Стабилизированный источник питания Советский патент 1988 года по МПК H02M3/337 

сх оо о

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры,

Цель изобретения - упрощение устройства, уменьшение габаритов и снижение уровня помех.

На фиг.1 представлена принципиальная схема источника питания; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие принцип источника работы.

Источник питания содержит транзисторный полумостовой инвертор, выполненный на конденсаторах 1 и 2 емкост ного делителя, подключенных к источнику 3 питания, силовых транзисторах

4и 5 и силовом трансформаторе 6, первичная обмотка 7 которого подключена между средней точкой емкостного дели теля и точкой соединения первичных обмоток 8 и 9 корректирующих дросселей 10 и 11, которые включены в цепь тока коллектора транзисторов 4 и 5, Вторичные обмотки 12 и 13 корректи- рующих дросселей 10 и И включены в цепь тока вторичных полуобмоток 14 и

15 соответственно, силового трансформатора 6, соединенных с вьшрямитель- ными диодами 16, которые через выходной фильтр, состоящий из дросселя 17 и конденсатора 18, подключены к нагрузке 19, Между коллекторами и эмиттерами транзисторов 4 и 5 включены RCD-звенья 20 и 21, состоящие из конденсаторов 22 и 23, диодов 24 и 25 и резистора 26, Между коллекторами и между эмиттерами транзисторов 4 и

5включены диоды 27 и 28 обратного тока,

Блок 29 управления транзисторным полумостовьгм инвертором включает интегратор 30, источник 31 опорного напряжения, компаратор 32, генератор 33 коротких импульсов, RS-триггер 34, распределитель 35 импульсов, усилитель 36 и 37 мощности и датчик ЗЯ напряжения несимметрии. Дроссель 17 имеет дополнительную обмотку 39, Позициями 40-50 обозначены диаграммы токов и напряжений схемы.

Источник питания работает следующим образом.

Блок 29 управления вырабатывает модулированные по ширине импульсы тока, поступающие от усилителей 36 и 37 мощности в эмиттер-базовые цепи силовых транзисторов 4 и 5 полумостового инвертора. Положительные

5

0 5

о

Q

5

5

0

5

импульсы тока базы транзисторов вызывают появление тока коллектора транзисторов 4 и 5 (фиг,2, диаграммы 40 и 41 соответственно).

Ток коллектора транзистора 4 замыкается по контуру: положительный вывод источника 3 питания, коллектор- эмиттер транзистора 4, первичная обмотка 8 корректирующего дросселя К), первичная обмотка 7 силового трансформатора 6, средняя точка конденса- торов 1 и 2, отрицательный вывод источника 3, Ток коллектора транзистора 3 течет от положительного вывода источника 3, через среднюю точку конденсаторов 1 и 2, обмотку 7 трансформатора 6, первичную обмотку 9 корректирующего дросселя 1I, коллектор- эмиттер транзистора 5, отрицательный вывод источника 3,

Кроме этого, в токе транзистора 4 присутствует составляющая тока заряда корректирующего конденсатора 23 корректирующей RCD-цепочки транзистора 5 (фиг,2, диаграмма 46 напряжения на конденсаторе 23), Этот ток при открытом транзисторе 4, например, в промежутке времени t - t протекает по обмоткам 8 и 9 корректирующих дросселей 10 и 11, диоду 25 и конденсатору 23 и вызывает выброс на переднем фронте тока коллектора (фиг,2, диаграмма 42) и импульс тока в обмотке 9 дросселя 1I при закрытом транзисторе 5 (фиг,2, диаграмма 43), В токе открытого транзистора 5, например, в промежутке времени t - tj присутствует составляющая тока заряда корректирующего конденсатора 22 RCD-цепочки транзистора 4 (фиг,2, диаграмма 47 напряжения на конденсаторе 22),

Величина выбросов тока коллектора транзисторов 4 и 5, обусловленная зарядом конденсаторов 22 и 23, ограничивается индуктив1 остью первичных обмоток дросселей 10 и 11, входящей в цепи заряда конденсаторов 22 и 23. Вторичные обмотки 12 и 13 дросселей 10 и 11 включены в цепь тока вторичных полуобмоток 14 и 15 силового трансформатора 6, При этом первичные и вторичные обмотки каждого дросселя включены в противоположные фазы преобразователя. Поэтому ток первичной обмотки дросселей намагничивает сердечник в одну сторону (фиг,2, граммы 42 и 43 токов первичных об 1418870

