Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

w

И

Изобретение относится к вторичным источникам питания различной радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение качества стабилизации путем улучшения условий выключения силовых транзисторов при одновременном повышении КПД. Это достигается введением дополнительного трансформатора 10 и выпрямителя 13 с емкостным фильтром 15, При этом обеспечивается шунтирование транзисторного регулирующего элемента 1 при его выключении конденсатором фильтра 15. Этим достигается уменьшение скорости нарастания напряжения на коллекторах транзисторов в регулирующем элементе 1 в процессе выключения. Избыточная энергия, накапливаемая в конденсаторе, передается в нагрузку, что и обеспечивает повышение КПД. 1 ил.

Изобретение относится к элекротехни- ке и может найти применение для питания радиоэлектронной аппаратуры общего применения, в частности блоков ЭВМ.

Целью изобретения является повышение качества стабилизации путем улучшения условий выключения силовых транзисторов при одновременном повышении КПД.

На чертеже приведена схема стабилизатора.

Стабилизатор постоянного напряжения содержит ключевой транзисторный регулирующий элемент 1, основной силовой трансформатор 2 с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, основной силовой выпрямитель 5, состоящий из диодного моста 6 и фильтра 7, имеются также элемент 8 сравнения и блок 9 управления.

В стабилизатор взедены дополнительный силовой трансформатор 10 с первичней 11 и вторичной 12 обмотками и дополнительный силовой выпрямитель 13, состоящий из диодного моста 14 с емкостным фильтром 15 на выходе.

При этом регулирующий элемент 1 включен последовательно с первичной обмоткой 3 трансформатора 2 между выводами 16, 17 для подключения источника переменного тока. Вход основного силового выпрямителя 5 (т.е. диагональ переменного тока моста 6) подключен к вторичной обмотке 4 трансформатор 2. Вход элемента 8 сравнения подключен к выводам 18, 19 для подключения нагрузки. Выход элемента 8 через блок 9 сравнения соединен с управляющим входом регулирующего элемента 1

О

ч VI

х О

В отличие от прототипа вход выпрямителя 13 (т.е. диагональ переменного тока моста 14) подключен к вторичной обмотке 12 трансформатора 10, первичная обмотка 11 которого подключена параллельно регу- лирующему элементу 1. При этом выходы выпрямителей 5 и 13 включены последовательно и согласно между выводами 18, 19 для подключения нагрузки.

Регулирующий элемент 1 может быть выполнен на основе какого-либо известного схемного решения. Так, например, он может содержать два силовых транзистора 20, 21, диоды 22-25, трансформатор 26 с обмотками 27, 28, 29, диодный мост 30, управля- ющий транзистор 31 и резисторы 32, 33. Фильтр 7 имеет индуктивный вход.

Элемент 8 сравнения может быть выполнен на основе какого-либо известного схемного решения. Так, он может содер- жать датчик 34 выходного напряжения ЕВых, существующего на выходах 18, 19, дифференциальный усилитель 35, делитель 36 напряжения и диод 37.

Блок 9 управления может быть выпол- нен на основе какого-либо известного схемного решения. Так, например, он может содержать датчик 38 амплитуды напряжения Еп питания, состоящий из трансформатора 39 и двухполупериодного выпрямителя 40 без фильтра, компаратора 41, токоогра- ничивающего резистора 42 и диода 43,

Стабилизатор работает следующим образом.

В начале положительного полупериода напряжения питания Еп(плюс на шине 16) транзистор 31 заперт, а транзистор 20 насыщается под действием напряжения положительной полярности, поступающего на его базу от левой крайней секции обмотки 27 трансформатора 26. Трансформатор 21 заперт. При этом к обмотке 28 через токоог- раничивающий резистор 32 прикладывается напряжение Еп. Ток от вывода 16 протекает через транзистор 20, среднюю секцию обмотки 27, диод 23 и обмотку 3 к выводу 17. Обмотка 11 трансформатора 10 замкнута практически накоротко, поэтому напряжение на обмотке 12 близко к нулю.

Секции обмотки 27 трансформатора 26 включены согласно, поэтому за счет действия положительной обратной связи ток базы транзистора 20 оказывается пропорциональным току, протекающему через обмотку 3 трансформатора 2 и через среднюю секцию обмотки 27. Этим обеспечивается так называемое пропорционально-токовое управление транзистором 20 (во время отрицательного полупериода напряжения Еп аналогичным образом осуществляется управление транзистором 21).

