Стабилизирующий источник вторичного электропитания Советский патент 1988 года по МПК G05F1/56 

- Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации электроснабжения потребителей от первичного источника с высоким уровнем постоянного напряжения. Цель изобретения - повышение КПД и надежности работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема стабилизирующего источника вторичного электропитания; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его принцип действия.

Источник содержит регулирующие транзисторы 1-3 (фиг. 1), первый дроссель 4 с первой обмоткой 5, выполненной с проме10

диода 17 подключен к концу обмотки 5 дросселя 4, Вспомогательный конденсатор 23 через вспомогательные диоды 18 и 19 соединен параллельно с защитным конденсатором 20. Катоды развязывающих диодов 16 и 17 подключены к обкладкам вспомогательного конденсатора 23. Вторая обкладка сглаживающего конденсатора 24 соединена с катодом развязывающего диода 17. Один из выводов дросселя 8 подключен к эмиттеру регулирующего транзистора 3, а другой вывод - к началу обмотки 5 и концу обмотки 7 дросселя 4. Конец обмотки 6 последнего через последовательно включенные разрядный диод 11 и разрядный реакжуточным отводом, второй 6 и третьей 7 тор 12 соединен с минусовым выводом 34, обмотками, второй дроссель 8, первый 9 иподключенным через обратный диод 10 к навторой 10 обратные диоды, разрядный диодчалу обмотки 7 дросселя 4.

11, разрядный реактор 12, зарядные диоды

Устройство работает следующим образом.

Пусть к моменту времени to (фиг. 2) дополнительные 21 и 22 защитные конден- 20 открыты транзисторы 26 и 29 инвертора и саторы, вспомогательный 23 и сглаживаю-регулирующие транзисторы 1-3. Защитные

щий 24 конденсаторы, блок 25 управления, инвертор с транзисторами 26-29 и выходным трансформатором 30, силовой выпрями- гель 31 и силовой конденсаторный фильтр 32. Схема содержит также положительный олюс 33, отрицательный полюс 34 первич- Ього источника постоянного напряжения и ыходные выводы 35 и 36 для подключе- |ния нагрузки 37.

: Регулирующие транзисторы 1-3 включены последовательно. Коллектор регулирующего транзистора 1 соединен с плюсовым полюсом 33. Один из питающих выводов инвертора, связанный с эмиттерами транзисторов 27 и 29 подключен к минусовому

25

конденсаторы 21 и 22 разряжены, обратные диоды 9 и 10 и все остальные несиловые диоды закрыты. Блок 25 управления обеспечивает стабилизацию выходного напряжения источника посредством щиротно-импульсной модуляции сигналов управления, причем частота переключений транзисторов 26-29 инвертора меньше частоты переключений регулирующих транзисторов 1-3 в 2 раза. Этим DQ обеспечивается симметричный режим работы выходного трансформатора 30. В момент времени to блок 25 управления вырабатывает сигнал на запирание транзистора 1 и он запирается. Ток дросселя 4 при этом замыкается по цепи: первичный источник

пюлюсу 34, другой питающий вывод, свя- 5 постоянного напряжения - конденсатор 21- Ьанный с коллекторами транзисторов 26 идиод 13 - открытые транзисторы 2 и 3 -

28, - к концу обмотки 5 дросселя 4, а вы- хрд через силовые выпрямитель 31 и фильтр 52 - к выходным выводам 35 и 36. Катод

обратного диода 9 соединен с эмиттером

дроссель 8 - обмотка 5 дросселя 4 - транзистор 26 - первичная обмотка трансформатора 30 - транзистор 29. В момент времени ti напряжение на конденсаторе 21

регулирующего транзистора 3, а анод - с ми- 40 достигает величины Un-(U23 + U24), где нусовым полюсом 34, подключенным к первойUn - напряжение первичного источника;

обкладке сглаживающего конденсатора 24.U23 и U24 - напряжения на конденсаторах

Вход блока 25 управления подключен к23 и 24, и ток дросселя 4 замыкается

выходу силового фильтра 32, а выходы - кпо цепи: открытые транзисторы 2 и 3 -

базовым цепям регулирующих транзисто- дс дроссель 8 - обмотка 5 дросселя 4 - тран- ров 1-3 и управляющим входом инвер-зистор 26 - первичная обмотка трансфортора (к базовым цепям транзисторов 26-29),матора 30 - транзистор 29 - конденсаторы 24 и 23 - диоды 18 и 13. При этом происходит частичный разряд конденсаторов 23 и 24 током дросселя 4.

