Ключевой стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

(54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехня ке и может быть использбвано в устройствах электропитания автоматики и вычислительной техники.

Известен стабилизированный преобразователь выпрямленного напряжения сети, содержащий импульсный стабилизатор, инвертор, выпрямители и фильтры 1 .

Недостатком этого преобразователя является наличие фильтра на аыходе выпрямителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является содержащий последовательно соединенные вытфямитель, регулирующий ключевой элемент с DXC -фильтром, блок управления, состоящий из узла формирователя, выходом соединенного с входом регулирующего элемента, а выходами - с узлом измерения выходного напряжения и источником опорного напряжения и синхронизирующего резистора, причем входные выходы вы- щзямителя соединены с входными выводами для подключения источника переменнс)го напряжения прямоугольной формы 2 Однако наличие больших коммутационных перенапряжений на регул1фующем трйнзисторе в момент зaп фaния последнего из-за лпщуктжвности обмоток трансформатора снияСает надежность стабилизатора, а практические схемы невозможны без специальных мер по ограничению перенапряжений, что усложняет схемы, особенно при работе на частотах 2010О кГц.

Кроме того, наличие моточных изделий в виде дросселя и специальной обмотки трансформатора; наличие четырех диодов , в схеме си11хронизации, вьгзывающих перекос синхрониз1фующих импульсов и, как следствие, неодинаковый ток в обмоткая трансформатора в разные полупериоды; высокий уровеньнапрял ения радиопомех, трансформируемых в первичную сеть через межобмоточ 1ую емкость входного трансформатора; пониженная помехозащиiUGHHOCTb цепи нагрузки при импульсных

.помехах в первичной сети усложняет, удорожает производство и снижает надежнос стабилизатора,

Цель и;зобретения - повышение надежности путем уменьшения перенапряжения на регулиругощем элементе, повыш ение помехозашищенности и упрощение.

Поставленная цель достигается тем, что в ключевом стабилизаторе постоянного напрялшния синхрониз1фуюш:ий резисто включен в цепь блока управления регулирующим элементом, причем первый син- хронизируюшего резистора подключен к общей шина, а второй через введенный ограничительный резистор подключен к

общей точке двух введенных диодов, другие электроды которых через соответствующие введенные резисторы подключены к входным выводам выпрямителя и через введенный ко.н.ценсатор соединены между собой.

На фиг. 1 и 2 представлена схема вариантов предлагаемого устройства; на фиг. 3 - диаграммы работы стабилизатор

Клгочевой стабил11затор содержит вы- прямитель 1, регулирующий элемент 2, DLC -фильтр 3, блок управления 4, со- церл-сащий узел формирователя 5, измеритель вг ходиого напряжения 6, источник опорного наяряжен|-1Я 7, синхронизирующи резистор 8, первым выводом соединенный с об;цой шиной, а вторым выводом через огракячительный резистор 9 - с диодами 10 н 13, другие выводы которых через резЕсторы 12 и 13 соединены с входны- ми выводами выпрямителя. 1 и через конденсатор 14 между собой. Второй вывод синхронизирующего резистора 8 может соединен либо с источншшм опорного напряжения 7, либо с измери- телем выходного напрямсения 6.

На фиг. 3 () приведены диаграммы работы стабилизатора, где Ugx - переменные напряжения прямо Хольной формы вторичных полуобмоток; lUg напряжения на резисторах 12 И 13 введенной цепи; - напряжение на конденсаторе; U, -суммарное напряжение опорного узла и синхронизирующего резистора UR , а также напряжение узла измерения и сравнения, пропорциональное выходному Ucp ; UK- -напряжение коллектор-эмиттер регулирующего транзистора; Зз, -эпюра тока регул1фЗющего тра 1зистора.

Устройство работает следующим обра34

Прямоугольное напряжение вторичной обмотки трансформатора через вы.прямитель 1 подается на регул1фующлй транзистор 2. Регулирующий транзистор 2 управляется узлом формирователя 5, вырабатывающим прямоугольные импульсы, длительность которых определяет выходное напряжение, поддерживаемое постоянным, а фазы f и tj переднего и . заднего фронтов их определяются моментами равенства суммарного напряжения опорного узла 7, синхронизирующего резистора 8 и напряжения узла измерения 6 (фиг. 3, эпюра е), суммарного напряжения синхронизирующего резистора 8 и узла измерения 6 и напряжения опорного узла 7 (фиг. 2). Выходной фильтр 3 обеспечивает преобразование импульсного, стабилизированного по среднему значению, напряжения на его входе в постоянное стабилизированное напряжение на выходных выводах.

Одновременно прямоугольное вторичное напрял ;ение трансформатора подается на введенную цепь, состоящую из двух резисторов 12 и 13 и конденсатора 14 между ними. При этом напряжение на неполяр-., ном конденсаторе (фиг. 3, эпюра & ) будет представлять собой часть экспоненты заряда-разряда конденсатора 14 через резисторы 12 и 13.

Параметры этой цепи могут быть выбраны таковыми, что напрялюние будет представлять собой начальные участки экспонент, где линейностьдостаточно хорощо вьфажена, хотя это и не обязателно, если есть необходимость сдвигать эпюру потребляемого тока относительно эпюры напряжения.

