Устройство для управления регулирующим элементом импульсного стабилизатора Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

О

О СП

Сл) СЛ О

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках питания, в частности в стабилизированных преобразователях.

Целью изобретения является расшире- ние области использования за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента.

На фиг. 1 представлена схема устройства для управления регулирующим элементом импульсного стабилизатора; на фиг. 2 - эпюры в контрольных точках, поясняющие принцип работы устройства в двух режимах: в режиме большой длительности управляющего импульса (а) и в режиме малой длительности управляющего импульса (б).

Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор 1 тока с базовой обмоткой 2 для под- ключения управляющего входа регулирующего элемента 3, токовой обмоткой 4, а также управляющей обмоткой 5, первый вывод которой через последовательно включенные диод 6 и резистор 7 со- единен с коллектором транзисторного ключа 8, эмиттер которого подключен к плюсовому выводу 9 источника 10 питания, а между его эмиттером и базой включен резистор 11, причем катод диода б соединен с первым выводом управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока, конденсатор 12 за- шунтирован диодом 13, анод которого соединен с минусовым выводом 14 источника 10 питания. Резистор 15 включен между ка- тодом диода 6 и плюсовым выводом 9 источника 10 питания. Катод диода 13 соединен с катодом диода 6. База транзисторного ключа 8 через резистор 16 соединена с коллектором транзисторного ключа 17. Коллек- тор транзисторного ключа 18 соединен с вторым выводом управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока, а его база через резистор 19 подключена к клемме 20 для подключения источника управляющих им- пульсов. Эмиттеры транзисторных ключей 17 и 18 соединены с минусовым выводом 14 источника 10 питания, база транзисторного ключа 17 через резистор 21 и конденсатор 22 соединена с клеммой 20 для подключе ния источника управляющих импульсов, причем к точке соединения конденсатора 22 и резистора 21 подключен катод диода 23, анод которого соединен с минусовым выводом 14 источника 10 питания

Устройство работает следующим образом.

При высоком уровне входного управляющего сигнала в установившемся режиме транзисторный ключ 18 открыт а транзисторные ключи 17 и 8 закрыты. При этом через упра&ляющую обмотку 5 протекает ток, равный

-ВЙ

(1)

где En - напряжение источника 10 питания;

RIS - сопротивление резистора 15.

В момент времени ц (фиг. 2) происходит запирание транзисторного ключа 18, в результате чего на обмотках трансформатора 1 тока возникают ЭДС самоиндукции, а ток намагничивания трансформатора смещает эмиттер-базовый переход регулирующего элемента 3 в прямом направлении. Значение отпирающего тока базы (фиг. 2) регулирующего элемента 3 соответствует точке А (фиг. 2) и определяется в соответствии с законом полного тока выражением

(2)

ISA

W2

где Ws - число витков управляющей обмотки 5;

Л/2 - число витков базовой обмотки 2.

Значение ЭДС самоиндукции в трансформаторе при этом определяется (ограничивается) значением падения напряжения на управляющем входе регулирующего элемента, которое в соответствии с входными характеристиками на транзисторы мало меняется при изменении отпирающего базового тока регулирующего элемента 3 в широких пределах. Поэтому с достаточной для практики точностью можно считать, что значение напряжения на базовой обмотке 2 в течение интервала времени действия входного управляющего сигнала низкого уровня ti-ta постоянно и равно значению напряжения прямосмещенного перехода эмиттер - база регулирующего элемента:

U2 иЭбз;(3)

Us УЭБЗ щ,

(4)

После некоторой задержки, вызванной инерционностью регулирующего элемента, он открывается в момент времени t2. Через его силовую цепь начинает протекать ток нагрузки, а в его базовой цепи начинает протекать дополнительная составляющая тока ба, равная Л/4

ба I3

W21

(5)

где Л/2 - число витков токовой обмотки;

1з - ток через силовую цепь регулирующего элемента.

Таким образом, регулирующий элемент поддерживается в открытом состоянии под действием отпирающего базового тока

+ %

(6)

При этом сердечник трансформатора 1 тока перемагничивается, а ток Намагничивания спадает по линейному закону согласно выражению

d .

U2

dt

(7)

где L2 - индуктивность трансформатора тока со стороны базовой обмотки.

1/Ј - ток намагничивания трансформатора со стороны базовой обмотки.

В момент времени 1з входной управляющий сигнал становится равным высокому уровню, что соответствует закрытому состоянию регулирующего элемента. При этом открываются все.три транзисторных ключа 8, 18 и 17 устройства управления. К управляющей обмотке 5 прикладывается через транзисторный ключ 8, резистор 7, диод 6 и транзисторный ключ 18 напряжение источника 10 питания, под действием которого возникает ток запирания регулирующего элемента 3. Величина этого тока ограничивается резистором 7.

Для изменения уровня запирающего тока достаточно изменить величину сопротивления резистора 7.