В момент времени tg сигналом с блока 25 управления запирается транзистор 2 и ток дросселя 4 замыкается через конденсатор 20 и диод 14. В момент времени ts напряОбкладки защитного конденсатора 20 через зарядные диоды 13 и 14 соединены с эмиттерами регулирующих транзисторов 1 и 2. Анод развязывающего диода 16 под- 50 ключен к промежуточному отводу обмотки Б дросселя 4. Защитный конденсатор 21 включен между коллектором регулирующего транзистора 1 и анодом зарядного жение на конденсаторе 20 достигает величины напряжения на конденсаторе 23 и ток

диода 13, а защитный конденсатор 22 - между анодом зарядного диода 14 и началом55 дросселя 4 замыкается через диоды 19 и обмОтки 6 дросселя 4, соединенным через14, транзистор 3, дроссель 8, обмотку 5, зарядный диод 15 с эмиттером регулирую-транзисторы 26 и 29, первичную обмотку тран- щего транзистора 3. Анод развязывающегосформатора 30, конденсатор 24.

диода 17 подключен к концу обмотки 5 дросселя 4, Вспомогательный конденсатор 23 через вспомогательные диоды 18 и 19 соединен параллельно с защитным конденсатором 20. Катоды развязывающих диодов 16 и 17 подключены к обкладкам вспомогательного конденсатора 23. Вторая обкладка сглаживающего конденсатора 24 соединена с катодом развязывающего диода 17. Один из выводов дросселя 8 подключен к эмиттеру регулирующего транзистора 3, а другой вывод - к началу обмотки 5 и концу обмотки 7 дросселя 4. Конец обмотки 6 последнего через последовательно включенные разрядный диод 11 и разрядный реактор 12 соединен с минусовым выводом 34, подключенным через обратный диод 10 к наПусть к моменту времени to (фиг. 2) открыты транзисторы 26 и 29 инвертора и регулирующие транзисторы 1-3. Защитные

конденсаторы 21 и 22 разряжены, обратные диоды 9 и 10 и все остальные несиловые диоды закрыты. Блок 25 управления обеспечивает стабилизацию выходного напряжения источника посредством щиротно-импульсной модуляции сигналов управления, причем частота переключений транзисторов 26-29 инвертора меньше частоты переключений регулирующих транзисторов 1-3 в 2 раза. Этим обеспечивается симметричный режим работы выходного трансформатора 30. В момент времени to блок 25 управления вырабатывает сигнал на запирание транзистора 1 и он запирается. Ток дросселя 4 при этом замыкается по цепи: первичный источник

постоянного напряжения - конденсатор 21- диод 13 - открытые транзисторы 2 и 3 -

В момент времени tg сигналом с блока 25 управления запирается транзистор 2 и ток дросселя 4 замыкается через конденсатор 20 и диод 14. В момент времени ts напряжение на конденсаторе 20 достигает величины напряжения на конденсаторе 23 и ток

дросселя 4 замыкается через диоды 19 и 14, транзистор 3, дроссель 8, обмотку 5, транзисторы 26 и 29, первичную обмотку тран- сформатора 30, конденсатор 24.

