Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/44 

(Л

с

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение КПД.Устройство содержит первый и второй регулирующие элементы 1 и 2, датчик 3 амплитуды напряжения, датчик 4 действующего значения напряжения и элемент 5 сравнения. Во второй пегулирующий элемент 2 введен дифференциальный усилитель 26. В состав датчика 4 действующего значения напряжения введен генератор 27 импульсов, управляемый напряжением. Бя1агодаря этому и введению конденсатора 25 обеспечивается работа транэисторов первого регу; лирующего элемента 1 в ключевом режиме в течение всего периода напряжения питания. 1 ил.

VJ о ю ю 00 го

N3

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно дЛя питания различного рода радиоэлектронной аппаратуры с обеспечением ее защиты от аварийных перенапряжений.

Известен стабилизатор переменного напряжения, который содержит первый и второй регулирующие элементы, состоящий из силовых транзисторов, датчик амплитуды напряжения в виде первого двухполупериодного Выпрямителя без фильтра, датчик действующего значения напряжения, выполненный на преобразователе, элемент сравнения, выполненный на компараторе, второй двухполупериодный выпрямитель, а также первый и второй диоды, при этом силовые выводы первого регулирующего элемента включены между шиной питания переменного тока и выходной шиной, вход датчика амплитуды напряжения присоединен к шине пиtaния и общей шине, первый вывод выхода датчика амплитуды соединен через включенные последовательно элемент сравнения и первый диод с первым выводом управляющего входа первого регулирующего элемента, вход второго двухполупериодного выпрямителя присоединен параллельно первому регулирующему элементу, первый полюс второго выпрямителя подключен к силовому входу второго регулирущего элемента, например, к эмиттеру р-п-р-силового транзиатора, силовой выход второго регулирующего элемента (коллектор транзистора) через второй диод соединен с первым выводом управляющего входа , первого регулирующего элемента, второй полюс второго двухполупериодного выпрямителя соединен с вторым выводом выхода датчика амплитуды, вторым выводом выхода датчика действующего значения напряжения, и вторым выводом управляющего входа первого регулирующего элемента, при этом вход датчика действующего значения напряжения присоедияен к выходной шине и общей шине, а первый вывод выхода датчика присоединен к управляющему входу второго регулирующего элемента.

Силовые транзисторы в первом регулирующем элементе в процессе стабилизации работают в активном режиме в течение части каждого полупериода переменного напряжения питания. Это приводит к понижению КПД.

Цель изобретения - повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор переменного напряжения введен конденсатор, во второй регулирующий элемент - дифференцийльный усилитель, а в датчик действующего значения напряжения - генератор импульсов, управляемый напряжением, при этом конденсатор подключен к выходу второго двухполупериодного выпрямителя, выход

дифференциального усилителя соединен с базой силового транзистора во втором регулирующем элементе, инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с управляющим входом второго регулирующего элемента, а неинвертирующий вход дифференциального усилителя - с выходом компаратора вэлементе сравнения, генератор импульсов, управляемый напряжением, включен между выходом преобразователя и

первым выводом выхода датчика действующего значения; напряжения.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого стабилизатора переменного напряжения; на фиг,

2 - временные диаграммы напряжения.

Предлагаемый стабилизатор переменного напряжения содержит первый 1 и второй 2 регулирующие элементы на силовых транзисторах, датчик 3 амплитуды напряжения в виде первого двухполупериодного выпрямителя без фильтра, датчик 4 действующего значения наг|ряжения. элемент Б сравнения на.компараторе, второй двухполупериодный выпрямитель 6. а также

первый 7 и второй 8 диоды. При этом силовые выводы первого регулирующего элемента включены между шиной 9 питания переменного тока и выходной шиной 10, вход датчика амплитуды напряжения присоединен к шине питания и общей шине 11, а первый вывод 12 выхода датчика 3 амплитуды соединен через включенные, последовательно элемент 5 сравнения и первый диод 7с первым выводом 13 управляющего входа

первого регулирующего элемента 1. Вход второго двухполупериодного выпрямителя 6 присоединен пар&ллельно первому регулирующему элементу 1. Первый полюс 14 второго выпрямителя 6 подключен к силовому входу второго регулирующего элемента 2 (к эмиттеру р-п-р-силового транзистора 15). Силовой выход второго регулирующего элемента 2 (коллектор транзистора 15) через второй диод 8 соединен с первым выводом

13 управляющего входа первого регулирующего элемента 1. Второй полюс 16 второго двухполупериодного выпрямителя 6 соединен с вторым выводом 17 выхода датчика 3 амплитуды, вторым выводом 18 выхода датчика 4 действующего значения напряжения и вторым выводом 19 управляющего входа первого регулирующего элемента 1. Вход датчика 4 действующего значения напряжения присоединен к выходной шине 10 и общей шине 11, а первый вывод 20 выхода датчика - к управляющему входу второго регулирующего элемента 2. В составе датчика А имеется преобразователь 21. Элемент 5 сравнения состоит из компаратора 22, источника 23 опорного напряжений и усилителя 24 мощности. Кроме того, в устройство введен конденсатор 25, во второй регулирующий элемент 2 - дифференциальный усилитель 26, а в датчик 4 действующего значения напряжения - генератор 27 импульсов, управляемый напряжением. При этом конденсатор 25 включен между полюсами 14ti 16 второго выпрямителя 6. Выход дифференциального усилителя 26 соединен с базой р-п-р-транзистора 15 в элементе 2. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 26 соединен с управляющим входом указанного элемента и с выводом 20, а неинвертирующий вход - с выходом элемента 5 сравнения. Генератор 27 импульсов, управляемый напряжением, включен между выходом преобразователя 21 и первым выводом 20 выхода датчика 4. Элементы 1,3-6 и 21 могут быть выполнены по известным схемам. Трансформатор,имеющийся в составе датчика 4, обеспечивает гальваническую развязку. Дифференциальный усилитель 25 может быть выполнен на операционном усили.теле. Генератор 27 импульсов, управляемый напряжением, может быть построен на операционных усилителях, работающих в режиме преобразования напряжения в частоту. Предлагаемый стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом. При подаче переменного синусоидального напряжения питания Еп на шины 9 и 11 на выходном выводе 12 датчика 3 амплитуды (относительно выходного вывода 17) появляется напряжение Ei2 в виде положительных полув.олн синусоиды (фиг.2а,б). Напряжение Ei2 поступает на инвертирующий вход компаратора 22 в элементе 5 сравнения, где сравнивается с опорным напряжением Еаз, поступающим от источника 23 на неинвертируемый вход компаратора. На выходе компаратора 22 в этих условиях появляются импульсы Суровнем 1, существующие в интервалах фазовых углов от -a + kyiRO а + kjt, где k О, 1, 2 Эти импульсы после усиления в неинвертирующем усилителе 24 мощности поступают в виде напряжения ЕБ на выход элемента 5 и через диод 7 на базы силовых транзисторов в регулирующем элементе 1 (фиг. 2в). Под действием напряжения Es транзисторы в регулирующем элементе 1 удерживаются в состоянии насыщения в интервалах фазовых углов (-а -Ь kя, а + ) и запираются в интервалах фазовых углов a + kyl,-a+УI(k+). При этом падение напряжения Ei на регулирующем элементе . имеет вид биполярных импульсов (фиг. 2г), а амплитуда выходного напряжения Евых на шинах 10 и 11 не превышает заданного мак- . симального значения Ем (фиг. 2ж). Напряжение EI выпрямляется двухполупериоднымвыпрямителем 6. Фильтрация переменной соста вляющей обеспечивается конденсатором 55. В результате на выводе 14 и на конденсаторе 25 появляется квазипостоянное напряжение Ei4 (фиг. 2д). Его величина зависит как от амплитуды напряжения Еп питающей сети, так и от длительности интервала а +t л; -а -I-л: (k Ч- 1 ) запертого состояния регулирующего элемента 1. Напряжение Ei4 поступает на эмиттер силового .р-п-р-транзистора 15 в регулирующем элементе 2. Wa выходе преобразователя 21 образуётсякв-азипостоянное напряжение Е21. пропорциональное действующему значению переменного выходного напряжения Евых на шинах 10 и 11. Это напряжение в генера-, торе 27 преобразуется в последовзтеяьность импульсов Е27, частота которых зависит от величины Е21 (фиг. 2е). Информация о величине действующего значения напряжения ЕВЫХ таким образом заложена в величине этой частоты. ИмпульсыЕ22 от выхода компаратора 22 поступают на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 26 в регулирующем элементе 2. Этим достигается запирание транзистора 15 в течение интервалов фазовых углов, пока силовые транзисторы в регулирующем элементе 1 насыщены. Импульсы Е22 и Езпри этом синхронны (фиг. 2в, з). Для этого амплитуда импульсов Е22 устанавливается больц ей, чем амплитуда импульсов Е27 на выходе генератора 27. В результате импульсы Е27 поступают после усиления в инвертирующем дифференциальном усилителе 26 на базу транзистора 15 только в интервале фазовых углов а + kTi; - а -Ь (1 Ч-1 ) я, как показано на фиг. 26-ж. Этими импульсами обеспечивается отпирание на указанном интервале транзистора 15 и силовых транзисторов регулирующего элемента 1, так что форма выходного напряжения Евых приобретает вид, показанный на фиг. 2ж. Силовые транзисторы в регулирующем элементе 1 работают в ключевом режиме в течение всего периода напряжения сети.