Импульсный стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1985 года по МПК G05F1/30 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам тетания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение КПД и уменьшение массы и габаритов стабилиэатора.

На фиг.1 представлена схема импульсного стабилизатора переменного напряжения; на фиг,2 - пример выполнения узла управления и узла синхронизации,

Стабилизатор содержит регулирующи элемент 1, повьшающий .автотрансформатор 2, двухполярный рекуперирующий узел 3, интегрирующий фильтр 4, соетоящий из дросселя 5 интегрирующего фильтра и конденсатора 6 интегрирующего фильтра, узел 7 управления и узел 8 синхронизации. К выходным выводам стабилизатора подключена нагрузка 9.

Схемы узла 7 управления и узла 8 синхронизации (фиг.2) содержат выпрямитель 10, фильтр 11 нижних частот, источник 12 опорного напряжения, суммирующий элемент 13, генератор 1А пилообразного напряжения, состоящий из триггера Шмитта 15 и интегратора 16, триггер Шмитта 17, токозадающий резистор 18, оптрон 19, блок 20 согласования, выход которого подключен к управляющему входу ключевого регулирующего элемента 1. Оптрон 20 состоит из трансформатора 21, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, выпрямителя 22, конденсатора 23, токозадающего резистора 24 и базового резистора 25. Схема 8 синхронизации, состоит из оптрона 26 и блока 27 согласования, анало гичного блоку 20 согласования. Выход блока согласования 27 подключен к управляющему входу двухполярного рекуперирующего устройства 3, в качестве когорого служит ключевой элемент, аналогичный ключевому регулирующему элементу 1,

Стабилизатор работает следующим образом.

Частота работы схемы 7 управления и, следовательно, ключевого регулиру щего элемента 1 выбирается намного вьше частоты питающей сети, при этом на вход интегрирующего фильтра 4 поступают прямоугольные импульсы, огибающая которых представляет синусоид частота которой равна частоте питающей сети. Б момент открьггого состояния ключевого регулирующего элемента напряжение через автотрансформатор 2 и дроссель 5 интегрирующего фильтра поступает в нагрузку 9. При этом индукция магнитного поля в сердечнике автотрансформатора 2 начинает изменяться, а дроссель 5 и конденсатор 6 интегрирующего фильтра начинают накагшивать электрическую энергию. При закрывании ключевого регулирующего элемента I дроссель 5 начинает разряжаться на нагрузку 9 через двухполярное рекуперирующее устройство 3, управление которым осуществляется схемой синхронизации. При этом выход автотрансформатора закорочен открыться двухполярным рекуперирующим устройством.

Следовательно, в момент паузы напряжение на нагрузке 9 поддерживается за счет энергии, занесенной в дроселе и конденсаторе интегрирующего фильтра, а магнитная индукция в сердечнике автотрансформатора остается практически постоянной.

Интегрирующий фильтр преобразует высокочастотные импульсы напряжения, снимаемые с выхода автотрансформатора, в переменное напряжение с частотой сети. Величина-ЭТОГО напряжения определяется скважностью работы ключевого регулирующего элемента, частота работы которого намного превышает частоту сети.