моток 8 и 9), а ток вторичных обмоток размагничивает сердечник и пере- магничивает его в другую сторону, выводя накопленную в дросселе энер- g гию в нагрузку (фиг,2, диаграммы 44 и 45 тока соответственно вторичных бмоток 12 и 13 дросселей 10 и П). Правильным выбором коэффициента трансформации между первичной и вто- 10 ричной обмотками корректирующих дросселей можно добиться практически симметричного режима перемагничивания сердечников дросселей, В первом

званное протеканием тока по перви ной обмотке 7 трансформатора 6,

В источнике питания устранены короткие замыкания вторичной обмо ки трансформатора в моменты комму ции диодов вьтрямителя, обычно им щие место ввиду, конечного времени восстановления обратного сопротив ния выпрямительных диодов. Рассмо

рим момент времени tj

Нарастан

тока коллектора транзистора 5 (фи диаграмма 41) происходит не много но. За счет индуктивности первичн

приближении (без учета поля рА сеяния 15 обмотки 9 дросселя 11 происходит

и токов заряда конденсаторов 22 и 23) коэффициент трансформации между первичной и вторичной обмотками корректирующих дросселей надо выбирать равным коэффициенту трансформации сило- 20 вого трансформатора. При этом размах индукции в сердечниках дросселей увеличивается пр сравнению с известным источником не менее чем в два раза, что позволяет существенно уменьшить габариты дросселей,

25

задержка нарастания тока коллекто что вызывает задержку нарастания пряжения на вторичных обмотках 14 лового трансформатора 6, Напряжен на вторичной обмотке 13 дросселя появляется практически мгновенно, что приводит к переходу тока нагр ки из фазы, в которую включена вт ричная обмотка 13 дросселя 11, в зу, в которую входят вторичные о мотки 14 силового трансформатора Поэтому к моменту времени, когда вляется напряжение на обмотках 14 ток в диодах 16, соединенных с об

Включение вторичных обмоток 12 и 13 корректирующих дросселей 10 и 11 последовательно в противофазные цепи вторичных обмоток силового трансформатора облегчает режим коммутации выпрямительных диодом 16. Рассмотрим, например, момент времени t , когда включается транзистор 5 и появляется ток коллектора (фиг.2, диаграмма 41) и ток в первичной обмотке 9 корректирующего дросселя 11 (фиг.2, диаграмма 43}. До этого момента в промежутке времени t - t тока протекает по вторичной обмотке 13 дросселя 11 (фиг.2, диаграмма 45) за счет напряжения на вторичных обмотках 15 силового трансформатора 6 в интервале te - t

) и за счет напряжения самоин- дукции дросселя 17 в интервале t, - ti , Появление тока транзистора 5 при водит к появлению ЭДС на вторичной обмотке 13 дросселя 11, направленной встречно ЭДС самоиндукции дросселя 17 и прекращению тока через выпрямительные диоды 16 данной фазы вьшрямите- лй (фиг.2, диаграмма 45), Весь ток дросселя 17 переходит в другую фазу, в которую йключена вторичная обмотка 12 дросселя 10 (фиг,2, диаграм- г ма 44), Этому способствует появляющееся на вторичных обмотках 14 силового трансформатора 6 напряжение, вы

званное протеканием тока по первичной обмотке 7 трансформатора 6,

В источнике питания устранены короткие замыкания вторичной обмотки трансформатора в моменты коммутации диодов вьтрямителя, обычно имеющие место ввиду, конечного времени восстановления обратного сопротивления выпрямительных диодов. Рассмотрим момент времени tj

Нарастание

тока коллектора транзистора 5 (фиг.2, диаграмма 41) происходит не многовен- но. За счет индуктивности первичной

обмотки 9 дросселя 11 происходит

задержка нарастания тока коллектора, что вызывает задержку нарастания напряжения на вторичных обмотках 14 силового трансформатора 6, Напряжение на вторичной обмотке 13 дросселя.11 появляется практически мгновенно, что приводит к переходу тока нагрузки из фазы, в которую включена ричная обмотка 13 дросселя 11, в фазу, в которую входят вторичные обмотки 14 силового трансформатора, Поэтому к моменту времени, когда появляется напряжение на обмотках 14, ток в диодах 16, соединенных с обмотками 15, успевает упасть до иуля, а диоды выпрямителя успевают восстановить обратное сопротивление. Таким образом, дроссели 10 и 11 являются элементами, облегчающими коммутацию

выпрямительных диодов, предотвращая короткие замыкания вторичных обмоток в моменты восстановления обратного сопротивления вьтрямительных дио.-г дов.

Упрощение источника по сравнению с известным достигается применением одного разрядного резистора 26, общего для двух RCD-звеньев 22,24 и 23,25, вместо двух резисторов. Напряжение на разрядном резисторе 26 показано на диаграмме 48 (фиг,2).

