Стабилизатор напряжения перемен-НОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в целях питания различной радиотехнической аппаратуры, Известен стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий регулирующий элемент, который выполнен, в виде транзистора и работает в линейном режиме,и схему уйрав.пения. В-З . Однако это устройство имеет низкую экономичность и большие габариты Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий силовой трансформатор с разделенной на две секции первично обмоткой, между которыми включен мос товой выпрямитель, в диагональ посто янного тока которого включен регулирукадий элемент, управляющим электродо1 через резистор подк.пюченный к вспомогательному выпрямителю, вторич ная обмотка трансформатора подключен к выходным выводам 2. Недостатком известного устройства является то, что регулирующий элемен этого стабилизатора в течение времен превышения- мгновенным- значением входного напряжения опорного уровня работает в линейном ргежиме. Поэтому экономичность источника питания сравнительно мала, Цель изобретения - повышение экономичности источника питания. Поставленная цель достигается тем, что известный стабилизатор напряжения переменного тока снабжен ключом, подключенным к управляющему переходу регулирующего узла, и нелинейным элементом, включенным между управляющим электродом ключа и выходом вспомогательного выпрямителя. При этом,нелинейный элемент выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных стабилитрона-и ре3 истора. Кроме того с целью повышения надежности, стабилизатор снабжен конденсатором, включенным параллельно ключу, и диодом, включенным последовательно с ключем. На фиг. 1 пр1.ведена схема стабилизатора напряжения переменного тока; на фиг, 2 - временная диаграмма его работы .(где U, г сетевое, напряжение; Ч - напряжение на первичной обмотке трансформатора; U,,, - напряжение срабатывания схемы, приведенное к первичной обмотке). .Стабилизатор содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка которого разделена на две секции 2 и 3. Регулирующий узел, состоящий и регулирующего элемента 4 и выпрямителя 5, включен между секциями 2 и первичной обмотки. К управляющему переходу регулирующего элемента 4 п Ключен ключ 6, управлякяций электрод которого через нелинейный элемент 7 состоящий, например, из резистора 8 и стабилитрона 9, подключен к выходу вспомогательного выпрямителя на диодах 10 и 11. К этому же выходу подключается через резистор 12 управляющий электрод регулирующего элемента 4. При выполнении регулиру щего элемента 4 в виде запираемого тиристора к его управляющему электроду подключается стабилитрон 13, вторым выводом соединенный со вторым выходом вспомогательного выпрямителя, образованного диодами 14 и 15. Последовательно с ключом б мо жет быть включен диод 16, а параллельйЬ ключу б - конденсатор 17. Между управляющим электродом ключа 6 и выходом регулирующего элемента 4 может быть включен резистор 16. Диоды 10, 11 и 14, 15 могут быть подключены непосредственно к выходу источника, а также к отводам от сек ций 2 и 3 трансформатора 1. Для получения выходных напряжений на трансформатор 1 нанесены одна или несколько обмоток 19, которые через выпрямители 20 подключены к емкостным сглаживающим фильтрам 21. В качестве регулирующего элемент 4 могут быть использованы транзисто ры и запирае№ле тиристора. Так как работа схемы в этих случаях различна, сначала рассмотрим вариант с выполнение) регулирующего элемента в виде транзистора. Стабилизатор работает следующим образом. При переходе напряжения сети Ug. через нулевое значение регулирующий элемент 4 и ключ б выключены из-за влияния нелинейности диодов 10, 11 выпрямителя 5. При достижении напря жением и величины 3-5 В через ре.