляется на п-м выходе дешифратора 16, она поступает на один из входов логического элемента И. 27 и через п-й логический элемент ИЛИ 26 на один из 0 входов логического элемента И 29, на второй вход которого поступает логическая «1 с выхода п-го логического элемента НЕ 28. Следовательно, на выходе логического элемента И 29 также появляется логическая « 1, которая поступает на вход (п- 1)-го ключа 12-п и на вход п-й схемы 9-п управления, п-й ключ замыкает п-1 резисторов 14-1,...,14(п-1) делителя 2 напряжения обратной связи, при этом напряжение на выходе стабилизатора напряжения увеличивается и становится равным UBWXM- На выходах (п-1)-й схемы управления появляется сигнал, который поступает на базы п-й пары транзисторов 7-п. п-я пара транзисторов 7-п начинает работу, и напряжение на выходных клеммах становится равнымУнп «KnUbbUn(3) где Кл- п-й коэффициент трансформации трансформатора 4 при работе п-й пары транзисторов 7-п; ивы%-п-е напряжение на выходе непре рывного стабилизатора 1 напряжения. Коэффициенты трансформации трансформатора 4 и выходныенапряжения непрерывного стабилизатора 1 напряжения выбираются так, что KlUBblXI K2UBHX2 --- KUBbiXll UH Диоды 8 установлены для защиты транзисторов от обратного напряжения, которое появляется при работе первой пары транзисторов 7-1 на коллекторах второй 7-2 и п-й пар транзисторов, а при работе второй пары транзисторов 7-2 - на коллекторах п-й пары транзисторов 7-п. Таким образом, диапазон изменения входного напряжения разбит на п зон, в каждой из которых работает соотве7ствуюш,ая пара транзисторов, и на выходе непрерывного стабилизатора I напряжения присутствует соответствующее стабилизированное напряжение. В результате этого напряжение на стабилизаторе 1 напряжения, а также рассеиваемая им мощность не превышают заданных значений. Предположим, что при наличии логической «1, например, на втором выходе дешифратора 16, когда работает вторая пара транзисторов 7-2, один из этих транзисторов выходит из строя. Если транзистор не открывается, то магнитопровод трансформатора 4 насыщается, резко увеличивается ток через второй транзистор и перегорает предохранитель в цепи коллектора второго транзистора. Если один из транзисторов не закрывается, то магнитопровод трансформатора 4 также насыщается, резко увеличивается ток через этот транзистор и перегорает предохранитель в цепи его коллектора. Далее магнитопровод трансформатора 4 перемагничивается и вновь насыщается, резко увеличивается ток через второй транзистор, и перегорает предохранитель в цепи коллектора второго транзистора, т. е. в обоих случаях вторая пара транзисторов 7-2 не влияет на дальнейщую работу схемы. При этом на второй вход второго мажоритарного элемента 21, второй вход второго логического элемента И 22, а также на вход второго логического элемента НЕ 24 подается управляющий сигнал в виде логической «1. С выхода второго логичеоского элемента НЕ 24 на второй вход третьего логического элемента И 25 поступает логический «О, т. е. на выходе третьего логического элемента И 25 всегда присутствует логический «О - ключ 12-2 и вторая схема 9-2 управления всегда закрыты. Так как на входе второго мажоритарного элемента 21 присутствуют две логических «1, на его выходе также появляется логическая «1, которая поступает на третий вход первого мажоритарного элемента 17 и через первый логический элемент ИЛИ 18 и первый логический элемент И 19 - на вход первой схемы 9-1 управления. В результате этого начинает работать первая пара транзисторов 7-1, а напряжение на выходе линейного стабилизатора 1 напряжения равно UBWICI , т. е. устройство продолжаетработать, но падение напряжения и рассеиваемая мощность на линейном стабилизаторе напряжения завышены по сравнению с номинальным режимом работы. Предположим, что первая пара транзисторов 7-1 также выходит из строя. При этом на второй вход первого мажоритарного элемента 17 и вход первого логического элемента НЕ 20 также поступает управляющий сигнал в виде логической «1. На втором входе первого логического элемента И 19 появляется логический «О, и первая схема 9-1 управления запирается. На выходе первого мажоритарного элемента 17 появляется логическая «1, которая поступает на один из входов второго логического элемента И 22, на втором входе которого присутствует управляющий сигнал также в виде логической «1.. Следовательно, на выходе второго логического элемента И. 22 устанавливается логическая «1, которая через п-й логический элемент ИЛИ 26 и через логический элемент И 29 поступает на вход ключа 12-п и п-й схемы 9-п управления. В результате этого начинает работать п-я пара транзисторов 7-п, а напряжение на выходе стабилизатора 1 напряжения занижено, так как входное напряжение во второй зоне, когда должна работать вторая пара транзисторов 7-2, меньще расчетной величины UBUXH, т. е. устройство продолжает работать с завышенной нестабильностью выходного напряжения. Таким образом, использование предлагаемого стабилизированного источника питания позволяет повысить КПД в широком диапазоне изменения входного напряжения за счет уменьшения мощности, рассеиваемой линейным стабилизатором напряжения, а также увеличить надежность за счет ограничения заданными значениями падения напряжения и рассеиваемой мощности на непрерывном стабилизаторе напряжения и получения возможности работы устройства с несколько худшими техническими характеристиками при выходе из строя всех, кроме одной, пар транзисторов.

СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий непрерывный стабилизатор с делителем напряжения обратной связи, установленный на входе двухтактного инвертора, выходной трансформатор которого выполнен с симметричными относительно средней точки первичной обмотки отводами, причем первые относительно средней точки отводы подключены к общему выводу источника электропитания через коллектор-эмиттерные переходы силовых транзисторов, а другие отводы - через коллектор-эмиттерные переходы и диоды, при этом управляющие переходы силовых транзисторов через узлы управления подключены к соответствующим выходам узла коммутации, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД в щироком диапазоне изменений входного напряжения, в него введены резистивный делитель напряжения, подключенный к входным выводам источника, и (п-1) управляемых ключевых элементов, где п 1,2,3,4 и т. д.- число отводов первичной обмотки симметричных относительно средней точки выходного трансформатора, выходы ключевых элементов подключены к соответствующим выi водам делителя напряжения обратной связи непрерывного стабилизатора, а входы - к соответствующим выходам узла коммутации, причем вход последнего подключен к выходу введенного делителя напряжения.