Стабилизированный источник постоянных напряжений Советский патент 1977 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во всех устройствах, где требуется многоканальный источник стабилизированных выходных напряжений, который питается от нестабилизированной сети переменного тока.

Известный стабилизированный источник постоянных напряжений 1 содержит несколько каналов, каждый из которых питается от общего .многообмоточного трансформатора, причем каждый канал имеет свой ключевой стабилизатор со своей схемой управления, входным и выходным фильтрами.

Наиболее близким к изобретению ио технической сущности является источник постоянных напряжений 2, содержащий несколько каналов стабилизации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных импульсного стабилизатора с регулирующим элементом, например, в виде последовательного регулирующего транзистора и LCDфильтра на выходе, фильтра и выпрямителя, подключенного к отдельной вторичной обмотке многообмоточного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с входными зажимами.

Эти известные источники имеют ряд недостатков:

а) все каналы невозможно настроить на работу с одной частотой и скважностью одновременно, что приводит к значительному дополнительному аклстическом) шуму с частотами, отличными от частот каналов (акустическое биение), значительному уровню радиопомех обоих видов - помех по проводам и излучаемых помех;

б) стабилизация напряжения каждого канала зависит от многих факторов схемы управления своего канала;

в) схема управления каждого канала потребляет дополнительную мощность, что приводит к уменьшению суммарного КПД источника;

г) большая схемная сложность и большое

количество элементов в схемах управленияу каждым каналом снижает надежность источника.

Для улучщения характеристик источника за счет обеспечения точной синхронизации частоты и скважности всех каналов при изменении общего входного напряжения, уменьшения акустического шума, радиопомех, увеличения КПД, упрощения схемы источника питания и увеличения надежности в предлагаемом источнике эмпттер-базовый переход регулирующего транзистора каждого последующего канала через резистор связан с дроссельным элементом /СО-фильтра одного из предыдущих каналов, обеспечиваюшим одновременное

переключение регулирующих транзисторов

3

этих каналов, причем эмиттер-базовый переход регулирующего транзистора каждого последующего канала соединен через резистор с дополнительной обмоткой дроссельного элемента LCD-филътра одного из предыдущих каналов в случае отсутствия общей потенциальной выходной точки у этих каналов; эмиттер-базовый переход регулирующего транзистора каждого последующего канала соединен через резистор с общей точкой дроссельного элемента и диода /.С/)-фильтра одного из Предыдущих каналов в случае наличия общей потенциальной выходной точки у этих каналов. Кроме того, для упрощения схемы источника в случае наличия в нем каналов стабилизации, одно-полярных по отношению к общей потенциальной выходной точке, регулирующим элементом для каждого из каналов служит один общий транзистор, включенный переходом коллектор-эмиттер между общей потенциальной выходной точкой этих каналов и общей потенциальной входной точкой этих каналов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого источника питания; на фиг. 2 - разновидность включения каналов при изменении полярности общей точки потенциально связанных каналов.

На схеме изображены: Тр - общий многообмоточный трансформатор источника; Во, Si-BD - выпрямительные мосты каналов; Фо, - выходные низкочастотные фильтры каналов; То, Ti-Гз - ключеные регулирующие транзисторы каналов; До, Д1-Да - шунтирующие диоды высокочастотных фильтров каналов; Да-Д/5 - диоды одноиолярных каналов; Со. Ci-Cs - выходные емкости каналов; СУ - схема управления ключевым регулирующим транзи-стором, с помощью которой осуществляют стабилизацию выходного напряжения в первом канале при изменении выходного напряжения.

Работа источника происходит следующим образом. Регулирующий транзистор первого канала управляется прямоугольными импульсами своей схемы управления отпирания транзистора Ti.

В момент отпирания транзистора TI все входное напряжение прикладывается между общей точкой каналов и общей точкой диода Д и Дрь а значит, к переходу эмиттер-база триода TZ второго канала с такой полярностью, что вызывает его отиирание. При отпирании триода 7,2 все входное напряжение четвертого (или второго) канала приложено между общей точкой каналов и общей точкой Д4 и Др4, а значит, к переходу эмиттер-база транзистора Тз, вызывая также его отпирание. При этом, если относительно общей точки при включении TI потенциал общей точки диода Д1 и Др1 будет «- (отрицательный), то во втором канале необходимо взять транзистор р-л-р типа, а в третьем канале - га-р-п типа и т. д. При запирании транзистора TI потенциал общей точки Д: и Др1 из4

менится на «-f (положительный) относительно общей точки каналов, вызывая запирание транзистора TZ. При запирании TZ потенциал общей точки DI и Дp изменится на 5 «- (отрицательный), вызывая запирание транзистора Т. Аналогично будут управляться и транзисторы тех последующих каналов, которые могут и не иметь общей точки с первыми пятью каналами по выходу и у которых 0 переход база-эмиттер присоединен к дополнительной обмотке одного из дросселей предыдущих каналов. Так, например, транзистор этого канала Го управляется импульсами прямоугольной формы дополнительной обмотки 15 дросселя Дрб. При этом, если Го - транзистор п-р-п типа, то база должна быть присоединена к началу обмотки, как на фиг. 1, а эмиттер- к концу. Если Го - транзистор р-п-р типа, как на фиг. 2, то база его должна быть 0 присоединена к концу обмотки. Транзистор Го молсет управляться так же и импульсами дополнительной обмотки Др1 при этом необходимо так же соблюдать фазировку при включении. Так, при управлении от обмотки 5 Др1 на фиг. 1 базу триода Го необходимо было бы соединить с началом обмотки Дрь

