Импульсный регулятор напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/145 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания:

Цель изобретения - уменьшение пульсаций тока в нагрузке и расширение диапазона регулирования.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого импульсного регулятора напряжения: на фиг. 2 - кривые токов и напряжений.

Импульсный регулятор напряжения (фиг.1) содержит входной 1, общий 2 и выходной 3 выводы для подключения, соотвег- ственно, источника питания 4 и активно-индуктивной нагрузки 5, ключевой транзистор 8, источник управляющего сигнала 7, обратный диод 8, шунтирующую его цепь из последовательно соединенных диода 9 и конденсатора 10. шунтирующую транзистор 6 цепь из последовательно соединенных конденсатора 11 и диода 12, цепь рекуперации из последовательно соединенных диода 13 и дросселя 14.

Импульсный регулятор напряжения работает следующим образом.

Источник управляющего сигнала 7 включает и выключает транзистор 6, поддерживая на нагрузке 5 требуемое среднее напряжение (ток) за счет изменения скважности включенного состояния транзистора 6. Когда транзистор 6 выключен, ток протекает через нагрузку 5 и обратный диод 8, напряжение на конденсаторе 11 равно напряжению источника питания 4. напряжение на конденсаторе 10 равно нулю, ток in в дросселе 14 цепи рекуперации отсутствует. С момента to (см.фиг.2) отпирания транзистора 6 начинается процесс запирания обратного диода 8, и ток i0 транзистора б нарастает до момента п окончания процесса восстановления обратного сопротивления диода 8. С момента ti напряжение Кб на открытом транзисторе 6 спадает почти до нуля (точнее, до остаточного напряжения), и нагрузка 5 подключается к источнику питания 4. В это время начинается резонансная перезарядка конденсатора 11 и конденсатора 10 по цепи: конденсатор 11, открытый транзистор б, конденсатор 10, диод 13, дроссель 14. При этом ток 1В транзистора б равен сумме токов Ы дросселя 14 и Is нагрузки 5.

В случае идеальности применяемых элементов и равных емкостей конденсаторов 11 и 10 через время r конденсатор 11 полностью разрядится, конденсатор 10 зарядится до напряжения источника питания 4, к диоду 13 будет приложено обратное напряжение и произойдет его запирание. При этом

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

, где L - индуктивность дросселя 14:

С - емкость конденсаторов 10 и 11.

В момент t.i начинается процесс выключения транзистора б. ток 1е начинает уменьшаться, открываются диод 9 и диод 12. Разность токов Is-le заряжает конденсатор 11 и разряжает конденсатор 10. В момент времени t4, когда напряжение на конденсаторе 11 возрастает до напряжения источника 1)4, а напряжение на конденсаторе 10 упадет до нуля, откроется обратный диод 8, ток замкнется по цепи нагрузка 5 - обратный диЪд 8, и произойдет запирание диодов 9, 12. В момент времени ts транзистор 6 начнет отпираться, и т.д.

Таким образом, если время открытого состояния ключа больше тtто независимо от времени закрытого состояния ключа (другими словами, независимо от среднего напря- жения на нагрузке) перед моментом выключения транзистора 6 конденсатор 11 будет полностью разряжен, а конденсатор 10 заряжен до напряжения источника питания 4, что обеспечивает малые динамические потери в транзисторе 6 в момент его выключения и, следовательно, работоспособность ИРН при любой скважности работы транзистора 6. Ток in перезарядки конденсаторов 11 и 10 замыкается через включенный транзистор 6 и не протекает через нагрузку 5 (см.фиг.1).

Применение изобретения позволяет расширить диапазон регулирования выходного напряжения ИРН и уменьшить пульсации тока в нагрузке.

Кроме того, увеличиваются надежность и КПД импульсного регулятора напряжения, т.к. существенно (в 2-4 раза) уменьшается ток перезаряда емкостей 10, 11 в сравнении с- прототипом в диапазоне регулирования последнего: при включении .транзистора б конденсаторы 10,11 работают параллельно, а при их перезарядке они соединяются последовательно.

Наиболее целесообразно применение данного изобретения в импульсных регуляторах напряжения, работающих непосредственно от выпрямленной промышленной сети.

Формула изобретения

Импульсный регулятор напряжения, содержащий входной, общий и выходной выводы для подключения соответственно источника питания и активно-индуктивной нагрузки, ключевой транзистор, коллектором подключенный к входному выводу, а базой - к источнику управляющего сигняла.

обратный диод, включенный между общим выводом и эмиттером транзистора и зашун- тированный цепочкой из последовательно соединенных первого конденсатора и первого диода, включенного в том же направлении, цепь рекуперации, выполненную в виде последовательно соединенных дросселя и второго диода, включенного в том же направлении, что и обратный диод, а также второй конденсатор, одним выводом соединенный со свободным выводом указанного дросселя, причем свободный вывод второго

диода подключен к общей точке соединения указанных первых конденсаторов и диода, отличающийся тем. что дополнительно введен третий диод, включенный в обрат ном направлении относительно второго диода между общей точкой соединения дросселя с вторым конденсатором и общей точкой соединения обратного диода, эмиттера, транзистора и первого конденсатора, образующей указанный выходной вывод, причем другой вывод второго конденсатора соединен с входным выводом.

Изобретение может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит входной 1, общий 2 и выходной 3 выводы для подключения источника питания 4 и активно-индуктивной нагрузки 5, ключевой транзистор б, источник управляющего сигнала 7, обратный диод 8, шунтирующую его цепь из последовательно соединенных диода 9 и конденсатора 10, цепь рекуперации из последовательно соединенных диода 13 и дросселя 14, конденсатор 11, одним выводом соединенный с дросселем 14, а другим - с входным выводом, а также дополнительно введенный диод 12. При выключении транзистора 6 конденсаторы 10,11 ограничивают скорость нарастания напряжения на нем, а при включении - соединяются в последовательную цепь и через дроссель 14 колебательно перезаряжаются, возвращаясь в первоначальное состояние. Процесс перезарядки конденсаторов 10, 11 не зависит от среднего напряжения на нагрузке 5. и ток перезарядки не протекает через нагрузку 5. 2 ил. (Л С 00 ю о ч 00 ел со

LS