Стабилизированный источник питания Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

С54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устро.й ствах электропитания радиоаппаратуры и средств связи. Идд)естны стабилизированные источ ники питания, позволяющие преобразовать переменное нестабилизированное напряжение в постоянное стабилизированное, содержащие в качестве неупра ляемого выпрямителя диодный мост,, в диагональ постоянного тока которого последовательно с нагрузкой вк.лючен стабилизатор t lt lНедостатком данных источников является их низкий КПД вследствие боль ших потерь мощности на выпрямительных диодах. Кроме того, такие источники не позволяют стабилизировать изменяющееся по определенному закону однопог лярное или двухполярное выходное напряжение. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является управляемый выпрямитель на полупроводниковых триодах, выполнен ный по однофазной двухполупериодной схеме выпрямителя со средней точкой силового трансформатора, в котором базовый электрод каждого полупровод никового триода подключен через сопротивление перекрестно к выводу обмотки трансформатора, к которой подключен эмиттер другого триода З. Такой выпрямитель имеет значительно более высокий КПД однако, не обладает стабилизирующими свойствами, а также имеет низкую надежность вследствие того, что в нерабочий полупернод к эмиттерному переходу транзистора через коллекторный переход приклады- вается равное удвоенному напряжению на нагрузке обратное напряжение, кo торое.при превышении допустимой величины приводит к выходу транзистора из строя. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения стабилизации или формирования выходного напряжения или тока различной формы, полярности и , изменения их во времени в широком.диапазоне частоты. Цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления и подключенные к концам вторичной обмотки силового трансформатора с отводом от средней точки, и блок управления, выходом связанный с управляющими входами транзисторных ключевых элементов, а входами подключенный соответственно к источнику опорного напряжения, узлу синхронизации и цепи обратной связи, введен узел согласования, вход которого подключен к выходу блока управления, а выоды соединены с управляющими входаи соответствующих транзисторных клюевых элементов, каждый из которых ожет быть выполнен на двух транзисорах, которые соединены между соой силовыми электродами последовательно и таким образом, что один из них включен нормально, а другой-инверсно по отношению к paбoчe y полупериоду входного напряжения, причем указанные транзисторы могут иметь одинаковый тип проводимости, а их . эмиттеры объединены в общие точки, кроме того узел согласования выполнен на маломощном и мощном транзистоpax, согласующем трансформаторе, один

из выводов вторичной обмотки которого тодключен к базам соответствующих-транзисторных ключевых элементов,второй вывод через токозадающий резистор- к точке соединения эмиттеров транзисторов ключевых элементов,а первичная обмотка отводом от середины подключена к вновь введенному дополнительному источнику питания, при этом ее крайние выводы подключены через ограничительные резисторы соответственно к коллекторам маломощного и мощного транзисторов, эмиттеры которых соединены со средним отводом вторичной обмотки силового трансформатора, причем параллельно эмиттерному переходу мощного транзистора включен резистор смещения, база мощного транзистора через нагрузочный резистор подключена к коллектору маломощного транзистора, базе, которого соединена,с выходом блока управления, при этом в качестве транзисторных ключевых элементов могут быть использованы транзисторы двусторонней проводимости.

На фиг.й приведена схема стабилизированного источника питания; на фиг. 2 - схема узла согласования.

Стабилизированный источник питания содержит силовой трансформатор 1, вторичная обмотка которого имеет отвод от середины, два ключевых транзисторных элемента, первый из которых из транзисторов 2,3, а второ% из транзисторов 4,5, причем коллекторы транзисторов 2 и 4 подключены к соответствующим крайним отводам вторичной обмотки трансформатора 1, а коллекторы транзисторов 3 и 5 объединены в общую точку и через фильтр б и нагрузку 7 подключены к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора, блок управления ключами 8, на входы которого подается

напряжение источника опорного напряжения 9, синхроимпульсы узла, синхрон зации 10 и напряжение цепи обратной связи 11. Блок управления 8 через узел согласования 12 производит управление ключевыми элементами.

Стабилизированный источник питани работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда на выходе необходимо получить постоянное стабилизированное напряжение определенной полярности.

В положительный полупериод входного напряжения (фиг.1) блок, управления 8 через уЗел согласования 12 производит отпирание транзисторов 2 и 3, причем транзистор 2 работает в нормальном включении, а транзистор 3 - в инверсном включении, и запирание транзисторов 4 и 5.

Положительное напряжение вторичной полуобмотки через открытые транзисторы 2 и 3 и через фильтр б прикладывается к нагрузке 7. Стабилизаци производится блоком управления 8, например,методом широтно-импульсной модуляции путем изменения длительности открытого состояния транзисторов, причем схема управления синхронизовйна при помощи узла синхронизации 10 частотой входного напряжения.

В отрицательный полупериод входного напряжения блок управления 8 через узел согласования 12 производит отпирание транзисторов 4 и 5, причем транзистор 4 работает в нормальном включении, а транзистор 5 - в инверсном, и запирание транзисторов 2 и 3.

Таким образом на нагрузке формируется стабилизированное напряжение определенной полярности.

При необходимости получения на нагрузке напряжения противоположной полярности достаточно изменить полярность напряжения источника опорного напряжения 9.

В этом случае в положительный полупериод входного напряжения блок управления 8 через узел согласования 12 производит отпирание транзисторов 4 и 5, причем транзистор 5 работает в нормальном включении, а транзистор 4 - в инверсном. В отрицательный полупериод отпираются транзисторы 2 и 3, причем транзистор 3 в нормальном включении, а транзистор 2 - в инверсном.