В момент времени t4 транзистор 3 сигналом с блока 25 управления запирается, а ток дросселя 4 замыкается через конденсатор 22 и диод 15. В момент времени ts напряжение на конденсаторе 22 достигает величины напряжения на конденсаторе 24, диод 19 запирается, ток дросселя 4 замыкается по цепи: транзистор 26 - первичная обмотка трансформатора 30 - транзистор 29 - обратный диод 9 - дроссель 8. Напряжение на обмотке 5 дросселя 4 меняет свою полярность и становится равным напряжению выходной цепи источника вторичного электропитания, приведенному к первичной обмотке трансформатора 30. Под действием напряжения на обмотке 7 дросселя 4 ток через дроссель 8 и диод 9 уменьшается, а через диод 10 возрастает. В момент времени te ток в дросселе 8 уменьшается до нуля и диод 9 запирается напряжением на обмотке 7 дросселя 4. На последующем интервале (te и t) ток дросселя 4 протекает через диод 10.

В момент времени t сигналом с блока 25 управления происходит запирание транзисторов 26 и 29 и одновременное отпирание транзисторов 27 и 28 инвертора, а также регулирующих транзисторов 1-3. Напряжение LJn первичного источника прикладывается к дросселю 8, что вызывает нарастание тока через диод 10. Одновременно меняется направление тока в первичной обмотке трансформатора 30. Напряжение на этой обмотке возрастает до напряжения на конденсаторе 24 из-за наличия индуктив- ностей рассеяния обмоток указанного трансформатора. Ток дросселя 4 перераспределяется между первичной обмоткой трансформатора 30 и конденсатором 24, вызывая заряд этого конденсатора.

В момент времени tg ток в первичной обмотке трансформатора 30 достигает величины тока нагрузки, приведенного к первичной обмотке, и открываются диоды силового выпрямителя 31. При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора 30 уменьшается до величины напряжения на нагрузке 37, приведенного к первичной обмотке и диод 17 запирается.

В момент времени tg диод 10 запирается, ток дросселя 4 замыкается через открытые транзисторы 1-3, дроссель 8, транзисторы 27 и 28 и первичную обмотку трансформатора 30. Конденсатор 23 подзаряжается примерно до напряжения на обмотке дросселя 4, равного (Un-UH), где UH - напряжение на нагрузке 37, приведенное к первичной обмотке трансформатора 30. Одновременно начинается разряд конденсаторов 20-22. Ток разряда указанных конденсаторов меняется по синусоидальному закону и протекает по цепи: конденсаторы 20-22 - транзисторы 1-3 - дроссель 8 - обмотка 5 дросселя 4 - транзистор 28 - первичная обмотка трансформатора 30 - транзистор 27 - реактор 12 - диод 11 - обмотка 6 дросселя 4. Собственная частота указанного колебательного контура определяется суммарной емкостью последовательно соединенных конденсаторов 21-22 и суммарной индуктивностью дросселя 8 и реактора 12. Разряд конденсаторов 20-22 происходит на противо-ЭДС,-равную UH, поскольку напряжение на обмотке 6 дросселя 4 компенсирует напряжение на обмот ке 5 этого дросселя.

В момент времени tio напряжения на конденсаторах 20-22 уменьшаются до нуля, открывается диод 15 и энергия, накопленная в реакторе 12, сбрасывается в нагруз5 ку 27. В дальнейшем до момента времени til запирания транзистора 1 процессы в источнике аналогичны процессам в обычном импульсном регуляторе напряжения.

В момент времени tn на выходе блока 25 управления появляется импульс на запи0 рание транзистора 1. Начиная с этого момента времени, процессы в источнике повторяются в указанном порядке.

Таким образом, в предлагаемом источнике энергия, накапливаемая в зашитных

5 конденсаторах 20-22 и дросселе 8, регулируется в нагрузку 37. При этом суммарное напряжение на регулирующих транзисторах 1-3 не превышает входного. Принятое включение сглаживающего конденсатора 24 обеспечивает ограничение величины пере0 напряжения, возникающего на транзисторах 26-29 инвертора на этапе реверсирования тока в индуктивностях рассеяния выходного трансформатора 30.