Возможны и другие комбинации управления, например, когда все каналы потенциально не связаны, управление регулирующим 0 транзистором каждого последующего канала осуществляется импульсами дополнительной обмотки дросселя предыдущего канала и т. д. При этом необходима соответствующая фазировка. При запирании транзистора какого-либо канала, напряжение на дополнительной обмотке дросселя этого же канала меняет знак, вызывая надежное запирание транзистора следующего канала, если от этой обмотки производится управление. 0 На всех рисунках указаны две группы однополярных каналов - одна группа каналов с четными индексами (с индексами 2, 4...) и другая группа каналов с нечетными индексами (3, 5...). В каждой группе этих каналов используют один общий транзистор, включенный между общей выходной точкой и общей точкой выходных напряжений, образованной диодами Дг : Д4 (Дз-Дб).

Диоды могут быть установлены и в других 0 шинах, так что общая точка входных напряжений будет у входных фильтров. При этом следует подчеркнуть, что если однополярные каналы различаются величиной выходных напряжений, то такой разделительный диод мо5 жет и не устанавливаться в канале с большим выходным напряжением.

Таким образом, если управление транзистором каждого последующего канала осуществляется от предыдущего либо потенциально (как каналы с индексами 2, 3, 4, 5 от первого канала), либо через дополнительные обмотки (как канал с индексом О от канала с индексом 5 на фиг. 1), то моменты отпирания и запирания транзисторов всех каналов совпадают во времени, если пренебречь инер5

ционностыо самих транзисторов при включс ши и выключении.

В зависимости от схемы управления первого канала частота работы стабилизатора может быть как фиксированной, так и меняющейся. Предположим, что схема управления первым каналом построена на принципе изменения скважности импульсов в зависимости от величины сигнала ошибки.

При изменении входного напряжения в первом канале напряжение на выходе поддерживается стабильным схемой управления. При этом будет изд еияться длительность отпирающих импульсов как первого канала, так и всех остальных. Так как входное напряжение .изменяется у всех каналов одновременно и одинаково, то и выходные напряжения во всех каналах также поддерживаются постоянными.

Различие в степени стабильности будет зависеть только от характера нагрузки и характера параметров фильтров. Так как моменты отпирания и запирания регулирующих транзисторов точно совпадают, то исключен дополнительный шум, связанный с наложением частот каналов, или акустическое биение, снижаются также и радиопомехи. Так как отсутствуют дополнительные схемы управления каналами, кроме первого, то существенно уменьшается количество используемых элементов, увеличивается надежность.

Отсутствие дополнительных затрат энергии схемами управления повышает КПД всего источника.

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник постоянных напряжений, содержащий несколько каналов стабилизации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных импульсного стабилизатора с регулирующим элементом, например, в виде последовательного регулирующего транзистора и LCD-фильтра на выходе, фильтра и выпрямителя, подключенного к отдельной вторичной обмотке многообмоточного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с входными зажимами, отличающийся тем, что, с целью улучшения характеристик источника за счет обеспечения

6

точной синхронизации частоты и скважности всех .-:ов при изменении общего входного напряжения, уменьшения акустического шума, радиопомех, увеличения КПД, упрощения схемы источника питания и увеличения надежности, эмиттер-базовый переход регулирующего транзистора каждого исследующего канала через резистор связан с дроссельным элементом LC)-фильтpa одного из предыдущих каналов, обеспечивающим одновременное переключение регулирующих транзисторов этих каналов.

2.Источник по п. 1, отличающийся тем, что эмиттер-базовый переход регулирующего транзистора последующего канала соединен через резистор с дополнительной обмоткой дроссельного элемента LCDфильтра одного из предыдущих каналов в случае отсутствия общей потенциальной выходной точки у этих каналов.

3.Источник по п. 1, отличающийся тем, что э титтер-базовый переход регулируюшего транзистора каждого последующего канала соединен через резистор с общей точкой

дроссельного элемента и диода LCD-фильтра одного из предыдущих каналов в случае наличия общей потенциальной выходной точки у этих каналов.

5. Источник по п. 1, 3, отличающийся

тем, что, с целью упрощения схемы источника, в случае наличия в нем стабилизации, однополярных по отношению к общей потенциальной выходной точке, регулирующим элементом для каждого из каналов служит один общий транзистор, включенный переходом коллектор-эмиттер общей потенциальной выходной точкой этих каналов и общей потенциальной входной точкой этих каналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Mokrityki В., Stuart R. А. «Magnetic-Атplifiersilicon-Transistor Power Supply for

Missile Application - «Communication and Electronics, 1. 1960, № 46.

2.E. C. Грейвер. «Ключевые стабилизаторы напряжения постоянного тока, М,, «Связь, 1970, стр. 134, рис. 6-20 (прототип).