Стабилизированный источник питания постоянным напряжением Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электропитания радиоэлектронной аппаратуры, устройств связи и вычислительной техники.

Известен многоканальный стабилизирующий источник постоянного напряжения, содержащий регулируемый инвертор, с выхода которого модулированные импульсы подаются на входы ёыпрямителей, выходами соединенные ,с фильтрами.и цепь обрат- ной связи с основного выхода многоканального источника питания на управляющий вход регулируемого инвертора.

Известен стабилизированный многоканальный источник питания, содержащий инвертор, одним входным выводом подключенный к источнику питания непосредственно, а другим - через выход регулируемого выпрямителя, запитанного с одной

из вторичных обмоток инверторного трансформатора, выходных цепей каналов, содержащих последовательно соединенные выпрямители и фильтры.

Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник питания постоянным напряжением, содержащий преобразователь напряжения, состоящий и коммутирующего трансформатора и транзисторов, регулируемый трансформатор/ включающий основной и два дополнительных сердечника с обмотками, соединенными Между собой последовательно-встречно, блок управления с регулирующим и измери- тельным органами и вольтодобавочный узел.

Недостатки прототипа состоят в невозможности гальванической развязки выходных цепей от цепей питания и построения

Ч

ю ю

W

многоканального источника, необходимость введения дополнительных элементов для защиты силовых транзисторов преобразователя и стабилизации частоты преобразования, невозможность получения выходного напряжения, меньше максимального входного.

Цель изобретения - расширение функ- циональньт ; |ЪзможЙостей с одновремен- .; ным повышением надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь напряжения, состоящий из коммутирующего трансформатора с одной первичной и вто- рично.й обмотками, схемы запуска и транзисторов, блок управления с регулирующим и измерительным органами, вольтрдобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя и питающей обмотки, вклю; ченныи йосйёдов%гел Вн Со с:1хоЙЙ;Й1Ш выво дами, регулируемый трансформатор, включающий основной и два дополнитель- .Hbix сердечника с намотанными на них обмотками управления, соединенными между собрй последовательно-встречнб и с кЬм- пенсационными обмотками, соединенными между собой и также намотанными на до- полвитёльйых сердечниках регулируемого трансформатора и включенными последо- взтельйо-встречно, причем первичная об- мотка коммутирующего трансформатора

; соединена с коллекторами ҐранзистОро&

преобразрватёля и зашунтйрЪвана емкостью,

допрл н ител ь но введе н ы допол нител ьн ые

вторичные обмотки pefyM&jfisfatitb транс-;

форматора, не связанные с входными выводами и подключённые через выпрямители к

: нагрузкам, причем базы транзисторов преобразователя подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, а коллекторы транзисторов соединены с выводами соответствующих первичных обмоток, намотанных на основной сердечник регулируемого трансформатора, другие выводы

; которых соединены между собой, вольтодо- бавочныйузёл положительным выходом в ыпрямйтёля подключёй к точке соединения первичных обмоток, а питающая обмотка намотанаi на все три сердечника регулируемого трансформатора, обмотки управления подключены между выходом регулирующего органа блока управления и общим выводом дополнительных вторичных обмоток регулируемого трансформатора, положительный вывод основного выходного канала соединен с блоком управления, а цепь из стабилитрона и резистора подключена меж- : ду отрицательным выходом не основного

выходного канала и выходом регулирующего органа блока управления,

Размещение питающей обмотки вольто- добавочнрго узла на всех трех сердечниках

5 регулируемого трансформатора позволяет стабилизировать входное напряжение преобразователя, а значит,и частоту преобразования без дополнительных элементов. Размещение первичных обмоток регу0 лируемоготрансформатора на егоосновном Сердечнике позволяет повысить жесткость внешней характеристики стабилизирован- йбго источника питания, уменьшить комму- тацй 6иные потери на транзисторах

5 преобразователя напряжения, повысить эксплуатационную надежность источника.

Введение цепи из последовательно соединенных стабилитрона и резистора позволяет уменьшить нестабильность

0 выходных напряжений по неосновным каналам при изменении в них токов нагрузки. Введение дополнительных вторичных обмоток регулируемого трансформатора позволяет получить совокупность выходных

5 напряжений по неосновным каналам при изменении в них Токов нагрузки.

