Стабилизированный источник питания постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам регулирования электрических величин с помощью полупроводниковых приборов, и может быть использовано при разработке источников стабилизированного питания электро- и радиоаппаратуры. Известны стабилизированные источники питания, содержащие трансформатор, выходом подключенный к выпрямителю с фильтром, регулирующий элемент, соединенный с выпрямителем и нагрузкой, устройство управления, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, причем регулирующий элемент работает в линейном режиме l. Недостатком этих стабилизированных источников питания является низкий КПД и его сильная зависимость от величины тока нагрузки, так как ток через регулирующий элемент находится в обратной фазе по сравнению с током нагрузки. Из известных стабилизированных ис точников питания наиболее близким по технической сущности к изобретени является стабилизированный источник питания постоянного напряжения, содержащий трансформатор, выходом подключенный к выпрямителю с фильтром, регулирующий элемент, соединенный своим входом с выходом выпрямителя и включенный последовательно в выходную цепь, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, и выходной конденсатор 2. Этот источник питания имеет более высокую эконоьшчность при колебаниях тока нагрузки, при этом регулирующий элемент работает как управляемое сопротивление, величина которого автоматически изменяется устройством управления так, чтогбы значение выходного напряжения источника поддерживалось на постоянном уровне с заданной степенью точности.. Избыток мощности вьаделяется на регулирующем элементе, что приводит к снижению КПД источника питания и его зависимости от величины входного питающего напряжения и требует применения регулятора, рассчитанного на относительно большую мощность рассеивания, что является недостат ком известного стабилизированного источника питания.

Цель изобретения - повышение КПД и его стабилизация при колебаниях входного напряжения.

Это достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий трансформатор с выходом, подключенным к выпрямителю с фильтром, регулирующий элемент, соединенный своим входом с выходом выпрямителя и включенный последовательно в выходную цепь, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента и выходной конденсатор, введены дополнительный выпрямитель и цепочка из последовательно соединенных коммутирующего циода и дросселя между выводом регулирующего элемента и выводом для подключения нагрузки, при этом один вывод дополнительного выпрямителя -подключен к общему выводу источника, а второй - к общей точке, соединения коммутирующего диода и дросселя.

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого стабилизированного источника питания; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений в различных точках схемы.

Предлагаемый стабилизированный источник питания содержит трансформатор 1 с выходом, подключенным к выпрямителю 2 с фильтром, регулирующий элемент 3, соединенный своим входом с выходом выпрямителя 2 и включенный последовательно с нагрузкой, блок управления 4, выход которого подключен к управляющему входу регу,лирующего элемента 3, выходной конденсатор 5, дополнительный выпрямитель б, коммутирующий диод 7 и дроссель 8.

Один вывод дополнительного выпрямителя б подключен к общему выводу источника питания, а второй - к общей точке соединения коммутирующего диода 7 и дросселя 8, включенных между выводом регулирующего элемента 3 и нагрузкой.

Устройство работает следующим образом.

К коммутационному диоду 7 прикладывается два напряжения: с одной стороны - напряжение (пульсирующее) от дополнительного выпрямителя б Ub (см.фиг. 2 а), а с другой - напряжение от регулирующего элемента 3 Up. (см.фиг. 2 б). Когда мгновенное значение напряжения выпрямителя б Uf, превышает уровень напряжения Up, коммутирующий диод 7 закрыт и энергия в нагрузку от силового трансформатора 1 поступает через дополнительный выпрямитель б в течение времени -t Когда же уровень постоянного напряжения Up превышает мгновенное значение выпрямленного напряжения U(, коммутирующий диод 7 открыт и энергия нагрузку поступает от силового трансформатора 1 через регулирующий элемент 3 в течение времени tg-t-j.

в результате на вход дросселя 8 поступает постоянное напряжение с переменной составляющей (см.фиг.2 в) которое далее сглаживается с помощью дросселя 8 и выходного конденсатора 5.

Изменяя проводимость регулирующего элемента 3 при помощи блока управления 4, можно регулировать уровень постоянного напряжения Up и соответственно выходного напряжения стабилизированного источника питания

Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. При отклонении выходного напряжения от установленной величины из-за изменения входного напряжения (и соответствующего изменения мгновенного значения напряжения дополнительного выпрямителя б Ufe) или тока нагрузки бло управления 4 благодаря своей чувствительности к величине и фазе выходного напряжения воздействует на проводимость регулирующего.элемента 3 и изменяет ее так, чтобы изменение выходного напряжения было скомпенсировано.

Например, при увеличении выпрямленного напряжения УЬ уровень постоянного напряжения регулирующего элемента 3 Up уменьшается. При этом сред нее значение напряжения на. дросселе 8 и соответственно выходного напряжения остается неизменным.

Особенностью предлагаемого стабилизированного источника питания является совместная работа дополнительного выпрямителя б и регулирующего элемента 3 на общую нагрузку. В данном устройстве напряжение (и энергия) поступает на нагрузку через дроссель 8 непрерывно без провалов напряжения до нуля, что обеспечивает малый уровень пульсаций выходного напряжения и высокое быстродействие стабилизированного источника питания. Регулирующий элемент 3 предлагаемого устройства полностью нагружен только в течение небольшого отрезка времени (см. фиг. 2), что приводит к снижению мощности рассеяния на нем в 1,5-3 раза и соответственно повышению КПД до 6085%, уменьшению размеров и массы теплоотводов регулирующего элемента примерно в 2-2,5 раза, улучшению теплового режима стабилизированного источника питания. Поддержание неизменным выходного напряжения по уровню среднего значения напряжения на входе дросселя 8 приводит к стабилизации КПД при колебаниях входного напряжения (также как и ключевых стабилизаторов).

Таким образом, введение дополнительного выпрямителя б и цепочки из последовательно соединенных коммутирующего диода 7 и дросселя 8 между выводом регулирующего элемента 3