Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G05F1/56 

(Л

с

Использование: в системах электропитания, предназначенных для электронных устройств, выполненных на цифровых логических микросхемах. Сущность изобретения: стабилизатор содержит силовой и токовый трансформаторы, узел управления, дифференцирующую цепь, выпрямительный, коммутирующий и перемагничиваю- щий диоды, входной, выход.ной и шунтирующий конденсаторы, три резистора, силовой и перемагничивающий транзисторы. Введение в схему двухобмоточного входного дросселя, соответствующим образом связанного с элементами схемы, позволяет улучшить мае со габаритные показатели. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, предназначенных для электронных устройств, выполненных на цифровых логических микросхемах, микропроцессоров, вычислителей и т.д.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей.

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

Предложенный стабилизатор, как и прототип, содержит силовой транзистор 1, кол- лектор которого соединен с концом первичной обмотки 2 силового трансформатора 3. Эмиттер транзистора подключен к отрицательной шине стабилизатора. Параллельно входу силового транзистора 1 подключен выход узла управления 4, вход которого подключен параллельно выходному конденсатору 5 и через выпрямительный диод 6 параллельно второй обмотке 7 силового трансформатора 3, причем анод выпрямительного диода 6 подключен к началу вторичной обмотки. Начало обмотки пере- магничивания 8 через параллельно соединенные шунтирующий конденсатор 9 и разрядный резистор 10 подключено к катоду коммутирующего диода 11, анод которого соединен с общей шиной стабилизатора. Начало токовой обмотки 12 трансформатора тока 13 подключено к началу обмотки активного перемагничивания 8, конец обмотки 12 соединен с коллектором перемаг- ничивающего транзистора 14, эмиттер которого соединен с общей шиной стабилизатора. Параллельно входу перемагничива- ющего транзистора 14 включена обмотка обратной связи 15, началом к его базе. Переключающая обмотка 16 через ограничи00

о о

Ьел о

тельный резистор 17, соединенный с ее концом, подключена параллельно входу дифференцирующей цепи и резистору перезаряда 18. Дифференцирующая цепь состоит из последовательно соединенных конденсатора 19 и резистора 20, зашунтированных пусковой обмоткой 21 трансформатора тока 13, при этом конец пусковой обмотки 21 соединен с началом переключающей обмотки 16, параллельно конденсатору 19 дифференци- рующей цепи подключен диод перемагничи- вания 22, анодом к началу пусковой обмотки 21. Начало первичной обмотки 2 соединено с обкладкой входного конденсатора 23,а его вторая обкладка соединена с корпусом пре- образователя.

В отличие от прототипа в предлагаемое устройство введен двухобмоточный входной дроссель 24 с двумя обмотками 25 и 26, причем конец первой обмотки 25 и начало второй 26 соединены с входом стабилизатора, начало первой обмотки 25 подключено к началу первичной силовой обмотки 2, а конец обмотки 26 подключен к концу обмотки перемагничивания 8. Конденсатор 5 соеди- нен непосредственно с катодом выпрямительного диода 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При открытом регулирующем транзи- сторе 1 происходит передача энергии через силовой трансформатор 3 во вторичную цепь, образованную вторичной обмоткой 7, выпрямительным диодом 6, сопротивлением нагрузки, зашунтированным выходным конденсатором 5, и накопление энергии в трансформаторе 3. Одновременно происходит перемагничивание сердечника токового трансформатора 13 через пусковую обмотку 21 за счет напряжения, возникающего на переключающей обмотке 16, прикладываемого к обмотке 21 через диод перемагничивания 22 и ограничительный резистор 17. При закрывании силового транзистора 1 в первый момент происходит рекуперация ча- сти энергии, накопленной в трансформаторе по цепи: шунтирующий конденсатор 9 и коммутирующий диод 11. Импульс напряжения на переключающей обмотке 16 через ограничивающий резистор 17 поступает на вход дифференцирующей цепи, зашунтированной резистором перезаряда 18. Импульс, возникающий на выходе дифференцирующей цепи, вызывает появление отпирающего напряжения на об- мотке обратной связи 15, перемагничиваю- щий транзистор 14 приоткрывается, и за счет работы положительной обратной связи по обмоткам токового трансформатора 13 происходит лавинный процесс отпирания