Введение дополнительъых вторичных обмоток регулируемого трансформатора позволяет получить совокупность выходных

0 напряженийГизолированных от основного источника питания,

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что введение новых элементов и связей позволяет расши5 рить функцйбнальные возможности стаби- лйзирбвййного источника питания постоянййм напряжением, не уменьшая стабильность выходных напряжений.

На чертеже представлена принципиаль0 ная схема устройства.

Стабилизированный источник питания постоянным напряжением содержит преобразователь, который состоит из коммутирующего трансформатора 1, один из выводов

5 которого соединен через сопротивления 2, а другой - непосредственно с коллекторами соответствующих транзисторов 3, 4 преобразователя и с первичной обмоткой 5 регулируемого трансформатора 6;

0 Вольтодобавочный узел, выпрямитель которого собран на диодах 7 и 8,запитывается от обмотки 9 регулируемого трансформатора 6. Он включен через среднюю точку питающей обмотки 9 между положительной ши5 ной основного источника и средней точкой первичной обмотки 5 регулируемого транс- Форматора 6.

Базы транзисторов 3, 4 преобразователя подключены соответственно к выводам

вторичной обмотки 10 коммутирующего

трансформатора 1, средняя точка которой через диод подключена к эмиттерам транзисторов 3, 4 преобразователя. К выводам первичной обмотки 11 подключен конд енса- тор 12, Схема запуска выполнена на сопротивлений, конденсаторе и дйбде и подключена к шинам основного истбчника;

Блок управления включает в себя измерительный орган, состояний из сопротивлений 13-16 и стабилитронов 17, 18, и регулирующий орган, Который содержит транзисторы 19, 20, 21 и сопротйёлёние 22. Обмотки управления 23, 24, каждая из которых расположена на дополмительном сердечнике регулируемого трансформатора 6, соединены между собой последовательно- встречно и подключены одним выводом к выходу регулйругсяцего органа. Гэегулируе- мый трансформатор 6 собран на тороидальных сердечниках и; имеет основной 25 и два дополнительных 26, 27 сердечника. Дополнительные сердечники расположены по обеим сторонам основного сердечника на одной оси с ним. Компенсационные обмотки 28, 29 намотаны на дополнительных сердечниках 26,27,-одними выводами включены последовательно-встречно, а другими соединены между собой. Отрицательная шина основного источника питания 30 является общей для преобразователя и вольто- добавочного узла. Дополнительные вторичйые обмотки 31, 32, 33 расположены на основном сердечнике 25 регулируемого трансформатора 6 и через соответствующие выпрямители 34-39 соединены с нагрузками 40,41, 42. вторые выводы которых, средние точки дополнительных вторичных обмоток 31, 32, 33 и отрицательный вывод питания блока управления образуют общую шину нагрузок, к которой присоединяется также второй вывод управляющих обмоток 23,24.

Положительные выводы питания измерительного и реп лирующето органов соединены с одноименным выводим основногб выходного канала, а цепь из последовательно соединённых стабилитрона 43 и резистора 44 включена между отрицательным выводом Одного из неосновных выходных каналов и выходом регулирующего органа.

Устройство работает следующим образом. ; - ;/- ;. ;.;:.- .-.:.-л

После подачи напряжения основного источника 30 цепь запуска через вторичную обмотку 10 коммутирующего трансформатора 1 подает импульсы тока в базовые цепи транзисторов 3, 4 преобразователя. При включении первого из них, на первичной обмотке 5 регулируемого трансформатора 6, подключенной к основному источнику 30 через питающую обмотку 9 и диоды 7. 8

выпрямителя вольтодобзвочнрго узла, появляется напряжение, вШы ающее протекание тока в первичной обмотке 11 коммутирующего трансформатора 1, Ток

5 первичной обмотки 11, величина которого ограничена резистором 2, трансформируется вЬ вТо рШнуЮ обмотку 10, которая запи- тывает базу открытого транзистора преобразователя. К управляющему перехо-

10 ду другого транзйстбра преобразователя прйлдже но ЗТйрШщТеТг 1 р1я5к й ;гв1ёпи- чинакоторого огранйч;йвЙете;я ЫШнШ1гЬ- ром 12. Переключение транзисторов 3 и 4 преобразователиГйачнётея в тот Момент,

15 когда магнитный процесс и трансформаторе 1 достигнет значения потока, насыщения , ;;J . -.-.