Напряжение на обмотке 4 возрастает, чем обеспечивается дозаряд фильтра 7 через выпрямитель 6. Напряжение на фильтре

7через выпрямитель 14 поступает на выводы 18, 19, к которым подключена внешняя нагрузка. Часть выходного напряжения ЕВых через датчик 34 в виде делителя поступает на инвертирующий вход дифференциально- го усилителя 35, где сравнивается с опорным напряжением е0, поступающим на неинвертирующий вход, На выходе усилителя 35 вырабатывается напряжение ошибки Е, которое поступает через делитель 36 в виде напряжения на инвертирующий вход компаратора 41. На его неинвертирующий вход поступает напряжение от выхода датчика 38 амплитуды, пропорциональное амплитуде напряжения Еп питания. В момент равенства напряжений на выходе компаратора 31 появляется положительный импульс Е41, который насыщает транзистор 31. В результате обмотка 29 оказывается замкнутой накоротко через мост 30 и транзистор 31 на все время существования импульса Е41.

8результате оказывается замкнутым накоротко и база.-эмиттерный переход транзистора 20, что обеспечивает его запирание на время Т41. Как следствие, напряжение Ез на обмотке 3 трансформатора 2 приобретает форму синусоиды с вырезанной центральной частью.

Запирание транзистора 20 вызывает прекращение протекания тока через регулирующий элемент 1. Этот ток теперь (в течение интервала времени T4i) будет протекать через включенные последовательно обмотки 11 и 3 трансформаторов 10 и 2. Амплитуда напряжения Ез оказывается меньшей, чем амплитуда вне интервала Т41. С целью передачи энергии в нагрузку в этих условиях необходимо, чтобы фильтр 7 имел индуктивный вход.

В итоге достигается уменьшение амплитуды пульсаций, поскольку частота пульсаций оказывается в шесть раз более высокой, чем частота сети. Напряжение на обмотке 11 трансформатора 10 после двухполупериодного выпрямления в выпрямителе 14 поступает на конденсатор 15 фильтра.

Итак, в момент выключения транзистора 20 к нему через трансформатор 10 и выпрямитель 14 подключается конденсатор 15, имеющий емкость Cis. Постоянная времени Т, с которой нарастает напряжение на коллекторе запирающегося транзистора 20, определяется, как

Т НнС15ПЮ2,(1)

где RH - сопротивление нагрузки;

nio - коэффициент трансформации трансформатора 10.

Для оптимизации режима выключения транзистора необходимо выполнение условия

Т (5...20)гВЫкл, где Гвыкл - время выключения.

Это обеспечивается путем выбора величины Cis. Разряд емкости Cis осуществляет- ся на нагрузку, чем обеспечивается повышение КПД. Таким образом обеспечивается улучшение условий выключения транзистора 20. Траектория выключения, т.е. сочетание величин тока коллектора и напряжения коллектор - эмиттер в каждый данный момент времени не выходит за границы области безопасной работы, оговариваемой в технических условиях.

Во время отрицательного полупериода напряжения питания Еп описанные выше процессы повторяются с той лишь разницей, что ток з через обмотку 3 протекает через транзистор 21 и диод 22. Транзистор 20 и диод 23 при этом заперты. Диоды 24, 25 ограничивают амплитуду отрицательных импульсов на базах транзисторов 20, 21.

При выключении транзистора 21 вовремя отрицательного полупериода конденсатор 15 аналогично описанному выше обеспечивает оптимизацию режима выключения.

Стабилизация выходного напряжения Евых достигается следующим образом. Пусть появляется тенденция к увеличению выходного напряжения Евых относительно заданного номинала, например, из-за увеличения напряжения питания Еп.

Тогда напряжение ошибки на выходе делителя 36, пропорциональное напряжению на выходе усилителя 35, начнет уменьшаться. Как следствие, начнет увеличиваться длительность Т41 импульса Е-n на

выходе компаратора 41. Это приведет к уменьшению амплитуды напряжения Ез. Соответственно, напряжение Евых будет уменьшаться до тех пор, пока не достигнет

вновь заданного номинала. Коэффициент трансформации у трансформатора 12 (отношение числе витков оОмоток 11 и 12) должен при этом быть в 1,5-3 раза больше, чем коэффициент трансформации у трансформатора 2.

Формула изобретения Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключевой транзисторный

регулирующий элемент, включенный последовательно с первичной обмоткой основного силового трансформатора между выводами для подключения источника переменного тока, основной силовой выпрямитель, входом подключенный к вторичной обмотке основного силового трансформатора, выводы для подключения нагрузки, к которым подключен вход элемента сравнения, выход которого через блок управления соединен с управляющим входом регулирующего элемента, отличающий- с я тем, что, с целью повышения качества стабилизации путем улучшения условий выключения силовых транзисторов при одновременном повышении КПД, в него введены дополнительные силовой трансформатор и выпрямитель с емкостным фильтром, при этом вход дополнительного выпрямителя подключен к вторичной обмотке дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого подключена параллельно регулирующему элементу, причем основной силовой выпрямитель снабжен Г-образным LC-фильтром, а выходы основного и дополнительного выпрямителей соединены последовательно и согласно и использованы в качестве выводов для подключения нагрузки.

4

гП i А и

-13