перемагничивающего транзистора 14. Далее процесс перемагничивания сердечника трансформатора 3 и дросселя 24 идет не за счет рекуперации энергии в первичную сеть, а активным перемагничивающим током коллектора перемагничивающего транзистора 14. При выходе рабочей точки в процессе активного перемагничивания в нелинейную зону петли гистерезиса сердечников силового трансформатора 3 и дросселя 24 происходит увеличение тока перемагничивания, следовательно и тока через токовую обмотку 12 трансформатора 13. Число витков этой обмотки рассчитано таким образом, чтобы насыщение сердечника токового трансформатора 13 предшествовало полному насыщению сердечника трансформатора 3 и дросселя 24. При насыщении сердечника трансформатора тока 13 происходит уменьшение напряжения на обмотке обратной связи 15, уменьшается ток и происходит лавинный процесс запирания перемагничивающего транзистора 14. При этом происходит разряд шунтирующего конденсатора 9 через разрядный резистор 10. Далее цикл работы стабилизатора повторяется.

Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря введению новых элементов и связей обеспечивается работа сердечника силового трансформатора 3 и дросселя 24 по полному циклу петли гистерезиса, что позволяет снизить габариты и массу силового трансформатора дросселя 24 на 40%.

Число витков обмотки перемагничивания выбирается по формуле

Ultn

(В

макс

-В

мин

)СГ

где (ft-число витков обмотки перемагничивания 8, аналогично обмотке 26 дросселя 24;

UL - напряжение, непосредственно приложенное к обмотке перемагничивания;

Вмакс, Вмин - максимальное и минимальное значения индукции сердечника;

Q - сечение стали сердечника;

tn - время перемагничивания.

i

При выполнении условия tn 0,1 -,

коэффициент заполнения может принимать значения до 0,8, в сочетании с обеспечением работы сердечников силового трансформатора и дросселя без подмагничивания это позволяет сократить массу и объем устройства на 25-30%.

Формулаизобретения Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий силовой транзистор, силовой трансформатор с первичной, вторичной, перемагничивающей и переключающей обмотками, выпрямительный диод, узел управления, входной и выходной конденсаторы, коммутирующий диод, шунтиру- ющий конденсатор, разрядный резистор, трансформатор тока с токовой, пусковой обмотками и обмотками обратной связи, ди- ференцирующую цепь, состоящую из конденсатора и резистора, диод перемагни- чивания, резистор перезаряда, ограничительный резистор, перемагничивающий транзистор, причем коллектор силового транзистора соединен с концом первичной обмотки силового трансформатора, эмиттер силового транзистора подключен к общей шине, а к управляющему входу силового транзистора подключен выход узла управления, вход которого включен параллельно выходным выводам, с которыми соединен выходной конденсатор и через выпрямительный диод,вторичная обмотка силового трансформатора, начало обмотки перемаг- ничивания силового трансформатора через параллельно соединенные шунтирующий конденсатор и разрядный резистор подключено к катоду коммутирующего диода, анод которого соединен с общей шиной, начало токовой обмотки трансформатора тока подключено к началу обмотки перемагничива- ния силового трансформатора, а конец соединен с коллектором перемагничивающего транзистора, эмиттером подключенного к общей шине, к управляющему входу перемагничивающего транзистора включена обмотка обратной связи трансформатора тока, началом - к его базе, переключающая обмотка силового трансформатора через ограничительный резистор подключена к входу дифференцирующей цепи и параллельно резистору перезаряда резистор дифференцирующей цепи подключен параллельно пусковой обмотке трансформатора тока, при этом конец пусковой обмотки трансформатора тока соединен с началом переключающей обмотки силового трансформатора, а параллельно конденсатору дифференцирующей цепи подключен диод перемагничива- ния анодом - к началу пусковой обмотки трансформатора тока, между началом первичной обмотки силового трансформатора и общей шиной включен входной конденсатор, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, в него введен силовой двухобмоточный входной дроссель, первая обмотка которого концом подключена к входному выводу, а началом - к началу первичной обмотки силового трансформатора, конец второй обмотки силового входного дросселя подключен к концу обмотки перемагничива- ния силового трансформатора, а начало соединено с концом первой обмотки силового входного дросселя.