Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

I

Изобретение относится к преобразовав тельной технике, а точнее к импульсным преобразователям постоянного напряжения в постоянное другой вепичиньи Оно может использоваться во вторичных источниках электропитания, в том числе и в стабилизированных., особенно целесообразно использование в тех случаях, когда входное напряжение превышает допустимое коллекторное напряжение силовых транзисторов, примененных в импульсном регуляторе напряжения.

Известны импульсные стабилизаторы постоянного напряжения l и 2.

Наиболее близким тахническим решением является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательный регулирующий транзистор, первый фильтрук;щий конденсатор, одной из обкладок соединенньШ с входным выводом, второй фильтрующий конденсатор, одной из обкладок соединенный с выходной цепью, сглаживающий дроссель с основной обмоткой, В1шюченной в выходгкую цепь регулирующего транзистора, и вспомогательной обмоткой имеющей маг нитную связь с основной обмоткой, обратный диод, одним из электродов соединенный с общей точкой сглаживающего дросселя и выходом регулирующего транзистора, блок управления регулирующим транзистором, .питаемый с выходных выводов 2j, Такой стабилизатор напряжения облада&т невысокой надежностью.

10 Объясняется это тем, что при запирании регулирующего транзистора и сопутствующему ему открытии дополнительного диода, напрянсение на регулирующем тран- ,5 зисторе кратковременно (на время разряда индуктивности рассеяния) становится равным входному напряжению. Зто напряжение может оказаться больше допустимого импульсного коллекторного напряж©{шя. Низка надежность стабилизатора и в