Транзисторный ключ 17, а следовательно, и управляемый им транзисторный ключ 8 включаются только на время, определяемое постоянной времени цепочки из конденсатора 22 и резистора 21. Длительность открытого состояния транзисторного ключа 17 выбирается из расчета максимально возможной длительности времени рассасывания регулирующего элемента. Это позволяет иметь минимальное потребление мощности по цепи управления транзисторного ключа 8, а также исключить режим глубокого насыщения трансформатора 1 тока при воздействии входного управляющего сигнала высокого уровня. Таким образом, от источника 10 питания потребляется повышенная мощность только в моменты запирания регулирующего элемента 3, в остальных режимах работы уровень мощности потребления минимален. После окончании процесса рассасывания избыточных носителей в регулирующем элементе 3 происходит резкое возрастание входного сопротивления регулирующего элемента, что в конечном итоге приводит к уменьшению уровня тока, протекающего через управляющую обмотку 5, до уровня тока намагничивания. Этот момент времени на фиг. 2 а обозначен t4. После этого происходит намагничивание трансформатора 1 тока до значениятока намагничивания, определяемого выражением (1). Причем величина сопротивления резистора 15 может быть

существенно больше сопротивления резистора 7, поскольку обычно ток намагничивания в трансформаторах тока должен быть много меньше рабочего тока. Эпюры, изо- 5 браженные на фиг. 2а, соответствют режиму максимальной длительности открытого состояния регулирующего элемента. Для регулируемых преобразователей эта величина примерно равна половине периода npeooV

10 разования. В режимах пуска и при коротких замыканиях в цепи нагрузки стабилизаторов и преобразователей происходит ограни- чение тока нагрузки, вследствие чего длительность открытого состояния регули15 рующего элемента должна быть минимальной. На п рактике длительность сигнала управления на открытие регулирующего элемента может составлять 0,5-1 мкс при длительности периода 30-50 мкс. В данном

20 устройстве из-за наличия диода 23 даже при столь коротких длительностях происходит полный разряд конденсатора 22, что гарантирует включение транзисторных ключей 17 и 8 на требуемое время при последующем

25 появлении входного управляющего импульса высокого уровня. На фиг. 26 представлены эпюры для режима минимальной длительности открытого состояния регулирующего элемента. Момент времени tecooT30 ветствует возникновению в базовой цепи регулирующего элемента 3 отпирающего тока намагничивания, t - момент включения регулирующего элемента и возникновения тока в его силовой цепи, ts - момент появле35 ния запирающего управляющего сигнала, tg - окончание процесса рассасывания избыточных носителей регулирующего элемента 3, tio - момент запирания транзисторного ключа. Диод 6 защищает транзисторный

40 ключ 8 от инверсного режима, который возможен при максимальной длительности открытого состояния регулирующего элемента 3, когда трансформатор 1 успевает перемагнититься до отрицательного значе45 ния тока намагничивания. Диод 13 образует совместно с транзисторным ключом 18 шунтирующий контур, который препятствует возникновению отпирающей регулирующий элемент ЭДС самоиндукции при пере50 ходи ых режимах в его силовой цепи, а также при возрастании тока намагничивания трансформатора 1 выше значения, определяемого выражением (1).

Указанный режим работы трансформа55 тора возможен при малых длительностях открытого состояния регулирующего элемента. При этом длительность интервала размагничивания сердечника трансформатора 1 мала, и за время открытого состояния транзисторного ключа (интервал времени

, фиг, 26) происходит его дополнительное намагничивание. При этом после запирания транзисторного ключа 8 возникает ЭДС самоиндукции, которая шунтируется диодом 13 и транзисторным ключом 18.

Таким образом, в предложенном устройстве по сравнению с прототипом обеспечивается режим нормированного форсированного запирания при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента 3. Следствием этого является существенное повышение надежности в работе регулирующего элемента 3, особенно в пусковых режимах, а также при коротком замыкании в цепи нагрузки, что способствует повышению эксплуатационной надежности импульсных стабилизаторов и преобразования в целом.

9

Формула изобретения Устройство для управления регулирующим элементом импульсного стабилизатора, содержащее трансформатор тока с базовой обмоткой для подключения управляющего входа регулирующего элемента, токовой обмоткой, а также управляющей обмоткой, первый вывод которой через последовательно включенные первый диод и первый резистор соединен с коллектором первого транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к плюсовому входному выводу, а между эмиттером и базой включен второй резистор, причем катод первого диода соединен с первым выводом управляющей обмотки, первый конденсатор зашунтирован

вторым диодом, анод которого соединен с минусовым входным выводом, а катод через третий резистор подключен к плюсовому входному выводу, база первого транзисторного ключа через четвертый резистор соединена с коллектором второго транзисторного ключа, третий транзисторный ключ, эмиттер которого подключен к минусовому входному выводу, вывод для подключения источника управляющих импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения области использбвания за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента, в него введены второй конденсатор, третий диод, пятый и шестой резисторы, причем коллектор третьего транзисторного ключа соединен с вторым выводом управляющей обмотки

трансформатора тока, а база его через пятый резистор подключена к выводу для под- ключения источника управляющих импульсов, эмиттер второго транзисторного ключа соединен с минусовым входным выводом, а его база через шестой резистор и второй конденсатор соединена с выводом для подключения источника управляющих импульсов, причем к точке соединения второго конденсатора и шестого резистора

подключен катод третьего диода, анод которого соединен с минусовым входным выводом, при этом общая точка третьего резистора и второго диода подключена к первому выводу управляющей обмотки

трансформатора тока.

а

5

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования во вторичных источниках питания, в частности в стабилизированных преобразователях. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента. Устройство содержит трансформатор 1 тока с управляющей 5 базовой 2 и токовой 4 обмотками, три транзисторных ключа 8, 17 и 18, обеспечивающих подключение управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока к источнику 10 напряжения в соответствующие моменты времени. В результате происходит надежное отпирание регулирующего элемента 3. Одновременно за счет введения дифференцирующей цепочки и контура быстрого ее восстановления, а также соответствующих связей, нормированное по амплитуде и форсированное по времени запирание регулирующего элемента 3 обеспечивается при любых длительностях его открытого состояния с сохранением малой мощности потребления устройства, что существенно расширяет область его использования. 2 ил.

-j:

/Ч

Vt

JO

-

Фиг.2