В режиме стабилизации длительност импульсов тока через ключевой регулирующий элемент регулируется автоматически устройством 7 управления и зависит от напряжения на выходе стабилизатора.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход вьтрямителя 10 и выпрямленное им фильтруется фильтром 11, в результате чего на выходе фильтра выделяется постоянная составляющая напряжения с выхода выпрямителя 10, которая прямо пропорциональна амплитуде вьгх.одного напряжения стабилизатора. На выходе с т мирующего элеме}1та 13 пилообразное напряжение , поступающее с выхода генератора 14 пилообразного напряжения, будет сдвинуто относительно нулевого уровня на напряжение, равное разности выходного напряжения фильтра и Опорного напряжения, снимаемого с выхода источника 12 опорного напряжения. При этом триггер Шмитта 17 пе3риодически перебрасывается с одного состояния в другое и с его выхода идут импульсы напряжения определенной скважности. Когда напряжение на выходе триггера 17 положительно, через токозадающий резистор 18 и диод оптрона 19 протекает ток, который в свою очередь вызывает протекание тока через транзистор оптрона 19. Величина этого тока определяется выход ным напряжением триггера 17, величиной токозадающего резистора 18, характеристиками оптрона 19 и параметрами блока 20 согласования, т.е. величиной токозадающего резистора 24 и напряжением на выходе выпрямителя 22. Ток через транзистор оптрона 19 вызывает открывание ключевого регулирующего элемента 1. При этом ток через диод оптрона 26 не течет-, так как на нем напряжение обратной полярности, и, следовательно, двухполярное рекуперирующее устройство 3 закрыто. При изменении полярности напряжения.на выходе триггера 17.ток потечет через токозадающий резистор 18 и диод оптрона 26, вызывая тем самым открывание двухполярного рекуперирующего устройства 3 и закрывание ключевого регулирующего элемента 1, так как при появлении отрицательного напряжения на выходе тригге ра 17 диод опрона 19 закрывается, прекращается ток через транзистор этого оптрона и, следовательно, закрывается ключевой регулирующий элемент 1 . Меняя коэффи1щент передачи напряжения с выхода фильтра 11 на вход суммирующего элемента 13 и, следовательно, скважность работы триггера 1 и ключевого регулирующего элемента можно добиться, чтобы амплитуда напряжения на выходе стабилизатора стала бы номинальной. После этого ее величина будет поддерживаться автоматически, так как при изменении выходного напряжения за счет изменения напряжения на выходе фильтра 11 изменится сдвиг пилообразного напряжения относительно нулевого уровня на выходе суммирующего элемента 13, а следовательно, скважность импульсов на выходе триггера 17. В результате этого изменится скважность работы ключевого регулирующего элемента 1 и амплитуда выходного напряжения стабилизатора, которая станет вновь близка к нс- инальной (за счет действия отрицательной обратной связи). Поскольку при закрытом ключевом регулирующем элементе магнитная индукция в сердечнике остается постоянной, то такое построение схемы позволяет сократить расчетную мощность ав.тотрансформатора, так как расчетная мощность трансформатора прям.о пропорциональна произведению максимального действующего значения тока через входную обмотку на максимальное среднее значение напряжения на входе автотрансформатора за время положительной полуволны сетевого напряжения, которое прямо пропорционально отношению амплитуды сетевого напряжения к скважности работы ключевого регулирующего элемента. Но из принципа работы предлагаемого, устройства следует, что это отнощение равно минимальной амплитуде сетевого напряжения. В случае стабилизатора-прототипа максимальное среднее значение входного напряжения на входе автотрансформатора прямо пропорционально максимальной амплитуде сетевого напряжения. Максимальное же значение действующего тока через входную обмотку одинаково в обоих случаях. Поэтому расчетная мощность автотрансформатора по прототипу во столько раз больше рас-. четной мощности автотрансформатора предлагаемого устройства, во сколько раз максимально возможная амплитуда сетевого напряжения больше минимально, возможной. Сокращение расчетной мощности автотрансформатора позволяет сократить потери на перемагничивание его. сердечника и снизить омические потери в его обмотках. Кроме того, это означает, что масса и габариты Автотрансформаторов уменьшаются. Пре;щагаемая схема импульсного стабилизатора переменного напряжения позволяет увеличить КПД, сократив при этом массу и габариты стабилизатора.

ill E

/

20

rfue.i

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий повышающий автотрансформатор, интегрирующий фильтр, вход которого шунтирован двухполярным рекуперирующим узлом, управляющий вход которого подключен к узлу синхронизации, и ключевой регулирующий элемент, управляющий вход которого соединен с выходом узла управления, вход которого подключен к выходным вью одам, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД и уменьшения массы и габаритов, в нем вход автотрансфор- матора подключен к входным выводам через ключевой регулирующий элемент, а его выход - к входу интегрирующего фильтра. Фиг.1 (Л О5 00