20 момент подключения его к источнику питания, так как напряжение на закрытом регулирующем транзисторе того, что конденсатор вьрсодного фшхьтра еще не заряжеКг становится равныг-л вхсдноьгу Другим существенным недостатком, явля™ ется тог чтс блок управления невозмокко питать с выходб. импульсного стэбкли затора напряжения так как при Бключе шш В.ХОДПОГО напряжения рег шируюшнй транзистор остается выключенныМд ио скольку блок управления обесточен Необходимость иметь дополнительный тзточ НИК nviTaHHfl для запуска бл.ока упр я-ле-ния усложняет схему стабилизатора. Целью настоящего изобретения йвляется повышениэ надежности импульсного стабшшзатора напряжения и упрошгчке eix) запускас Для достнжания указанной цели в санном выше стабилизаторе другие обкладки первого и второ1 о фи«ьтрук;(;,их конденсаторов соединены и к обшей точке И.Х соединения подключен друхой .электрод обратного диода,5,а также один выходной выво.д введенного выпрямкт-; ля и одна КЗ обхшадок. .BBefieHi:-:oro допол-нитепьного кошденсатора, другая об клад-ка KOTOporOs а также другой АЗЫКОДГГО. вывод указанного выпрямителя подклкэ- чен .к общей шинэ причем вспомогатэл ;----ная обмотка вкшоче а в диагональ .зь прямпения. Кроме того, с целью улучшения дина мическах характеристике между сглаж-.и-ва-юшйми дросселем и .вьгх:однь)мк в:ыво-дами ышючено яопо.пнительносг звене сглаживающего ф1Ш1эТра„ На фиГе 1 изобрагкена прин.1щп.кал.ьная схема предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения но. фиг- 2 зав г-симости относительно.го н.апря кекия ita регулирующем транзисторе от итноск тельной дп.ительностй импульсов, рг.о.глекторного тока на фигэ 3 - вариант ;/прс ш,е1-1ия схемы импульсного стабилнзгп-ора напряжения. Регулирующий транзистор .1 под.1 :лю-чен к входному зажи1 -г 2 и точке (::ое-динения обратного аиода -3 и OCHOB :OK об.моткн 4 сглаксиваюздего дроссаг.я 5.,. Нагрузка преобразо.ватвпя под.К-Л оче5;а к точке соединения основной обмотй:и 4 дроссапя 5 и конденсатора 6 выходпого фильтра .н к входному .-1у 7 к I.o- торому также присоединен дополнптольньй конденсатор 8,. Конденсатор 9 входного фильтра соединен со .в.ходнь.м зажимом 2 и с общэй точкой сопдииени обратного диода -3 и конпетжаторов 6 и ,8 выходного и дополнителгзПоги филг-тро |Вс1томогател.ная обмогка .Ю с.глаживаг 24 ;г-го дросселя 5 имеющая магнитную вязь с основной 4, 1юд1шючена к до полнительному конденсатору 8 через ыпрямитель, образованный диодами 11, 12;13Д4 На блок 15 управления напряжение питания подается с посл5 довательио соединенных конденсаторов 6 и 8 вы:; одного и дополнительного фильтров, С выхода блока 15 управления 1шпр{; к.енке поступает на в.ход регулирующего транзистора 1 Пупктиром. показано допопнктельное звено 16 зьг/содного фильтра b исходном состоянии напряжение на выходе стабилизатора равно нулю, блок -1.0 управления обесточен и ре.гулируютиий транзистор 1 закрыт« После подключения с;табилизатора к источнику питания происходит продесс быстро.го заря.да конденсаторов 9 и 8 входного и дополнительного фильтров, При этом в. напряжение делится па емкостном далиталэг образованном первчнслэнными ковдэпсаторами, и уста повивлюеся напряжение на HEX обратно пропорционально их емкостям Таким образом., к за.крыто№) регулирлпощему траиэистору 1 пря.кледьтается только часть В.ХОДНОГО напря.жения, равная н.а пряжепию на конд,енс;ггоре 9 входного ф -шьтра. Появившееся напряжение на дополни- .г-г тьком конденсаторе 8 через кокде1г сатор 6 выходного фильтра поступаеа.па блок Л.5 упршэленняз который возбуж-дается Импульсный стабилизатор напря- - еш-1Я пераходйт в рабочий режим.о Б этом режиме напряжение на дополнитальном конденсаторе 8 поддерживается с п-омо.пг.ыо .вспомогательной обмотки Ю схгпажквающего дроссг ля 5, подютючегь. Ho.ii через в.ыпрямиталь на диодах llj. 12,13Д4. . Напряжение на вспомогательной обмотке .10 определяется напряжением на основной обмотке 4 сглаживающехю дросс&пя. о и зависит от соотношения витков их Форма напряжения на основной обмотке 4 представляет собой в первом приближении прямоугольные знак о- чере,а чоациеся импульсьи; Отридател1-зНый импул-ьс напряжения относител.ьно начала сбмат.киз обознйчанной точкой, воэл.ика.ет тогда когда рг;гулирутапщй транзистор .включен а обратный диод 3 aaiipi-riT, .а ветхичииа его равна )ад1.гости межд.;/ Б.ходньпуг я выходным напряжением пппобразоватапя., Положительн.ьп и:мпул1 с будет в том случае, когда транзистор 1 закроется и осноьиая обмотка 4 подключится к конденсатору 6 вьсходного фильт ра с помощью обратного диода 3, открьь ваемого током намагничивания дросселя 5. В это время иапряжзниэ на основной обмотке 4 равно напряжению на конденсаторе 6, Соотношение между амплитудами этого напряжения и, следовательно, между амплитудами напряжения на вспомогательной обмотке 1О зависит от вели.чины относительной длительности импуль сов коллекторного тока регулирующего .транзистора 1 в установившемся режиме преобразователя. Если эта величина превышает 0,5, то амплитудное значение по ложительного импульса на вспомогательной обмотке 10 больше, чем отрицательного. В этом случае напряжение на дополнительном конденсаторе 8 устанавливается во время выключенного состояния регулирующего транзистора 1 за счет энергии, накопленной в дросселе S. При этом будут открыты током намагничивания обратный диод 3 и диоды 11 и 14 выпрямителя. После включения регулиру1ош.его транзистора 1 диоды 11 и 14 закроются, а диоды 12 и 13 останутся Б непроводящем состоянии, так как напряжение на дополнительном конденсаторе 8 будет превышать по величине напряжение на дополнительной обмотке 10 Для такого режима относительная величина напряжения на регулирующем транзисторе, равная отношению напряжения на закрытом регулирующем транзисторе к напряжению питания стабилизатора, определяется выражением гдеУц - напряжение на закрытом Tpajfrзисторе;Е напряжение питания стаб шиза- h - отношение числа витков допол нительной обмотки 1О к числу витков основной обмотки 4 сглаживающего дросселя 5; 0| - относительная длительность импульсов коллекторного тока регулирующего транзистора 1. При вьшоде формулы переменные составляющие напряжения па конденсаторах не учитывались ввиду VLX малости по сравнению с постоянными составл1пощнми, а напряжение на з.