Стабилизированный преобразователь напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 G05F1/46 

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Известны стабилизированные тлсточники пи -ания, содержащие диоднотиристорный регулирующий орган () и емкостный фильтр, включенный параллельнЬ выходным зажимам вьтрямителя, стабилитрон в качестве опорного источника, напряжение на котором сравнивается с выходным напряжением выпрямителя. Если выходное напряжение выпрямителя больше порогового напряжения, котороеравно или пропорционально напряжению на опорном стабилитроне, Р.О иыключен, и конденсатор фильтра разряжается на нагрузку, kaK только выходное напряжение сравняется с пороговым, схема управления формирует импульс тока, открывающий тиристоры Р.О, конденсатор фильтра в течение части полупериода подзаряжается от источника niira- ющего напряжения. При этом частота и фаза подачи управляю1цих импульсов на тиристоры зависит от вапичины питающего напряжения и сопротивления нагрузки, т.е. Р.О в зависимости от режима работы выпрямителя может включаться на различ ых участках огибающей питающего напряжения и через различное число полупериодов ClJ и t2j.

10

Однако это приводит к появлению низкочастотной составляющей пульсаций выпрямленного напряжения и к значительному увеличению габаритов емкрстного сглаживающего фильтра.

15

Известен также источник питания с диодно-тиристорным Р.О и емкостным сглаживающим фильтром, в котором схема управления тиристором выполнена в виде последовательно включен20ных первого динистора и формирователя импульсов.

Отличительной особенностью устройства является то, что схема управления формирует отпирающий импульс только во время второй половины каждого полупериода питающего напряжения, при его уменьшении, что позволяет обеспечить включение тиристора Р.О в каждаш из полупериодов питающего напряжения и исключить низкочастотные пульсации (биения L JНедостатки известного устройства заключаются в том, что оно имеет огрниченный диапазон регулирования выходного напряжения, обусловленный не стабильностью порога срабатывания , обоих динисторов из-за технологического разброса и изменения температуры, а также тем, что время заряда накопительного конденсатора имеет ко нечную величину.

Кроме того, устройство имеет относительно низкие динамические параметры из-за инерционности, обусловленной наличием накопительного конденсатора (например, при резких изменениях входного напряжения конденсатор заряжается с различными скоростями, что обуславливает включение тиристоров при разных значениях входного напряжения J.

При этом температурная нестабильность постоянной времени заряда накопительного конденсатора обусАавливает температурный дрейф выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к устройству является устройство (4 ), содержащее диодно-тиристорный Р.О, входом подключенный к источнику переменного напряжения, а выходом к выходным выводам, параллельно которым подк,гшчен сглаживающий фильтр, схему управления тиристорами и резистивный делитель напряжения, подключенный через дополнительный вьшрямитель к источнику переменного напряжения.

В этом устройстве импульс управления формируется с элементов с S-образной характеристикой в момент времени, когда мгновенное значение питающего напряжения, снимаемое с резитивного делителя, сравнивается с напряжением на интегрирующем конденсаторе параметрического стабилизатора 4.

Недостатком известного устройства является наличие дифференцирутощего и интегрирукщего конденсаторов на входах элемента с S-образной характеристикой, принципиально необходимых

ДЛЯ работы, что приводит к ухудшению динамических параметров вьтрямителя (например, при изменении входного напряжения или тока нагрузки вследствие инерционности цепей на входах элемента с S-образной характеристикой, к сужению диапазона регулирования выходного напряжения, снижению коэффициента мощности устройства вследствие наличия мертвой зоны (Зоны вблизи максимального амплитудного значения напряжения питания, в которой регулирование выходного напряжения невозможно},;размер которой зависит от величины постоянной времени интегрирующей и дифференцирующей цепей, от нестабильности и разброса параметров элементов этих цепей.

Цель изобретения - улучшение динамических параметров и расширечие диапазона регулирования выходного напряжения источника питаний.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе «напряжения, схет-ш управления выполнена в виде последовательно включенных компаратора напряжения и дифференцирующего элемента, причем Вход компаратора подключен к средней точке резистивного делителя, а выход дифференцирующего элемента - к управляющему выводу P.O.

Кроме того, между выходом дифференцирующего элемента и управляющей цепью Р.О может быть включен усилитель .

Такое построение устройства позволяет исключить инерционные RC-цепочки на входе схемы формирования управляюящх импульсов и устранить недостатки известного устройства.

На фиг. I приведена принципиальная электрическая схема одного ite вариантов устройства, на фиг. 2 - временцые диаграммыу поясняющие его работу.

Устройство содержит трансформатор I, первичная обмотка которого подключена к входным выводам источника 2 переменного напряжения, одна из вторичных обмоток - к диодно-регулирующему органу 3, а другая вторичная обмотка к дополнительному выпрямителю 4.