Если по определенному закону величину или полярность напряжения на выходе источника опорного напряжения 9, на нагрузке 7 можно получить напряжение различной форлад ил полярности.

Если на вход блока управления 8 подавать напряжение обратной связи 11, пропорциональное току нагрузки ( например, -с датчика тока, включенного последовательно в цепь нагрузки), то предлагаемый источник может выпол нять функцию стабилизированного источника тока, причем ток, может быть как постоянный любой полярности, так и переменный с возможным изменением формы и частоты. На фиг. 2 раскрыта принципиальная схема узла согласования 12.. Узел согласования (Фиг.2) каждого из двух ключей содержит маломощный 13 и мощный 14 транзисторы, согласуквдий трансформатор 15, один из двух отводов вторичной обмотки которого подключен к базам транзисто ров ключевого элемента, а второй через токозадающий резистор 16 - к точк соединения эмиттеров транзисторов ключевого элемента,а первичная обмотка им етотвод оТ середины,подключенный. к дополнительному источнику питания, крайние отводы первичной обмотки под ключены через ограничительные резисторы 17,18 соответственно к коллекто рам маломощного 13 и мощного 14 транзи торов, эмиттеры которых соединены со средним выводом силового трансформато 1, причём параллельно эмиттерному пе реходу транзистора 14 включен резиотор смещения 19, а база мощного транзистора через нагрузочный резистор 20 подключена к коллектору маломощного транзистора 13. База маломощного транзистора 13 подключена к выходу блока управления 8. Блок управления вырабатывает две последовательности положительных импульсов, сдвинутых по фазе друг относительно друга на полпериода, входного напряжения, причем длительность импульсов,выбираемая в соответ ствии с методом широтно-импульсной модуляции, не менееполовины периода входного напряжения. Положительные импульсы блока управления отпирают транзистор 13, что приводит к снижению потенциала базы транзистора 14 и его запираМию. Ток полуобмотки трансформатора 15 протекает через транзистор 13. На вторичной обмотке трансформатора 15 появляется напряжение, запирающее транзисторы ключевого элемента. Отсутствие импульса блока управле ния приводит к запиранию транзистора 13, потенциал базы транзистора 14 по вышается, он отпирается. Ток полуобмотки транзистора меняет направление замыкаясь через транзистор 14, что приводит к появлению напряжения на вторичной обмотке трансформатора 15, отпирающего транзисторы ключевого элемента. Причем ток через ключевой элемент может протекать в любом направлении. При этом один из его транзисторов работает в нормальном включении, а второй - в инверсном. По сравнению с прототипом, который позволяет получить выходное напряжение по величине не выше половины допустимого напряжения эмиттер-база транзисторов, т.е. не более 5-7 В для мощных кремниевых транзисторов, предложенный источник стабилизированного питания позволяет получить выходное напряжение на два порядка выше, вследствие того, что запертые ключевые элементы защищены переходами коллектор-база, для которых допустимое напряжение для мощных кремниевых транзисторов достаточно 600-700 В. Кроме того, предложенный источник питания позволяет стабилиэировать ( или формировать) напряжение или ток, которые могут быть постоянными любой полярности, или перемен- , ными с изменяемой во времени формой и частотой. Формула изобретения 1.Стабилизированный источник питания , содержащий транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления и подключенные к концам вто- -ричной обмотки силового трансформатоjpa с отводом от средней точки,и блок управления, выходом связанный с управлякадими входами транзисторных ключег вых элементов, а входами подключен- ; ный соответственно к источнику опорного напряжения, узлу синхронизации и цепи обратной связи, о т л и ч а -1 ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения стабилизации или формирования выходного напряжения илк тока различной формы и полярности и изменения их во времени в широком диапазоне частоты, в него введены узел согласования, вход которого подключен к выходу блока управления, а выходы соединены с управлякяцими входами соответствующих транзисторных ключевых элементов. 2.Источник питания по п.1, о т личающийся тем, что транзисторные ключевые элементы выполнены на двух транзисторах, которые соединень между собой силовыми электродами последовательно и таким образом что один из них включен нормально, а другой - инверсно по отношению к , рабочему полурериоду входного напряяёния. 3.Источник питания по п.2, о т личающийся тем, чтс указан-: ные транзисторы имеют одинаковый тиг| проводимости, а и эмиттеры объединены в общую точку. . 4. Источник питания по п.З, о т личающийся тем, что узел согласования выполнен на маломощном |и мощном транзисторах, согласукацем

трансформаторе, один из выводов вторичной обмо,тки которого подключен к базам соответствующих транзисторных ключевых элементов, второй вывод через токозадающий резистор к точке соединения эмиттеров транзисторов ключевых элементов, а первичная обмотка отводом от середины подключена к вновь введенному дополнительному источнику питания, при этом ее крайние выводы подключены через ограничительные резисторы соответственно к коллекторам маломощного и мощного транзисторов, эмиттеры которых соединены со средним отводом вторичной об-, мотки силового трансформатора, причем параллельно эмиттерному переходу мощного транзистора включен резистор

смещения, база мощного транзистора через нагрузочный резистор подключена к коллектору маломощного транзистора, база которого соединена с выходом блока управления.

5, Источник питания по п.1, о т личающийся тем, что в качестве транзисторных ключевых элементов использованы транзисторы двусторонней проводимости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР 410369, кл. G 05 F 1/44, 1973,