Импульсный регулятор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в бортовых источниках питания и электроприводах постоянного тока.

Цель изобретения - снижение пульсаций выходного напряжения и обеспечение постоянства его среднего значения в режиме холостого хода.

На фиг.1 показана схема импульсного регулятора постоянного напряжения; на фиг.2 -диаграммы напряжений в регуляторе и алгоритм переключений транзисторов.

Импульсный регулятор напряжения содержит регулирующий транзистор 1, коллектором подключенный к входному выводу для подключения положительного полюса источника питания, эмиттер которого связан с первым индуктивно-емкостным фильтром, состоящим из дросселя 2 и конденсатора 3. Эмиттер транзистора 1 и общий вывод для подключения отрицательного полюса источника питания и нагрузки связаны через возвратный диод 4 в непроводящем направлении. Положительная обкладка конденсатора 3 соединена с отрицательной через последовательно соединенные коммутирующий транзистор 5, дроссель 6 и конденсатор 7 второго индуктивно-емкостного

О

чэ о ю ел

фильтра. Дроссель 6 шунтирован возвратным диодом 8. Положительная обкладка конденсатора 7 связана с входом следящего устройства 9, выход которого соединен с базой транзистора 5, Вход и выход устройства 9 образуются относительно общей точки земля, связанной с отрицательным полюсом источника питания. Нагрузка 10 подключена к обкладкам конденсатора 7 второго фильтра.

На фиг.2 приняты следующие обозначения:

ивых1 напряжение на выходе регулирующего транзистора 1;

иип - напряжение источника питания;

U2-.3cp - среднее напряжение, выделяемое на конденсаторе Ез первого фильтра, состоящего из дросселя 2 и конденсатора 3 (фиг.1) под нагрузкой;

напряжение на конденсаторе первого фильтра;

UH - напряжение на нагрузке;

- напряжение на конденсаторе 7 второго фильтра, состоящего из дросселя 6 и конденсатора 7 (фиг.1), равное напряжению на нагрузке (UH);

всплеск напряжения на конденсаторе 7 при отпирании транзистора 5 (фиг.1), подводящего более высокое напряжение конденсатора 3 к конденсатору 7;

1И - длина импульсов напряжения на выходе транзистора 1.

Черные жирные линии означают отпертое состояние транзисторов в данный момент времени.

Принцип работы предложенного импульсного регулятора постоянного напряжения заключается в следующем.

Напряжение источника питания преобразуется в необходимое среднее напряженнее помощью регулирующего транзистора 1, работающего в режиме широтно-им- пульсного регулятора и первого индуктивно-емкостного фильтра, состоящего из дросселя 2 и конденсатора 3. На фиг.2 это наглядно показано на диаграмме Увых1, где из напряжения источника питания Unn получается нужное среднее напряжение U2;3cp. В установившемся режиме, когда нагрузка 10 подключена, коммутирующий транзистор 5 отперт и среднее напряжение первого фильтра через транзистор 5 и второй фильтр, состоящий из дросселя 6 и конденсатора 7. прикладывается к нагрузке. Напряжение на нагрузке поддерживается неизменным за счет регулирующего транзистора 1, который широтно-импульсным способом, т.е. изменением длин импульсов 1и (фиг.2, диаграммы UBbixi). регулирует (стабилизирует) напряжение на конденсаторе 3

под нагрузкой и обеспечивает ее постоянство при возможных отклонениях напряжения источника питания или параметров нагрузки. Это обеспечивается благодаря системе

управления, следящей за напряжениями источника питания и нагрузки и вносящей соответствующие изменения в сигналы управления транзистором 1.

Таким образом, величина trt может ме0 няться в пределах периода импульсного напряжения, регулируя (стабилизируя) среднее значение напряжения на нагрузке, а частота переключений транзистора 1 - высокая и неизменная. Возвратный диод 4

5 предназначен для замыкания реактивного тока дросселя 2 при запирании транзистора 1. При.этом конденсатор 3 подзаряжается током дросселя. В режиме холостого хода, когда нагрузка отключена, начинается рост

0 напряжения на конденсаторах 3 и 7 фильтров. Для предотвращения этого явления в импульсном регуляторе предусмотрено устройство 9, следящее за уровнем напряжения на конденсаторе 7. Когда оно начнет

5 увеличиваться и станет равным некоторому эталонному пороговому напряжению, которое устанавливается и может изменяться в . устройстве 9, устройство 9 запирает коммутирующий транзистор 5. разъединяя пер0 вый и второй фильтры. Таким образом, на конденсаторе 7 фиксируется среднее напряжение, которое действовало на нагрузке 10 до ее отключения.

