Импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M3/335 

+

ЬымЬ

LJ tlj«

n

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания электрорадиоаппаратуры.

Цель изобретения - уменьшение габаритов за счет уменьшения габаритов сглаживающего фильтра и снижение уровня коммутационных помех.

На фиг.1 представлена принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения; на фиг.2 -временные диаграммы напряжений и токов элементов схемы, поясняющие принцип действия стабилизатора. Импульсный стабилизатор напряжения (фиг.1) содержит первый входной конденсатор 1, две идентичные коммутирующие ячейки 2 и 3, каждая из которых содержит транзисторы , 5, включенные последовательно через дроссель 6, рекуперационный диод 7, соединяющий коллекторы транзисторов 4 и 5, рекуперационный диод 8, соединяющий эмиттеры транзисторов 4, 5, первый согласующий трансформатор 9, первый 10 и второй 11 выпрямительные диоды, первый сглаживающий дроссель 12. конденсатор 13 фильтра и узел 14 управления. В устройство дополнительно включены второй согласующий трансформатор 15, тре.тий 16 и четвертый 17 выпрямительные диоды, второй сглаживающий дроссель 18, третий согласующий трансформатор 19, пятый 20 и шестой 2 1 выпрямительные диоды и второй входной конденсатор 22. Параллельно включены последовательно соединенные первый 1 и второй 2 входные конденсаторы и первая 2 и вторая 3 коммутирующие ячейки. Первые выводы первичных обмоток первого 9 и второго 15 . согласующих трансформаторов соединены со средними точками токоограничительного дросселя t) соответственно первой 2 и второй 3 ячеек. Первый вывод первичной обмотки третьего согласующего трансформатора 19 соединен с общей точкой соединения входных конденсаторов и 22, а второй вывод-с вторыми выводами первичных обмоток первого 9 и второго 15 согласующих трансформаторов. Крайние выводы вторичных обмоток согласующих трансформаторов 9, 15 и 19 через выпрямительные диоды 10, 11, 16, 17, 20 и 21 соединены с первым выходным выводом стабилизатора, а второй выходной вывод стабилизатора соединен через первый сглаживающий дроссель 12 со средним выводом вторичной обмотки первого согласующего трансформатора 9, через второй сглаживающий дроссель 18 - со средним выводом вторичной обмотки второго согласующего трансформатора 15 и средним выводом третьего согласующего трансформатора 19 - непосредственно. Конденсатор 13 фильтра и вход узла 14 управления подключены параллель- 5 но выходу стабилизатора, а выходы узла 14 управления соединены с управляющими входами транзисторов 4, 5 обеих ячеек 2 и 3.

Импульсный стабилизатор работает 10 следующим образом.

На управляющие входы транзисторов 4, 5 ячейки 2 поступают с выходов узла 14 управления последовательности импульсов фиг.2А, а на управляющие входы транзисто- 15 ров 4, 5 ячейкм 3 - последовательность импульсов фиг.2 Б. В интервале времени уТ/2, когда открыты транзистор 4 ячейки 2 и транзистор 5 ячейки 3, к последовательно соединенным первичным обмоткам первого

20 9 и второго 15 согласующих трансформаторов приложено напряжение Un источника 1 питания. Поскольку согласуюи1,ие трансформаторы 9 и 15 выполнены идентичными,то к каждой из обмоток прикладывается напря25 жение, равное Un/2. Напряжение на вторичных полуобмотках станет равным U Un/2ni, где П1 - коэффициент трансформации первого 9 и второго 15 согласующих трансформаторов {фиг.2В). Это напряжение

0 откроет выпрямительные диоды 10 и 16 и энергия от источника питания будет поступать на выход стабилизатора через низкочастотный фильтр, образованный сглаживающими дросселями 12 и 18 и кон5 денсатором 13 фильтра, Напряжение на каждом из входных конденсаторов 1 и 22 (одинаковой емкости) равно половине на- пр ;жония источника питания IJr /2. Вследствие этого напряжения, приложенное к

0 первичной обмотке третьего согласующего трансформатора 19, равно нулю (фиг.2Г). Равно нулю и напряжение на его вторичной обмотке, выпрямительн1,1е диоды 20 и 21 заперты выходным напряжением стабили5 затора.

В следующем интервале длительностью (1-7)Т/2. когда открыты транзисторы 4 обеих ячеек, первичные обмотки согласующих трансформаторов 9 и 15 оказываются вклю0 ченными параллельно через дроссели 6, а первичная обмотка третьего согласующего трансформа тора 19 - последовательно с ними, и напряжение, приложенное к этой цепи, равно напряжению источника питания

5 минус напряжение на втором входном конденсаторе 22 (ФИГ.2Г). Ток, протекающий под действием этого напряжения, откроет выпрямительный диод 21. и напряжение на вторичной полуобмотке третьего согласующего трансформатора 19 зафиксируется напряжением на выходе стабилизатора DM. Это напряжение трансформируется на первичную сторону с величиной, равной UH пз, где пз - коэффициент трансформации трансформатора 19, следовательно, к первичным обмоткам первого 9 и второго 15 согласующих трансформаторов приложено напряжение, равное разности Un/2 - UH пз. Ток через индуктивность 12 и 18 (фиг.2Д) в этом интервале спадает, и его изменение А1н должно быть равно изменению тока в предыдущем интервале. К сглаживающим индуктивностям 12 и 18 на этом интервале приложено отрицательное напряжение (фиг.2Е).