акрытом fieryдирующс-м транзисторе было принято равным напряжеимто на ко ща сатор8 9 входного фильтра. На фиг. 2 (кривая 1) показана зависимость относительного напряжения иа транзисторе от от носит ольной длительности импульсов KOjUisKTopHoro тока, изменяющейся от О до 1,.для и пунктирной линией - для И 2, Если относительная длительность импульсов коллекторного тока менее 0,5, то в этом случае амплитудное значение отрицательного импульса напряжения на вспомогательной обмотке 1О дросселя 5 больше положительного,и напояжениэ на дополнительном конденсаторе 8 устанавливается во В1шюченного состояния регулирующего транзистора 1. При этом обратный диод 3 закрыт, а диоды 12 и 13 открываются током заряда дополнительного конденсатора 8, который трансформируется из коллекторной цепи с помощью двухобмоточного дросселя 5, После запирания регулирующего транзистора 1 током намагничивания дросселем 5 вновь открьтается обратный диод 3 и подключает к транзистору 1 конденсатор 9 входного ф тьтра а диоды 11 и 14 остан -тся закрытыми. С учетом ранее сделанных допущений относительная вэличипа напряжения на транзисторе опредачяэтся следующей форм- лой yjo . J с ип-п5 показана на Зависимость фиг. 2 (кривая 2) сплошной линией для чо 1 и пунктирной линией для 1 2. Таким образом, при увеличении относительной продолжительности импульсов коллекторного тока у от О до 0,5 напряжение на закрытом регулирующем транзисторе 1 предлагаемого стабилизатора изменяется по кривой 2 (фиг. 2}j а после превышения величины 0,5 - по кривой 1. Видно, что в любом случае коллекторное напряжение на регулирующем транзисторе 1 меньша напряжения питания, причем с увеличением отношения чистых, витков вспомогательной обмотки 10 к числу витков основной 4 дросселя 5 степень снижения напряЖЕ ния возрастает. Однако следует, отметить что достигается .это путем боль- шей загрузки по току регулирующего транзистора 1, Последнее не является препятствием для использования предлагаемого импульсного стабилизатора напряжения, так как промышленность освоила выпуск транзисторов, рассчитан- ных на большие токи. Кроме того, осуществляют схемы достаточно надежного параллельного включения транзисторов. Конденсаторы 9 входного фильтра и дополнительный конденсатор 8 (фиг, 1) образуют емкостной делитель напряжения поэтому колебания входного напряжения, особенно имеющие большую крутизну фронтов, могут проникнуть на выход ста билизатора напряжения. Для предотвраще НИН этого может быть использовано доп нительное звено сглаживающего фильтра 16, которое может бьггь собрано по лю бой схеме, В этом случае вход блока управления 15 подключается к выходу. дополнительного звена сглаживающего фильтра 16, Обычно величина вьпсодного напряжения стабилизаторов близка к нижнек/ту пределу изменения напряжения питания так что относительная длительность импульсов коллекторного тока регулирую щего транзистора изменяется в предалах .от 0,5 до 1,0. Для таки.х импульсных стабилизаторов напряжения схема может быть упрощена путем исключения диодов 12,13,14, На фиг. 3 изображен вариант упроще ной схемы импульсного стабилизатора напряжения. Схема содержит регулирующий транзистор 1, обратный диод 3, основную 4 и вспомогательк5Ю 10 обмот ки сглаживающего фильтра 5, конденсаторы выходного фильтра 6, входного 9 и дополнительного 8, выпрямитель, об - разованный диодом 11, Цепь питания блока управления 15 подсоединена к вы ходу преобразователя Дополнительное звено сглаживающего фильтра 16 имеет то же назначение, что и ранее,/ Во время закрытого состояния регулирующего транзистора 1 напряжение на аходном конденсаторе 9 устанав-пивается равным напряжению питания за вычетом напряжения на вспомогательной обмотке 10, Поскольку в это время обратный диод 3 открыт током намагничивания дросселя 5, то транзистор 1 оказьшается подключенным к этому конденсатору и напряженке на нем мень ше напряжения питания. После включения транзистора 1 диоды 3 и 11 з.экры ваютсЯ|И конденсатор 9 отключается, поэтому напряжение на нем не изменяется, и в следующий цикл работы оно будет вновь подключено к транзистору. Относительная в«1И-1ина напряжения на закрытом регулирующем транзисторе определяется кривой 1 на фиг, это на пряжение всегда менъще напряжения питания, приближаясь к нек-гу по мере уменг.- шения . Импульсный стабгшизатор напряжения, благодаря описанному включению выпрямителя, вспомогательной обмотки сглаживающего дросселя и дополнительного конденсатора, обладает более высокой надёясностыо, чем известные. Повышение надежности достигается за счет уменьшения напряжения на закрытом регулирующем транзисторе. Степень уменьшения напряжения на транзисторе зависит от отношения числа витков вспомогательной обмотки к числу витков основной обмотки дросселя сглаживающего фильтра. Например, при равном числе их { П 1) напряжение на зшсрнтом регулирующем транзисторе не превышает 66,66% напряжени.я питания, а при И 2-5О%. Важно отметить то, что в предлагаемом импульсном стабилизаторе, напряжение на регулирующем транзисторе меньще напряжения питания в любом режиме, будь то установивщийся режим стабилизатора, или его пусковой режим, или моменты коммутации тока регулирующим транзистором. Предлагаемый импульсный стабилизатор напряжения может быть использован даже в тех случаях, когда напряжение питания превышает допустимое значение для регулирующего транзистора. Это расширяет его область применения и дает возможность создавать вторичные источники электропитания по бестрансформа- торной схеме, рассчитанные на работе от сети переменного тока напряжением 38О В. Создание таках источников на базе известного импульсного регулятора невозможно по той причине, что к регулирующему транзистору в момент его запирания прикладьшается полное напряжение, а отечетственных переключаю- ЩИ.Х транзисторов, рассчитанных на такое напряжение, до настоящего времени нэт. Существенным прэим -ществом предлагаемогх импульсного стабилизатора напряжения является также возможность подключения цепи питания блока упраы2ения к еговыходус Это позволяет отказаться от дополпитйпь-