Выход Р.О 3 подключен к выходным выводам 5, параллельно которым включен емкостной сглаживающий фильтр 6. Выход дополнительного выпрямителя 4 подключен к резистивному делителю 7. Схема 8 управления тиристором содержит последовательно включенные компаратор 9 и дифференцирующий элемент 10. Вхо компаратора подключен к средней точк резистивного делителя 7, а выхсщ диф ференцирующего элемента 10 через уси литель 11 - к- управлякндему выводу т ристора РО, Питание компаратора и / усилителя осуществляется от дополнительного выпрямителя через диод 12 и конденсатор I3 сглаживающего фильтра Устройство работает следующим образом. Выпрямленное напряжение со средне точки резистивного делителя 7 поступает на вход компаратора 9, который срабатывает при напряжении и -{фир.2 В .течение каждого полупериода питающего напряжения компаратор срабатывает дважды: выключается при -увели-чении напряжения и включается при ег уменьшении (фиг. 26. Импульсы напряжения прямоугольной формы на выходе компаратора 9 дифференцируются при помощи дифференцирующей цепочки 10, с выхода которой снимаются короткие разнополярные инЧ пульсы напряжения, из которых положительный импульс соответствует переднему фронту выходных импульсов ко Чтаратора, а отрицательный - заднему (фиг. 2в). Усилитель 11 усиливает эти импульсы по мощности, пропуская на управляющий электрод тиристора то ко импульсы положительгюй полярности. Тиристор Р.О включается при подаче калсдого из этих управляющих импульсов и подзаряжает конденсатор 13 сглаживающего фильтра. , Выпрямитель может быть выполнен в бестрансформаторном варианте или с трансформатором, но без дополнительной вторичной обмотки. Если мощность управляющих импульсов незначительна, устройство может быть выполнено без использования про ежуточного усилителя П. Однако в мон{ных выпрямителях такой вариант нецелесообразен, так как усилитель значительно повышает КПД схемы форми рования управляющих импульсов. Это происходит за счет того, что скважность з равлякщих импульсов во много раз больше скважности импульсов компаратора и, следовательно, при заданной амплитуде импульсов ( при за данном типе тиристоров) мощность, потребляемая усилителем, будет во столькоже раз меньше мощности, по-- требляемой компаратором. Использрвакие усилителя в устройстве позволяет с помощью маломощного компаратора формировать мощ: ые импульсы управления . По принципу стабилизации предлагаемое устройство является параметрическим, но, как и в известном устройстве, в нем может быть введена дополнительная обратная связь с выхода. Однако во многих случаях этого не требуется, например при неизменной нагрузке, и в случае, когда внутреннее сопротивление устройства намного меньше сопротивления нагрузки. Во всех перечисленных случаях точность стабилизации записит от точности компаратора и может быть высокой. Р.О может быть выполнен и по другим схемам , Компаратор может быть выполнен по любой- известной схеме. Во многих практических достаточно высокую стабильность может обеспечить просто транзистор, база которого подключена к средней точке резистианого делителя, эмиттер - к источнику опорного напряжения, а коллектор - к диф(1)еренцирующей цепочке. В этом случае все устройство получается предельно простым. Предлагаемое устройство имеет более высокие динамические параметры (стабильность выходного напрялсения при быстром изменении входного напряжения и тока нагрузки/, так как на. .входе схемы формирования управляющих импульсов отсутствуют инерционные RC-цепк, В устройстве диаг4азон регулирования выходных напряжений раскиряется практически до максимально возможного (от нуля до максималького амплитудного значения напряжения питания), так как при отсутствии RCцепей на вкоде схемь формироБання 11мпульсоЕ, он практически определяется точностью компаратора, которая всегда достаточно высока ( ди(1)ферейдирующая цепочка на выходе компаратора практически не влияет на дмапазон рехулирования ). В наибольшей степени преиг-тутдества предлагаемого устройства оказывают при использовании устройства в бестрансформаторном варианте при любом характере нагрузки, в траясформаторном варианте при иензменяюдейся нагрузке, а также в качестве предварительного стабИоЧизатора в комбинированных стаблпизаторах напр.чжения. Формула изобретения 1, Стабилизированный преобразова тель напряжения, содержащий диоднотиристорный регулирукнций орган, вхо дом подключенный к источнику переменного напряжения, а выходом - к в ходным выводам, параллельно которым подключен емкостной сглаживающий фильтр, схему управления тиристором и резистивный делитель напряжения, подключенный к источнику переменного напряжения через дополнительный выпрямитель, отличающийс я тем, что, с целью улучшения ди намических параметров и расширения диапазона регулирования выходного напряжения, схема управления выполнена в виде последовательно включен ных компаратора напряжения и дифференцирующего элемента, причем вход

Фиг.1 8 компаратора подключен к средней точке резистивного делителя, а выход дифференцирующего элемента - к управляющему выводу регулирующего органа . 2. Преобразователь по п. 1j о т Лич ающий ся тем, что меяоду выходом дифференцирующего элемента, и управляющим выводом регулирующего органа включен усилитель. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР №518846, кл. Н 02 М 7/155, 1976. 2., Патент США № 3939394, кл. 321-18, 1976. 3.Авторское сйидетельство СССР № 426228, кл. G 05 F 1/46, 1974. 4.Авторское свидетельство СССР № 516027, кл. G 05 F 1/46, 1976.

фиг. 2