Насыщение сердечника трайсформатЬ- ра 1 приводит к резкому бозрасТанйю Тока

0 в его первичной обмотке 11 и приложе нию . напряжеШя пё рвйч№6й обмоткой 5 регули-

руемото трансформатора б к резистору 2. В 5тбтК1ёмШТ умёньшаю14ййся: ток в базовой цепи открытого ТранШсто

5 насыщения, что прйвбДйт к уаёл чШ ййУefo коллекторногб напряжения, уменьшёШю коллектбрйЬТО тока W / с ж Ш1«1| йт- нрго потока s cHoifjHOM с рдЖнйке 25 peiy- лируемого трансформатора 6 своего

0 максимального значения. После этого, магнитный поток в сердечнике 25 меняет свое направление, а ЭДС вех обмоток регулируемоготрансформатора 6 и коммутирующего трансформатора 1 - свою полярность. Начи5 нается регенеративный процесс переключе; ний TpaH3 fCt 6lp81 4 преобразователя.

Далее прбцесс повторяется. Одновременно цегючШ-и| г бс«едШ1т Жн сШдТ1Шдаж ных резистора 2 и конденсатора 12 служит

0 для демпфирования высокочастотных коле- баний в преобразователе, Сймметрирования г о уЪё$Ш1$оЪ $б5.рЪзЪйан1л д : и:: : - облегчения коммутации трШзйстбрбв З и 4.

..: . Изменение магнитного потока в рс нов5 ном сердечнике 25 регулируемого трансформатора 6 наводит ЭДС в питающей обмотке9 и дрполнительных вторичныхоб- мбткаТЗ, 32, S3, Переменные напряжения

33, находящихся на оснобном Сердечнике 25,выпрямляются диодами 34-39 и запиты- вают нагрузки 40-42. Блок упраелёния с из- мерйтелйньимгй рёг й0ующйМ , подключенный параллельно нагрузке 40, питается с выхода основного выходногб канала, состоящего из дополнительной вторичной обмотки 31 и выпрямительных диодов 34, 35. Если выходное напряжение основного кангйа, hucfynaiouifeiei не вхоН йз- мерительногб органа, тнаУримёр, уменьшилось относительно номинального значения, to ;йа егб выходе появляется дбгГолнителькое напряжение, еще больше отпирающее /транзистор 19 регулирующего органа блока управления. Происходит это потону, что по- 5 тенциал его эмиттера, соединенного С резистивйым делителем на сопротивлениях 13,

14, 15, будет ниже потенциала его базы, подключенной к выходу парамётрическргр

стабилизатора, состоящего из резистора Т6 10 JH ртабилжрона 18, потенциал которогоос- -таетгбяг неизменным. Стабилитрон 17 у меНьт тает температурную нестабильность йз:мёрй ф1ЬнЬго органа блока управления. ПриI открывании транзистора 19 и 15 увеличений тока его коллектора, выходной ; ;; ток транзисторов 20, 21 также ся, вызывая большее падение напряжения ,на резисторе 22, УменьшениевыхоДнбгО сопротивлений регулирующего органа првы- 20 вёличину тока в управляющих обмотках 23, 24, находящиесяна дополни, т|||ь ых сердечниках 26, 27 регулируемого

трансформатора6.(Внйетбк;аУг)равле , ния е этих обмотках вы зывает потбк управ- 25

- ВрльтрдббавочНый узел преобразует Т1о)Ьяннре наряжение рЬновнбго источ- ника 30 в пйстрянное стабй Ши емШ на- пряженце другой величины, рав:н эй 30 максймальцому значению этого источника, ; Причём, при уменьшении напряжения на входе вольтодобавбчного узла напряжение; на егб выходе и, следовательно, на входе :г1рео6разрбатёля увеличивается, стремясь к 35 стабилизйруембму. Это остйгаётс я тем, что управляющее устройство регулируемым трансформаторрм б ифмёнйет величину маг- Wfrtb )B

сердечниках 26, 27 при помощи изменения 40 Г10стряннрго тока в обмотках 23, 24 у п рав-; ленШГа satei |;сйё стви изменения вход-: ногб напряжёу йя прербразрвателя и в основном сердечнике 25. Например, при уменьсуёнИи напряжения основного йсточ- 45 ника 30, постоянный ток в обмотках 23, 24 управлеШй увелйчиваётсй и за счёт умене- шёния, магнитной проводимости дополнительных сердечнинов 26,27 напряжение на выходе вольтодобавочного узла увеличива- 50 ётся что првыш ёт вхбднЬе напряжение п Ьёра ователя и (йоотбётствённо увеличивает магнитный п0ток в основном сердёчни ке : Ш: У :--.- : .:: .: ::: .; .;-:. ..., . В pelyHfctafe1 Шгб напряжение на до- V 55 полнйтелъных вторичных обмотках 31-33, р г оя ё йн х/ й а Ь с нбвном сердечнике