иого источника питания для блока управления и значительно упростить цепя запуска стбилизатора.

По сравнению с извостной, схема предлагаемого стабилизатора напряжения усложняется незначительно, добавляется только конденсатор и три диода.

Формула изобретения

1. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательный регулирующий транзисторе пер™ вый фильтрующий ко11денсатор, одной из обкладок соединенный с аходнык вьшодом второй фильтрующий конденсатор, одной из обкладок соединенный с выходной цепью, сглаживающий дроссель с основной обмоткой, включенной в выходную цепь регулирующего транзистора, и вспомогательной обмоткой, имеющей магнитную связь с основной обмоткой, обратный диод,одним из электродов соединен ный с общей точкой сглаживающего дросселя и выходом регулирующего транзистора, и блок управления регулирующим транзистором, питаемый с выходных

выводов, о т л и ч л ю щ и и с я том, ЧТО} с целью пог5ьшл н ,я надежности и упрощения процесса запуска, другие об сладки первого я второго фильтрую5 ЩИ.Х конденсаторов сойдинены, к общей точке RX соединения подключен другой электрод обратного диода, а также один выходной вывод введенного выпрямителя к одна из обкладок введенного допел- 0 нательного кондтнсатора, другая обкладка которого, а также другой выходной вывод указанного выпрямителя подключены к общей шина, причем, вспомогательная обмотка включена в диагональ

5 выпрямителя,

2. Стаб шизатор по п, 1, о т л и чающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, сглаживающим дросселем и вы0ходными выводами включено дополнительное звено сглаживающего фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 290379, кл. Н 02 М 3/155, 1970.

2,Авторское свидетельство СССР

№ 441632, кл. Н 02 М 3/155, 1975.

I