Таким образом, это напряжение Uciq будет иметь пилообразную форму почти с одинаковым временем нарастания и спада, а верщины перегиба совпадают с моментом изменения полярности питающего напряжения Ugx На фиг. 3, эпюра /& пунктиром показано напряжение на ковден саторе 14 в Случае, если используются не начальные участки экспонент напряжения заряда и разряда. Диоды 10 и 11, пропускают к синхронизирующему резистору 8 только положительные части этих пилообразных-напряжений (на фиг. 2 отрицательные части этих напряжений), та что на резисторе 8 будет напряжение U(j пилообразной формы удвоенной частоты относительно питающего напряжения и вершины будут находиться вцентре полупериодов питающего нагфяжения. В 59 цепи резистора 8, таким образом, в каждый полупериод напряжения, удвое)1ного относительно питающего, находятся толь- ко один нелинейный элемент - один из диодов 10 или 11. На фиг. 3 Q , г приведены эпюры напряжения) коллектор-эмиттер УК-Э тока Зл регулирующего тра{1зистора стабилизатора. Фронты этих эпюр совпадают с моментом пересечения суммарного напряжения опорного узла (Jem и синхронизирующего резистора (Jgg с напряжением узла измерения и сравнения Ucp -моменты t и t-j . Таким образом, потребление тока стаби лизаторо происходит в моменты, не совпадающие с моментами изменения полярности питающего напряжения UB , следовательно, отсутствует надобность во входном фильтре стабилизатора, например, конден сатора после вы прямителя 1, чем существенно уменьшается объем, габариты и вес стабилизатора, а коммутация этих диодов вьшрямителя 1 - без приложения обратного напряжения. При выключении регулирующего транзистора энергия, запасенная в индуктивности рассеяния обмоток трансформатора вьщеляется частич но во введенной цепи, подключенной параллельно вторичной обмотке, чем существенно снижаются коммутационные пере напряжения на регулирующем транзисторе и исключается необходимость в применении транзистора с запасом по напряжени (более высоковольтному транзистору), либо в применении специальных мер по снижению этих коммутационных выбро-сов, которые усложняют стабилизатор. Благодаря такому рещению также исключается необходимость в дополнительной обмотке трансформатора, что сущест венно упрощает его изготовление, а также необходимость в дросселе. Наличие в цепи синхронизирующего резистора 8 в каждый полупериод только одного нели нейного элемента - диода 10 или 11 по : выщает идентичность полупериодов пило- ; образного напряжения и упрощает ста- билизатор. Одновременно с этим снижается и уровень напряжения радиопомех, сВ5кзанный с работой ключевого регулирующего транзистора, так как между регулирующим транзистором и трансформат ром, т.е. входной цепью, находится введенная цепь с конденсатором. Эта же цепь повышает помехозащищенность цепи нагрузки, например, логических цепей вычислительных средств, питаюишхся от 36 стабилизатора, от их пульсных симметрнч- шях помех в питающей сети, проникающих через входной трансфор атор. Формула я 3 о б р е т е н и я 1.КлючсБО; стабн.нетатор постоянного напряжения, содержаи1кй последовательно соединенные вьатря нтель, регул1фуюший ключевой элемент с DLC -фильтром, блок управления, состоящий из узла фор мирователя, выходом соединенного с входом регулирующего элемента, а входами с узлом измерения выходного напряжения и источником опорного напряжения, и синхронизирующего резистора, причем входiibie выводы выпрямителя соед|1нены с входными выводами для подключения источника переменного напряжения прямоу-. голь ной , отличающийся тем, что, с целью повышения надэлшости путем уменьшения перенапряжения на регулирующем элементе, и повышения помбхозащлшенности и упрощения, синхрони31фуюЩ1 й резистор включен в цепи блока управления регулЕфующим элементом, причем первый вывод синхроннзгфуюшего резистора подключен к общей шине, а второй через введенный ограничит&пьньй резистор подключен к обшей точке двух введешаых диодов, другие электроды кото рых через, соответствующие введенные резисторы подключены к BXOAHMJV вьпзодам выпрямителя к через введенный конденсатор соединены ме;кду собой. 2.Стабилизатор по п. 1, от л и - чающийся тем, что второй вывод синхронизирующего резистора, соединенного с ограничительным резггстором, псдклгочен к второму входу узпа изхоерегл;..:. а второй вьшод источншса опоркого калр/.жения соединен с общей шиной. 3.Стабилизатор по п. 1, от л и чающийся TGN, что второй вывод синхронизирующего резистора, сбЪдинекного с ограничительным резксторо., подключен к второму выводу источншса опорного напря., а второй вывод узла измерения соединен с обшей шиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Горбач А. В. Вторичные источнтуси , питания с ключевым стабилизатором, преобразователем и выпрям1гтелем. - Обмен. опытом в радиопромышленности, 1972, вып. 2, с. 75-78. 2.Авторское сввдетельство СССР по заявке К 2462656/24-О7, кл. Н 02 М 3/335, 16.03.77.

I О

+ о

«о

N

-V7

Г

i

SiJ

-i-iiиь

V/vX

С

Г V

r W