Реактивный ток дросселя 6 при этом

5 замыкается через возвратный диод 8, не вызывая никаких изменений напряжения на конденсаторе 7, а на конденсаторе 3 первого фильтра происходит рост напряжения. При очередном подключении нагрузки ток

0 конденсатора 7 замыкается через нагрузку, напряжение на нем начинает падать и когда становится ниже эталонного устройство 9 отпирает транзистор 5, соединяя первый и второй фильтры. Из алгоритма переюноче5 жди видно, что отпертое состояние транзистора 5 (жирные черные линии) соответствует работе регулятора при подключенной нагрузке. На диаграмме Увых1 показано (U2;3cp) среднее напряжение, выделяемое на

0 конденсаторе 3 первого фильтра под нагрузкой. На диаграмме UH показано напряжение на нагрузке, равное напряжению на конденсаторе 7 второго фильтра (Ue;7cp). Если транзистор 5 заперт, это соответствует

5 отключению нагрузки. На диаграмме ивых1 виден рост напряжения U2-,3cp на конденсаторе 3 первого фильтра. Несмотря на это, на выходе импульсного регулятора напряжение остается неизменным и равным напряжению, действовавшему на нагрузке до ее

отключения. При набросе нагрузки 10, транзистор 5 вновь отпирается устройством 9, соединяя первый и второй фильтры. На диаграмме DH изображен всплеск напряжения Д Uv на конденсаторе 7 второго фильтра, 5 образующийся из-за подключения более высокого напряжения конденсатора 3. Но этот всплеск очень незначителен и подавляется дросселем 6 и емкостью конденсатора 7, которая значительно больше емкости кон- 10 денсатора 3. После всплеска на нагрузке устанавливается необходимое прежнее напряжение, а на конденсаторе 3 первого фильтра напряжение вновь падает до уровня среднего значения под нагрузкой 1)2;3ср . 15

Таким образом,напряжение на выходе импульсного регулятора постоянного напряжения не зависит от сброса и наброса нагрузки, не зависит от изменений напряжения источника питания и параметров на- 20 грузки и практически не имеет пульсаций.

Формула изобретения Импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий входной, выходной 25

и общий выводы для подключения, соответственно, источника постоянного напряжения и нагрузки, регулирующий транзистор, коллектором соединенный с входным выводом, а эмиттером через последовательно соединенные дроссель и конденсатор первого фильтра с общим выводом, а также первый возвратный диод, анодом соединенный с общим выводом, а катодом - с эмиттером регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью снижения пульсаций выходного напряжения и обеспечения постоянства его среднего значения в режиме холостого хода, дополнительно введены коммутирующий транзистор, второй возвратный диод и второй индуктивно-емкостный фильтр, причем общая точка соединения дросселя и конденсатора первого фильтра через последовательно соединенные коммутирующий транзистор и дроссель вто-. рого фильтра подключена к выходному выводу, конденсатор второго фильтра включен между выходным и общим выводами, а второй возвратный диод включен параллельно дросселю второго фильтра.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания постоянного тока. Цель изобретения - снижение пульсаций выходного напряжения и обеспечение постоянства его среднего значения в режиме холостого хода. Импульсный регулятор включает регулирующий транзистор 1, включенный между входным и через LC- фильтр общим выводами, а также второй фильтр, состоящий из дросселя 6, зашунти- рованного возвратным диодом 8, и конденсатора 7. Выход первого фильтра соединен с входом второго фильтра через коммутирующий транзистор 5. При этом второй фильтр выполняет функции запоминания среднего значения напряжения на нагрузке и его поддержания в режиме холостого хода, а также осуществляет дополнительное сглаживание пульсаций выходного напряжения. Коммутирующий транзистор помимо соединения и разъединения двух фильтров выполняет также функцию дополнительного релейного стабилизатора уже стабилизированного ши- ротно-импульсным способом напряжения. Таким образом обеспечивается независимость выходного напряжения от сброса и наброса нагрузки от изменений напряжения источника питания и параметров нагрузки, 2 ил. ё

фцг.1

Я

Фиг. 2