В следующих интервалах второго полупериода рабочей частоты коммутации процессы аналогичны, изменяется только полярность напряжения на обмотках трансформатора, а ток проводят транзисторы 4 второй ячейки и транзисторы 5 обеих ячеек и выпрямительные диоды 10, 16 и 20. Токо- ограничительные дроссели 6 ячеек необходимы для ограничения сквозного тока на коротком интервале времени, когда проводят одновременно ком 1утирующие транзисторы 4 и 5 одной цепочки из-за их инерционности, и при переключении выпрямительных диодов 10-11,16-17 и 20-21. Рекуперационнь1е диоды 7, 8 служат для возврата в источник питания энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния токоог- раничительных дросселей 6 и согласующих трансформаторах 9,15 и 19.

За счет введения новых элементов достигается снижение габаритов сглаживающего дросселя и уровня коммутационных помех вследствие снижения скачков напряжения на сглаживающих дросселях, обеспечения непрерывного потребления мощности от источника питания и снижения загрузки транзисторов.

Предлагаемое устройство наиболее эффективно при использовании его в качестве сильноточного источника питания низкого напряжения с малым уровнем пульсаций.

Индуктивность сглаживающего дросселя и токоограничительного дросселя могут быть распределены произвольно, но так, чтобы их суммарная индуктивность определилась по приведенному выражению. Минимальная индуктивность токоограничительного дросселя определяется допустимым выбросом тока во время запирания коммутирующего транзистора, а индуктивность сглаживающих первого и второго дросселей может быть равна и нулю, т.е. средний вывод вторичных обмоток первого

и второго согласующего трансформаторси соединяется непосредственно с отрицательной клеммой выхода стэбилиз- орп. при этом увеличиваются на величину п L индуктивности полуобмоток токоограиичи- тельного дросселя. Однако суммарные габариты дросселей при этом возрастают так как токоограничительный дроссель выполнен двухобмоточным и ток протекает только

0 через одну из обмоток.

(

Формула изобретения Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий первый входной конденсатор,

5 соединенный первым выводом с первым входным выводом, две подключенные параллельно входным выводам коммутирующие ячейки, каждая из которых состой из двух последовательно соединенных

0 дроссель транзисторов, коллекторы которых соединены через первый рекупераци- онный диод, а эмиттеры через второй рекуперационный диод, первый согласующий трансформатор, первый вывод перр.ич5 ной обмотки которого соединен со средней точкой дросселя первой коммутирующей ячейки, крайние выводы вторичной обмотки через первый и второй пыпрямчте.чьные диоды соединены с первым выходным Bbiiitr

0 дом. а средний вывод через nepniui сглаживающий дроссель соединен с .irctr.N выходным выводом, конденсатор фильг :м. выводы которого соедимень с выходными, выводами и входом узла управления, сыхо5 ды которого соединены с управляющими входами транзисторов коммутирующих я г ек, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения габаритов за счет уменьшения габаритов сглаживаюпдего фильтра и гнижп

0 ния уровня коммутационных помех, в i-ero введены второй и третий согласуюи;ие трансформаторы, четыре выпрямительных диода, второй сглаживаю1ций дроссель п второй входной конденсатор, включенный

) между вторым входным выводом и вторым выводом первого конденсатора, первый вывод первичной обмотки второго согласующего трансформатора соединен со средним выводом дросселя второй комму0 тирующей ячейки, первый вывод первичной обмотки третьего согласующего трансформатора соединен с точкой соединения первого и второго конденсаторов, а вторые выводы первичных обмоток всех сог/1лсую5 щих трансформаторов соединены друг с другом, крайние выводы вторичных обмоток второго и третьего coглacyюLJ;иx трансформаторов соответственно через третий, четвертый, пятый и шестой выпрямительные диоды соединены с первым выходным выводом, средняя точка вторичной обмотки вто- второй сглаживающий дроссель, а третьего рого согласующего трансформатора соеди- согласующего трансформатора - непосред- нена с вторым выходным выводом через ственно,

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания электрорадиоаппаратуры. Целью изобретения является уменьшение габаритов за счет уменьшения габаритов сглаживающего фильтра и снижение уровня коммутационных помех. Устройство содержит входные конденсаторы 1, 22, коммутирующие ячейки 2, 3, согласующие трансформаторы 9, 15, 19, подключаемые через диоды 10, 11, 16, 17, 20, 21 и сглаживающие дроссели 12, 18 к выходу устройства. Благодаря введению согласующих трансформаторов 15, 19, выпрямительных диодов 16, 17, 20, 21 и их соответствующему включению снижаются скачки напряжения на сглаживающих дросселях при коммутациях транзисторов 4, 5, обеспечивается непрерывное потребление мощности от источника питания и снижается загрузка транзисторов 4, 5. Это позволяет уменьшить габариты сглаживающих дросселей 13 и 18 и уменьшить амплитуду помех на выходе. 2 ил.

/f 6

Г

г г/г

Фиг. 2

Ь

t