зистор 12 открывается регулирующий элемент 4, и первичная обмотка транс форматора 1 подключается к сетевому напряжению. Ключ 6 в это время закрыт, так как стабилитрон 9 при тако напряжении не проводит тока. В момент времени t напряжение U превышает уровень срабатывания схемы/ несколько высший удвоенного напряжения стабилизации стабилитрона ключ б открывается и шунтирует управ ляющий переход регулирующего элемента 4 (базо-эмиттерный переход транзистора) . Последний закрывается, отключая при этом первичную обмотку трансформатора 1 от напряжения U. В таком состоянии элементы схемы остаются до момента времени t. В течение этого отрезка времени ток течет через один из диодов 10 или 11 (в зависимости от ,полярности напряжения УС.) , резистор 12, ключ 6, выпрямитель 5, секция 2 или 3 трансформатора 1. Тсч нелинейного элемента 7 сравнительно мал (ток базы транзисторного ключа 6). Ток, протекающий через открытый ключ б, благодаря усилительным свойствам регулирующего элемента 4, значительно меньше тока, потребляемого источником от сети. Поэтому падение напряжения на секции 2 или 3 в течение времени Ц -1, мало, а почти все напряжение U с прикладывается к резистору 12 и нелинейному элементу 7. В результате в момент ц ключ б переходит в насыщенный режим (из-за влияния нелинейности элемента 7), и выключение ключа б происходит в момент- t при напряжении меньшем, чем Дальнейшее уменьшение напряжения, при котором происходит выключение ключа б (может быть необходимым при малом намагничивающем токе трансформатора 1 и работе его в режиме холостого хода или близком к нему), достигается подключением диодов 10 и 11 к отводам секций 2 и 3 или включением резистора 18. В первом случае уменьшается влияние падения напряжения на секциях 2 и 3 в течение времени , а во втором - после выключения регулирующего элемента 4 через резистор 18 добавляется ток в базу транзисторного ключа б, насыщая его. В течение времени регулирующий элемент 4 включен и первичная обмотка (секции 2 и 3) трансформатора 1 подключена к сети. В момент перехода Напряжения Uc через нулевое значение регулирующий элемент 4 на короткое время закрывается, а затем открывается вновь. Описанная работа повторяется в следующий полупериод. Напряжение на обмотках трансформатора 1 имеет вид импульсов, по форме близких к треугольным (фиг. 2 - напряжение U, ) . Амплитуда этих импульсов не зависит от величины напряжения UQ., а определяется параметрами элементов схемы: нелинейного элемента 7, ключа б, расположением отводов от секций 2 и 3. При подключении к одной из обмоток 19 через выпрямитель 20 емкостного сглаживающего фильтра 21 на выходе присутствует постоянное напряжение UpTf почти не зависящее от напряжения 1)- Количество вторичных обмоток 19 может быть произвольным, Выходные напряжения . каждой из обмоток 19 определяются количеством витков соответствующих обмоток и схемой выпрямления {для выпрямителей с умножением напряжения). При выполнении регулирующего элемента 4 в виде запираемого тиристора стабилизатор дополнительно содержит стабилитрон 13 и диоды 14 и 15. Включение регулирующего элемента 4 в этом случае осуществляется в нача ле полупериода так же. Как и в предыдущем случае, током через резисто 12.После того, как напряжение превы шает напряжение пробоя стабилитрона 9, открывается ключ 6 и шунтирует у равляющий переход тиристора регулирующего элемента 4, но последний остается включекнь м. В момент времени t пробивается стабилитрон 13 и на управляющий электрод регулирующего элемента 4 поступает отрицательное напряжение/ которое выключает запираемый тиристор регулирующего элемента 4. Так как ключ 6 в это время включен, ре гулирующий элемент не включается повторно после уменьшения напряжени меньше UCP , которое в этом случае несколько превьвиает удвоенное напряжение стабилизации стабилитрона 13.