Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/44 

00 05

ел

о ел

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, где требуется стабилизация переменного напряжения сети по амплитуде и-действующему з}1ачению од повременно, например при питании цветного телевизора для накала кинескопа нужна стабилизация по действующему значению, а для всей остальной схемы - по амплитуде.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения одновременной стабилизации переменного напряжения по амплитуде и действующему значению.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора переменного напряжения; на фиг.2 - эпюры напряжений и токов в отдельных ее узлах,

Стабилизатор содержит автотрансформатор 1, у которого вьтод начала основной обмотки 2 подключен одновременно к первому входному вьшоду 3 и к первому выходному вьшоду 4, точка соединения вьшода конца основной обмотки 2 и вывода начала обмотки 5 повышения напряжения через первый ключ 6 переменного тока, состоящий из второго диодного моста 7 и второго транзистора 8, подключена к второму входному вьшоду 9, к которому через последовательно соединенные второй ключ 10 переменного тока и регулирующий элемент 11, состоящий из первого диодного моста 12 и первого транзистора 13, подключен вывод конца обмотки 14 понижения напряжения, а точка соединения вьшода начала обмотки 14 понижения напряжения и вывода конца обмотки 5 повьш1ения напряжения подключена-к второму выходному вьгооду 15. Широтно- импульсный модулятор 16 содержит выпрямители 17 - 19, вьшрямитель 20 пульсирующего напряжения, управляющий оптрон 21, опорный стабилитрон 22, компаратор 23, резисторы 24 и 25 сравнения, диод 26 сравнения, интегрирующий конденсатор 27, транзистор

28.

I

Датчик 29 амплитудного значения содержит мостовой вьшрямитель 30, стабилитрон 31 амплитуды, выходной оптрон 32 датчик 33 действующего значения, в состав которого входят вакуумный диод 34, стабилитрон 35, компенсационный резистор 36, выпрямитель

3

650572

37 управления, выпрямитель 38 анодного напряжения, оптрон 39 управления, транзистор 40 управления, транс форматор 41 питания цепей управления. Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом.

В начале каждого полупериода входного напряжения первый ключ 6 перемен- 10 ного тока открыт, так как в широтно- импульсном модуляторе 16 интегрирующий конденсатор 27, заряженный от выпрямителя 19 через открытый транзистор 28, заряжается через диод 26 срав1Г нения и резистор 25 сравнения. При этом напряжение на резисторе 25 сравнения превышает выходное напряжение выпрямителя 20 пульсирующего напряжения и поэтому он закрыт. Напряжение

20 на резисторе 24 сравнения отсутствует, поэтому на неинвертирующем входе компаратора 23 сигнала нет, а поступает он только на инвертирующий вход через делитель напряжения с опорного ста25 билитрона 22. Это приводит к тому, что управляющий оптрон 21, включенный на выходе компаратора 23, открыт и напряжение с выпрямителя 17 открывает первый ключ 6 переменного тока в на30 чале каждого полупериода входного напряжения.

В начале каждого полупериода входного напряжения с трансформатора 41 питания цепей управления напряжение

jt, поступает на открытие второго ключа 10 переменного тока, а с датчика 33 действующего значения от вьтрямителя 37 управления через открытый транзистор 40 управления напряжение поступа-

40 ет на открьп-ие первого транзистора 13 регулирующего элемента 11. Но так как первый ключ 6 переменного тока открыт, то вначале каждого полупериода входного напряжения второй ключ

45 10 переменного тока и регулирующий элемент 11 закрыты обратным напряжением, представляющим собой сумму напряжений с обмотки 5 повьш1ения напряжения и обмотки 14 понижения на50 пряжения автотрансформатора I.

Рассмотрим процесс стабилизации амплитуды выходного напряжения.Пусть выходное напряжение по амплитуде превысило заданное значение, тогда

55 в датчике 29 амплитудного значения напряжение на выходе мостового выпрямителя 30 увеличится, произойдет пробой стабилитрона 31 амплитуды и включение выходного оптрона 32, которьй

3

подзакрывает транзистор 28 широтно- и тульсного модулятора 16. В результате этого напряжение на интегрирующем конденсаторе 27 и на резисторе 25 сравнения т еньшится, напряжение с выпрямителя 20 пульсирующего напряжения при амплитудных значениях начнет превышать напряжения на резисторе 23 сравнения, диод 26 сравнения закроется, на резисторе 24 сравнения появится напряжение, которое, воздействуя, на неинвертирующий вход компаратора 23, заставит его сработать и обеспечить сигнал на управляющий оптрон 21 и соответственно выключить первый ключ 6 переменного тока.

Длительность импульса выключения первого ключа 6 переменного тока определяется временем превьшения вершинок полупериодов с выпрямителя 20 пульсирующего напряжения над напряжением на интегрирующем конденсаторе 27 (фиг.2). Чем больше это превышение, тем длительность импульса выключения больше и наоборот, причем при любой длительности этого импульса он симметричен относительно ТГ/2 и 3 ii /2 входного напряжения. При этом ток через светодиод управляющего оптрона 21 представляет собой прямоугольные импульсы (фиг.2). Как только первый ключ 6 переменного тока закроется на время, то начинает перетекать ток через второй ключ 10 переменного тока, регулирующий элемент 1I и обмотку 14 понижения напряжения. Это приводит к уменьшению выходного напряжения, при этом форма выходного напряжения

Ugj,,, принимает вид показанный на фиг.2.