Напряжение на обмотках трансформатора 6 показано на диаграмме 49 (фиг,2), Узкие импульсы напряжения соответствуют моментам выключения силовых транзисторов, когда включаются в работу диоды 27 и 28 обратного тока. При выключении транзистора 4 за счет ЭДС самоиндукции дросселя 10 ток в нем продолжает протекать по цепи: отрицательный вывод источника 3, диод 28, обмотка 8 дросселя 10, обмотка 7 трансформатора 6, средняя точка конденсаторов I и 2, заряжая

5

конденсатор 2, При выключении транзистора 5 ток в обмотке 9 дросселя 1 продолжает протекать за счет ЭДС ; самоиндукции по цепи: средняя точка конденсаторов 1 и 2, обмотка 7 трансформатора 6, обмотка 9 дросселя И, диод 27, положительный вывод источника 3, заряжая конденсатор 1.

Напряжение обратной сйязн для системы стабилизации выходного напряжения снимается с дополнительной обмотки дросселя 17, имеющей такое же число витков, как у основных обмоток и одним концом соединенной с нагрузкой. Напряжение на другом конце обмотки в точке 39 (фиг.2, диаграмма 50) поступает на интегратор 30 блока 29 управ ления. Последний регулирует ширину импульсов тока коллектора транзисторов 4 и 5 так, чтобы среднее значение напряжения в точке 39 быпо постоянным, чем обеспечивается постоянная величина выходного напряжения.

В напряжении точки 39 учитываются падения напряжения на всех элементах источника, включая падение напряжения на омическом сопротивлении обмоток дросселя 17, поэтому жесткость внешней характеристики предлагаемого источника пи+ания определяется только точностью блока 29 управления и не зависит от параметров дросселей 10 и П.

Таким образом, упрощается устройство за счет исключения двух выпрямительных диодов и одного резистора и упрощения конструкции сглаживающего дросселя. Уменьшены габариты за счет уменьшения габаритов корректирующих дросселей.

Кроме того, повьппается КПД источника питания за счет более эффективного вывода энергии, накапливаемой в кор ектирующих дросселях в моменты;

06

включения силовых транзисторов. Уменьшен уровень генерируемых помех за счет облегчения процессов коммута- ции вьшрямительиых диодов и предот- врап1ения коротких импульсов тока вторичных обмоток, которые могут возникать ввиду конечного времени восстановления обратного сопротивления выпрямительных диодов. I Формула изобретения

Стабилизированный источник питания, содержащий транзисторный полумостовой инвертор напряжения с силовым трансформатором, к вторичным полуобмоткам которого подключены двухполупериодный выпрямитель и

LC-фильтр, блок управления с шмротно- импульсной модуляцией, гальваничес- ки развязанные выходы которого соединены с управляющими входами транзисторов, RCD-звенья, последовательно соединенные конденсаторы и диоды которых шунтируют во встречном направлении силовую цепь каждого транзистора инвертора напряжения, последовательно с которым включены

корректирующие дроссели, отличающийся тем, что, с целью упрощения, уменьшения) габаритов и снижения уровня помех, введены вторичные обмотки корректирующих дросселей, которые включены согласно последовательно с вторичными полуобмотками силового трансформатора, а первичные обмотки корректирующих дросселей соединены встречно последовательно,

общая точка соединения подключена к началу первичной обмотки силового трансформатора, причем общие точки диодов и конденсаторов упомянутых RCD-звеньев соединены объединенным

резистором.

50

Изобретение относится к электротехнике , а именно к вторичным источ никам электропитания. Цель изобретения - упрощение устройства, уменьшение его габаритов и снижение уровня помех. Устройство состоит из полумостового инвертора с силовым трансформатором 6 и вьшрямителем 16 с фильтром. В цепь тока силовых транзисторов 4 и 5 включены первичные обмотки 8 и 9 корректирующих дросселей 10 и 11. Б цепь тока противофазных вторичных полуобмоток 14 и 15 силового трансформатора 6 включены вторичные обмотКи 12 и 13 корректирующих дросселей 10 и II. При этом из схемы устройства исключаются два выпрямительных диода, уменьшаются габариты корректирующих дросселей за счет возможности симметричного перемагничи- вания сердечников дросселей и снижается уровень помех, генерируемых источником, за счет улучшения коммутационных процессов в вьтрямителе. Упрощение устройства достигается также путем применения одного разрядного резистора 26, общего для двух RCD - звеньев 20 и 21. 2 ил. 2 t (Л

Редактор В.Петраш

Фиг. 2

Составитель Н.Цишевская

Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик