Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/46 H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания автоматики.

Известны импульсные стабилизаторы, построенные на основе одноактных преобразователей с размагничивающей обмоткой (Моин B.C., Лаптев Н.Н, Стабилизированные транзисторные преобразователи, М., Энергия, 1972, стр.192; Электронная техника в автоматике, под ред. Ю.И.Конева, М,, Энергия, вып 11, 1980, стр. 25), в которых из-за работы сердечника по частному циклу гистерезиса не рационально используется сердечник силового трансформатора. Масса и вес сердечника фактически много больше, чем в двухтактных конверторах, не рационально используется выходной дрос- сель, который работает с длительным подмагничиванием, что ухудшает его массо- габаритные показатели (МГП), в схемах не реализована частичная модуляция, что снижает МГП выходных фильтров.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения по авторскому свидетельству N° 902011. Этот одноактный импульсный стабилизатор напряжения с размагничивающей обмоткой работаете ограничением уровня напряжения на коллекторе силового транзистора на уровне 2En, что способствует снижению уровня высокочастотных помех, позволяет повысить скважность импульсного стабилизатора с размагничивающей обмоткой.

Недостаток такого стабилизатора заключается в нерациональном использовании материала сердечника силового трансформатора, который работает по частному гистеризиса, что ведет к завышению массы и объема силового трансформатора. В такой схеме имеют место сквозные токи по выходным цепям, что снижает КПД и МГП устройства. В стабилизаторе не реализована частичная модуляция, что ухудшает МГП выходного фильтра и стабилизатора в целом. Выходной дроссель работаете подмагничиванием, что снижает его МГП.

Из известных импульсных стабилизаторов постоянного напряжения наиболее близким по технической сущности является импульсный стабилизатор постоянного напряжения по авт.св. № 1597868, кл. G 05 F 1/46,1988. Однотактный стабилизатор постоянного напряжения содержит силовой трансформатор, первичную обмотку, дополнительную обмотку, вторичную обмотку, конденсатор выходного фильтра, выпрямительный диод, рекуперационный диод, выходной дроссель, выходной конденсатор, транзистор перемагничивания, ограничительный резистор, накопительный

дроссель, узел управления. Конец первичной обмотки соединен с коллектором силового транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине. Начало вторичной обмотки подключено к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к катоду рекуперационного диода, и через выходной дроссель к положительному выходному выходу стабилизатора. Конец вторичной обмотки и анод рекуперационного диода подключены к отрицательному выходному выводу стабилизатора, параллельно выходным выводам подключен выходной конденсатор и вход узла управления, выход

которой подключен параллельно управляющему входу транзистора. Начало первичной обмотки соединено с концом дополнительной обмотки и накопительным дросселем, начало транзистора перемагничивания, база которого через ограничительный резистор соединена со средним выводом накопительного дросселя. Коллектор транзистора перемагничивания соединен с началом дополнительной обмотки. Начало

первичной обмотки через конденсатор входного фильтра соединен с общей шиной первичного источника.

Недостатком этого устройства является эффективность использования выходного

дросселя, который работает с сильным подмагничиванием, что снижает его МГП и МГП всего устройства в целом. Отсутствие частичной модуляции в реализации принципа работы подчеркивает наличие больших резервов в прототипе по улучшению его МГП в целом.

Целью изобретения является улучшение МГП импульсного стабилизатора.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный стабилизатор, содержащий первичную, дополнительную и вторичную обмотки силового трансформатора, выпрямительный диод, рекуперационный диод,

выходной дроссель, выходной конденсатор, узел управления, конденсатор входного фильтра, накопительный дроссель, транзистор перемагничивания и ограничительный резистор, дополнительно введены: дополнительная обмотка выходного дросселя, второй силовой транзистор, коммутирующая обмотка силового трансформатора и ограничительный резистор, при этом началом дополнительная обмотка подключена к положительному выходному выводу стабилизатора, а концом к коллектору второго силового транзистора, эмиттер которого подключен к входному выводу стабилизатора и выходной цепи второго силового транзистора. Через ограничительный резистор

включена коммутирующая обмотка началом к базе второго силового транзистора.

В устройстве, благодаря новым элементам и связям, обеспечено повышение удельных показателей на 20%.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена упрощенная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемый стабилизатор, как и прототип, содержит первичную 1, допол- нительную 2 и вторичную 3 обмотки трансформатора 4, силовой транзистор 5, выпрямительный диод б, рекуперационный диод 7. выходной дроссель 8, выходной конденсатор 9, узел управления 10, конден- сатор входного фильтра 11, накопительный дроссель 12, транзистор перемагничивания 13. ограничительный резистор 14, выходные выводы к которым подключена нагрузка 15.

Конец первичной обмотки, 1 трансформатора 4 соединен с коллектором силового транзистора 5, эмиттер которого подключен к первому входному выводу, начало вторичной обмотки 3 подключено к аноду выпрямительного диода 6, катод которого подключен к катоду рекуперационного диода 7 и началу первой обмотки выходного дросселя 8, конец которой подключен к первому выходному выводу стабилизато- ра. Конец вторичной обмотки 3 и анод рекуперационного диода 7 подключены к второму выходному выводу стабилизатора. Выходной конденсатор 9 подключен параллельно выходным выводам стабилизатора и входу узла управления 10, выход которого подключен к управляющему входу транзистора 5. Начало накопительного дросселя 12 подключено к второму выводу стабилизатора и эмиттеру транзистора перемагничивания 13, база которого через ограничительный резистор 14 соединена со средним выводом накопительного дросселя 12. Коллектор транзистора перемагничивания 13 соединен с началом дополнительной обмотки 2. Начало первичной обмотки 1 через конденсатор 11 входного фильтра соединено с первым входным выводом.

В отличие от прототипа в предлагаемое устройство введены: дополнительная об- мотка 16 выходного дросселя 8, второй силовой транзистор 17. коммутирующая обмотка 18 трансформатора 4 и ограничительный резистор 19, причем начало дополнительной обмотки 16 подключено к первому выходному выводу стабилизатора, а конец - к коллектору второго силового транзистора 17, эмиттер которого подключен к второму входному выводу стабилизатора. К входной цепи второго силового

транзистора 17 через ограничительный резистор 19 подключена коммутирующая обмотка 18 началом к базе второго силового транзистора 17.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При открытом регулирующем транзисторе 5 происходит передача энергии через силовой трансформатор 4 во вторичную цепь, образованную вторичной обмоткой 3, выпрямительным диодом 6, выходным дросселем 8, сопротивлением входной цепи нагрузки 15, зашунтированным конденсатором 9, и накопление энергии в трансформаторе, при этом перемагничива- ющий транзистор 13 закрыт.

При закрывании силового транзистора 5 изменяется полярность напряжения между началом и средней точкой накопительного дросселя 12, который через ограничительный резистор 14 открывает перемагничивающий транзистор 13, при этом энергия, накопленная в накопительном дросселе, обеспечивает пере- магничивание трансформатора по цепи дополнительной обмотки 2 и эмиттеру пере- магничивающего транзистора 13. При этом кроме обеспечения перемагничивания трансформатора частично перемагничива- ется и накопительный дроссель 12.

Почти одновременно с отпиранием пе- ремагничивающего транзистора 13 открывается и второй силовой транзистор 17. После выключения силового транзистора 5 ЭДС на коммутирующей обмотке 18 отрицательной полярности подается на базу транзистора 17, а положительной полярности - через ограничительный резистор 19 к его эмиттеру. После закрывания силового транзистора 5 и отпирания транзистора 17 разница входного и выходного напряжения прикладывается к дополнительной обмотке 16 выходного дросселя 8. Число витков и индуктивность зтой обмотки значительно превышает число витков основной обмотки. При этом происходит более интенсивное пе- ремагничивание сердечника выходного дросселя и подпитка электрической энергией непосредственно от первого источника выходного конденсатора 9, что значительно замедляет процесс разряда конденсатора 9 и обеспечивает необходимый уровень пульсаций выходного напряжения при значительно меньшей емкости выходного конденсатора 9 и меньших габаритах и массе выходного дросселя. Далее цикл работы повторяется.

Габариты выходного дросселя уменьшаются за счет того, что на нагрузке во много раз уменьшается амплитуда первой

гармоники напряжений, поступающих на вход выходного фильтра, образованного ин- дуктивностями обмоток выходного дросселя 8 и емкостью конденсатора 9.

Электрическая энергия поступает в на- грузку по двум каналам: через силовой трансформатор 4, первую обмотку двухоб- моточного дросселя и через силовой транзистор 17 и обмотку 16 двухобмоточного дросселя 8. Эти два пути энергии образуют две последовательности импульсов напряжений. На нагрузке эти две последовательности импульсов складываются и образуют постоянную и переменную составляющие. При этом амплитуда переменной составля- ющей во много раз меньше амплитуды каждой последовательности в отдельности.

Наличие постоянной составляющей в напряжении и соответствующее уменьшение амплитуды переменной составляющей фильтруемого напряжения, требует меньшего коэффициента подавления выходного фильтра, а следовательно, и меньшего значения индуктивности обмоток двухобмоточного дросселя 8 и емкости конденсатора 9. Меньшее значение индуктивности обмоток дросселя требует соответственно и меньшего сечения железа сердечника.

Кроме того, сердечник двухобмоточного дросселя работает по расширенному циклу перемагничивания петли нежели в обычном LC-фильтре, когда на него поступает одна последовательность импульсов. Это также существенно уменьшает необходимое сечение стали магнитопровода сердечника дросселя 8.

Перемагничивание сердечника магнитопровода выходного дросселя по расширенному циклу осуществляется за счет наличия второй обмотки 16 дросселя 8.

магнитный поток, образуемый током, протекающим через обмотку, и осуществляет активное перемагничивание сердечника.

Таким образом в предлагаемом устройстве, благодаря введению новых элементов и связей обеспечивается работа импульсного стабилизатора с частичной модуляцией и обеспечением перемагничивания по расширенному циклу петли гистерезиса сердечника дросселя выходного фильтра, что позволяет на 40% снизить вес и габариты LC-фильтра однотактных преобразователей напряжения (ОНП) и, как следствие, на 25% улучшить МГП самих ОПН.

Формула изобретения Импульсный стабилизатор постоянного напряжения поавт.св, № 1597868. отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, в него введены дополнительный силовой транзистор и дополнительный ограничительный резистор, трансформатор снабжен коммутирующей обмоткой, а дроссель DLC-фильтра выполнен двухобмоточным, причем начало первой обмотки дросселя DLC-фильтра соединено с катодом выпрямительного диода, а конец - с первым выходным выводом, к которому подключено также начало второй обмотки дросселя DLC-фильтра, концом соединенной с коллектором дополнительного силового транзистора, эмиттер которого подключен к второму входному выводу и через дополнительный ограничительный резистор - к концу коммутирующей обмотки, начало которой соединено с базой дополнительного силового транзистора, при этом тип проводимости дополнительного силового транзистора противополох еи типу проводимости силового транзистора.

Использование: в устройствах вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит силовой транзистор (5), трансформатор (4) с первичной (1), дополнительной (2), вторичной (3) и коммутирующей (18) обмотками, выпрямительный диод (6), DLC-фильтр на элементах 7, 8 и 9, дроссель которого выполнен двухобмоточным, узел управления (10), дополнительный силовой транзистор (17), ограничительные резисторы 14 и 19, транзистор перемагничивания 13, накопительный дроссель и конденсатор 14 и 19, транзистор перемагничивания 13, накопительный дроссель и конденсатор входного фильтра (11). Устройство отличается улучшенными массогабаритными показателями за счет уменьшения габаритов DLC-фильт- ра. Энергия поступает в нагрузку (15) по двум цепям; через трансформатор (4) и первую обмотку дросселя (8) и через силовой транзистор (17) и нторую обмотку (16) дросселя (8). В результат сложения напряжений, поступающих на вход фильтра, уменьшается амплитуда переменной составляющей фильтруемого напряжения. 1 ил. / С 1 J Jb. w со to