25, увелйчймётся. При увеличении нэпря- жениярсновного источника 30 и увеличении ёгб йа ipCHOBHpM выходном канале измерительный орган через регулирующий орган уменьшает постоянный ток в обмотках управления 23, 24, что повышает магнитную п ров одймость до пол н ительи ых сердёчн и- ков 26, 27 и уменьшает вь1ходнЬё напряжение вол ьтодо ба воч н о го узл а при протеканий через питающую обмотку 9 пе- ремённОГЬ допилн ительнргр тока. : ; :; ;

С цёльго расширения диапазона регулй- рб1йаййя п| увё1п

грузок 40-45 и повышений напряжейия Ьснрвйого источника 30 ближе к максимальному, пробивается стабилитрон 43, пропуская ток обратного направления в обмотки управления 23, 24, величина которого огра- ничйвается резистором 44, и тем самым стабилизируя напряжения на нагрузках 40-42.

Таким образом, изобретение позволяет получит ЬЬёокупнбеть выходных напряжений, изолированных от цепей питания, cta- билйзйрует мощность питания упрарляюцйх переходов транзисторов 3, 4 пре6б{:)азрвателя, а при увеличении мощности нагрузок эта мощность даже увеличивается, и результате повышения входного Напряжения преобразователя для компенсации внутренних потерь регулируемого трансформатора б и удерживания выходного напряжения на нагрузке 40 на прежнем уровне, а также частоту преобразования.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Стабилизированный источник питания постоянным напряжением, содержащий преобразователь напряжения, состоящий из коммутирующего трансформатора с одной первичной И вторичной обмотками, схемы запуска и транзисторов, блок управления с регулирующим органом и измерительным органом, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя и питающей обмотки, включённый последовательно с входными выводами, регулируемый .трансформатор, включающий основной и два дополнительных сердечника с намотанными на них обмотками управления, соединенными между собой последо- ВателЬно-ветречно и с компенсационными обмотками, соединенными .между собой и также намотанными на дополнительных сердечниках регулируемого трансформатор- ра и включёнными последовательно-встречно, а первичная обмотка коммутирующего трансформатора соединена с коллекторами транзисторов преобразователя и зашунти- рована емкостью, о т л И Ч а ю щ и и с я тем, что, с Целью расширения функциональных возможностей с одновременным повышением надёжности, в него дополнительно введены дополнительные вторичные обмотки регулируемого трансформатора, не связанные с входными выводами и подключенные через выпрямители к цепи нагрузки, причем базы транзисторов преобразователя подключены к соответствующим(выводам вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, а коллекторы транзисторов соединены с выходами соответствующих первичных обмоток, намотанных; на основной сердечник регулируемого .трансформатора, другие выводы которых соединены между собой, вольтодобавочный узел положительным выходом выпрямители подключен к точке соединения первичных об0

моток, а питающая обмотка намотана на все три сердечника регулируемого трансформатора, обмотки управления подключены между выходом регулирующего органа блока управления и общим выводом дополнительных вторичных обмоток регулируемого трансформатора, пйпржйтельный вывод ос- нОвногр канала соединен с блоком управлений, а цепьиз прслёдбвательно соединенных стабилитройа и резистора подключена между отрицательным выходом неосновного выходного канала и выходом регулирующего органа блока управления.

Использование: электропитание радиоэлектронной аппаратуры, устройств связи и вычислительной техники. Сущность изобретения: расширение функциональных возможностей с одновременным повышением надежности. Введены дополнительные вторичные обмотки регулируемого трансформатора, которые позволяют получить совокупность выходных напряжений, изолированных от основного источника питания. Размещены первичные обмотки регулируемого трансформатора на его основном сердечнике, что обеспечивает жесткость внешней характеристики стабилизированного источника питания, уменьшает коммутационные потери на транзистора преобразователя напряжения. Размещена питающая обмотка вольто- добавочнрго узла на всех трех сердечниках регулируемого трансформатора, что позволяет стабилизировать входное напряжение преобразователя и частоту преобразования. 1 ил.