5

0

Формула изобретения

Стабилизирующий источник вторичного электропитания, содержащий N последовательно включенных регулирующих транзисторов, коллектор первого из которых соединен с выводом для подключения плюсового полюса первичного источника постоянного напряжения, инвертор, один из питающих выводов которого подключен к выводу для подключения минусового полюса первичного источника постоянного на5 пряжения, другой питающий вывод - к концу первой обмотки первого дросселя, выполненной с N-2 промежуточными отводами, а выход через силовые выпрямитель и фильтр - к выводам для подключения нагрузки, первый обратный диод, катод ко0 торого соединен с эмиттером N-ro регулирующего транзистора, а анод - с выводом для подключения минусового полюса первичного источника постоянного напряжения, подключенным к первой обкладке сглаживающего конденсатора, блок управления, вход которого подключен к выходу силового фильтра, а выходы - к базовым цепям регулирующих транзисторов и управляющим входам инвертора, N-2 последовательно вклю5

ценных основных защитных конденсаторов, обкладки которых через N-1 зарядных диодов соединены с эмиттерами первого и пс1следующих вплоть до (N-1)-го регулиру- юдих транзисторов, N-2 развязывающих , аноды которых подключены к про- мфжуточным отводам первой обмотки пер- вОго дросселя, отличающийся тем, что, с ц(|лью повыщения КПД и надежности ра- ббты, в него введены два дополнительных зг щитных конденсатора, N-2 вспомогатель- них конденсаторов, N-1 вспомогательных диодов, N-й зарядный диод, (N-1)-й

Р

второй обратный диод, разрядный реактор, орой дроссель, а первый дроссель снабВ1

ж

ai

Ч

звязывающий диод, разрядный диод.

ш второй и третьей обмотками, причем первый дополнительный защитный конденсатор включен между коллектором первого регулирующего транзистора и анодом пер- вс го зарядного диода, а второй дополнительный защитный конденсатор - между

одом (N-1)-го зарядного диода и налом второй обмотки первого дросселя.

соединенным через N-й зарядный диод с эмиттером N-ro регулирующего транзистора, анод (N-1)-го развязывающего диода подключен к концу первой обмотки первого дросселя, вспомогательные конденсаторы через вспомогательные диоды соединены параллельно с основными защитными конденсаторами, катоды развязывающих диодов- подключены к обкладкам соответствующих вспомогательных конденсаторов, вторая обкладка сглаживающего конденсатора соединена с катодом (N-1)-го развязывающего диода, один из выводов второго дросселя подключен к эмиттеру N-ro регулирующего транзистора, а другой вывод - к началу первой и концу третьей обмоток первого дросселя, конец второй обмотки последнего через последовательно включенные разрядный диод и разрядный реактор соединен с выводом для подключения минусового полюса первичного источника постоянного напряжения, подключенным через второй обратный диод к началу третьей обмотки первого дросселя.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, сопряженным с первичным источником постоянного напряжения высокого уровня. Цель изобретения - повышение КПД и надежности работы. Силовой тракт устр-ва составляют последовательно включенные регулируюшие тран54зисторы 1-3, дроссели 8, 4, инвертор, выполненный на транзисторах 26-29 и снабженный выходным трансформатором 30, выпрямитель 31 и фильтр 32. Накапливае- мая в заш.итных конденсаторах 20-22 и дросселе 8 энергия рекуперируется в нагрузку 37. При этом суммарное напряжение на регулируюш.их транзисторах 1-3 не превышает входного. Вспомогательный 23 и сгла- живаюший 24 конденсаторы обеспечивают точное деление напряжения на регулиру- юших транзисторах 1-3. Принятое включение сглаживаюш,его конденсатора 24 позволяет также ограничить величину перенапряжения, возникающего на транзисторах 26-29 инвертора на этапе реверсирования тока в индуктнвностях рассеяния выходного трансформатора 30. Дроссель 8 и защитные конденсаторы 20-22- формируют безопасные траектории включения и выключения регулирующих транзисторов 1-3. 2 ил. с $3 (Л с со 00 05 ос ;о

30

Фиг. 2