Включение тиристора регулирующего элемента 4 происходит только после выключения Ключа 6 в момент времени t/, когда стабилитрон 9 пер стает проводить ток. В течение времени превьвиения напряжением и. уровня UCP транзистор ключа 6 работает в инверсном режиме, но из-за малого коэффициента ус ления по току в этом режиме, сущест венного влияния на работу источника не оказывает. Диод 16, включенный последовательно с ключом 6 предотвр щает этот режим, повышая надежность источника. Если включение напряжения U про исходит в момент времени, когда и UCP/ то транзистор ключа б пра тически сразу же открывается и на управляющий электрод регулирующего элемента 4 проходит только очень ко роткий импульс. Обычно регулирующий элемент 4 обладает сравнительно бол шой инерционностью и не реагирует на такой короткий импульс. В случае применения быстродействукадих элементов для устранения этого импульса параллельно ключу б может быть подключен конденсатор 17. В остальном конденсатор 17 на работу источника влияния не оказывает. Кроме описанных, варианты испсхпнения источника стабилизированного напр5гжения могут иметь следукйцие отличия. В качестве нелинейного элемента 7 могут быть использованы варисторы, вместо стабилитрона 9 может быть включен динистор. Резистор 18 положительной обратной :св зи может быть подключён не только к базе транзистора ключа б, но и к точке соединения резистора 8 и стабилитрона 9. Стабилитрон 13 может быть заменен динистором, а диоды 14 и 15 могут бьть подкл: чаны к отводам секций 2 и 3 трансфс,рматора 1. При использовании в качестве ключа 6 элемента, требугэщего для включения сигнала другой полярности, нелинейный элемент 7 подключается к диодам 14 и 15. В схеме источника мржет быть использована нелинейность сгшого ключа 6, например при использовании МОП-транзисторов, работаккдих в режиме обогащения. В таком случае нелинейный .элемент 7 может быть-заменен линейным резистором или делителем напряжения на резисторах, подключенным к точкам соединения диодов 10, 11 и 14, 15, или к одной из указанных точек и выходу выпрямителя 5. Если устройство содержит несимметричный регулирующий элемент 4, то источник включается через выпрямитель 5. Применение симметричных (работающих на переменном напряжении) устройств для регулирующего элемента 4 позволяет отказаться от выпрямителя 5. Примерами таких устройств являются: симметричный запираемЕОй тиристор, симметричный -транзистор, два встречно-последовательно соединенных тиристора или транзистора, шунтированных обратно-включенными диодами. Если в сети исключены провалы напряжения ниже уровня срабатывания, или применена безынерционная защита источника по току, может быть получен дополнительный эффект за счет преобр азован5у форищ напряжения прикладелваемого к первичной обмотке трансформатора 1. Это напряжение имеет форму, близкую к треугольной, и импульсы следуют с интервалами, какправило, яревьлиающими длительность самих импульсов. Это позволяет уменьшить число витков обмоток трансформатора почти в, два раза к в результате увеличить мощность источника при тех же .размерах трансформатора 1, или уменьшить габариты источника при заданной мощности. Формула изобретения 1. Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий силовой трансформатор с разделенной на две секции первичной обмоткой, между которыми включен мостовой регулирующий узел, управлякадим электродом через резистор подключенный к вспомогательному выпрямителю, вторичная обмотка трансформатора подключена к выходным выводам,.отличающийся тем, что, с целью повышения эконоАШчности, он снабжен ключом, подключенным к управляющему

переходу регулирующего узла, и нелинейншл элементом, включенным Между: управлякхцим электродом ключа и выходом вспомогательного выпрямителя.

2.Стабилизатор по п.1, о т л чч а ю щ и и с я.тем, что нелинейный элемент вьшолнен в виде цепочки из последовательно соединенных стабилитрона и резистора.

3.Стабилизатор по пп.1 и 2, о т личающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен KOHденсатором, включенным параллельно

ключу.

.4. Стабилизатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен диодом, включенным последовательно с ключом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Белопольский И.И. и Тихонов В.И Транзисторные стабилизаторы на повышенные и высокие напряжения, м., Энергия, 1971, с.14-22, рис.2-2.

2.Авторское свидетельство СССР № 537333, кл. G 05 F 1/44, 1975.

----. .

О - . Фие.2.