Таким образом, с увеличением амплитуды выходного напряжения выходной оптрон 32 сильнее подэакрывает транзистор 28, что приводит к уменьшению напряжения на интегрирующем конденсаторе 27 и увеличению длительности импульса выключения первого ключа 5 переменного тока и наоборот.

Такая схема обратной связи позволяет поддерживать амплитуду выходного напряжения стабилизатора постоянной с заданной точностью.

При увеличении действующего знача ния выходного напряжения увеличивается температура катода насыщения вакуумного диода 34, ток от вьшрямителя 38 анодного напряжения через светодиод оптрона 39 управления, стабилитрон 35 и вакуумный диод 34 увеличится, транзистор оптрона 39 управления

подзакрьшает транзистор 40 управления и соответственно регулирующий элемент 11, что приведет к уменьшению действующего значения выходного напряжения. Таким образом, с заданной точностью поддерживается действующее значение выходного напряжения.

Компенсационный резистор 36 позволяет скомпенсировать нестабильность действующего значения выходного напряжения .

Число витков обмотки повьшения напряжения (фиг.2) выбирают исходя из допустимого минимального входного напряжения, а число витков обмотки 14 понижения напряжения выбирают таким образом, чтобы при изменении входного напряжения при заданной амплитуде Ugbix изменение действующего значения Ua еьи имело кривую Д.

Можно сделать так, что с увеличе - нием иц действующее значение Ua вых уменьшается и наоборот, при этом обеспечивается минимальная мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе 1 1 .

Таким образом, предлагаемый стабилизатор осуществляет одновременно стабилизацию выходного напряжения по де11ствующему значению и амплитуде.

Для чисто емкостной нагрузки регулирующий элемент 11 и датчик 33 действующего значения могут отсутство- вать и стабилизируется только ампли-

туда UebuПолная симметрия полупериодов Ugs,, исключает ухудшение costf сети (фиг.2). При вьшрямлении такого напряжения коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (по сравнению с обычной синусоидой) не только не

увели гивается, а даже уменьшается

Таким образом, предлагаемый стабилизатор обладает высоким КПД, так как при соответствующем подборе чис-

Изобретение относится к области электротехники и может быть исполь,зовано для питания различных устройств РЭА переменным напряжением. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения одновременной стабилизации переменного напряжения по амплитуде и действующему значению. Стабилизатор содержит автотрансформатор 1 с обмотками: основной 2, повышения 5, понижения 14, первый 6 и второй 10 ключи переменного тока, регулирующий элемент 11, гаиротно-импульсный модулятор (ШИМ) 16, осуществляющий управление первым ключом 6, датчики действующего 33 и амплитудного 29 значении, входы которых подключены к обмоткам автотрансформатора 1, трансформатор питания цепей управления 41. Введенные цепи обратной связи позволяют поддерживать амплитуду и действующее значение выходного напряжения постоянными с заданной точностью. 2 ил. / ш (Л

Стабилизация действующего значения55 витков обмотки понижения напряже- выходного напряжения осуществляетсяния во всем диапазоне изменения вход- регулирующим элементом 11 в моменты,ного напряжения обеспечивается мини- когда закрыт первый ключ 6 переменно-мальная мощность, рассеиваемая на ре- го тока.гулирующем элементе, работающем в ли-

нейно-импульсном режиме. Использование такого стабилизатора для питания различных устройств радиоэлектронной аппаратуры позволяет увеличить срок их службы, обеспечить экономию электроэнергии без ухудшения cosLf сети за счет уменьшения рассеиваемой мощности на линейных и импульсных стабилизаторах питаемых устройств РЭА, а также увеличить их надежность.

Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий автотрансформатор, у которого вьшод начала основной обмотки подключен к первому входному и к первому выходному вьшодам, точка соединения вьюода -конца основной обмотки и вывода начала обмотки повышения напряжения через первый ключ переменного тока подключена к второму входному вьтоду, который через второй ключ переменного тока связан с вьшодом конца обмотки понижения напряжения, а точка соединения вьшода начала обмотки понижения напряжения и вывода конца обмотки повьш1ения напряжения подключена к второму вькод- ному выводу, блок управления первым ключом переменного тока, вход которого подключен к выходу датчика выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей ста

билитрона путем обеспечения одновременной стабилизации переманного напряжения по амплитуде и действующему значению, в него введен включенный последовательно с вторым ключом пе-

ременного тока регулирующий элемент, выполненный в виде первого диодного моста и первого транзистора, включенного коллекторно-эмиттерным переходом в диагональ постоянного тока первого диодного моста, а база-эмиттер- ным переходом подключенного к выходу введенного датчика действующего значения, своим входом подключенного к одной из обмоток автотрансформатора,

при этом первый ключ переменного тока выполнен в виде второго диодного моста и второго транзистора, включенного коллекторно-эмиттерным переходом в диагональ постоянного тока вто-

рого диодного- моста, а база-эмиттер- ным переходом - к выходу блока управления, выполненного в виде широтно- импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу датчика выходного напряжения, выполненного в виде датчика амплитудного значения, своим входом подключенного к одной из обмоток автотрансформатора.

fJebfx.

21

и 20

1 g. Вых.

и

27

Фиг. 2