Стабилизатор переключательного типа Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

(St) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕКЛОЧАТЕЛЬНОГО ТИПА

Изобретение относится к электротехнике и в частности к стабилизаторам гтереключательного типа. Известны стабилизаторы переключательного типа, включенные через выпрямитель непосредственно в сеть, содержащие управляемый ключевой стабилизатор на входе и подключенный к его выходу неуправляемый конвертор, в которых вход усилителя связан с выходом стабилизатора, а выход усилителя связан с входом коммутирующего транзистора ключевого стабилизатора, имею щего гальваническую связь с сетью. При таком построении стабилизатора к управляющему усилителю предъявляютс такие требования, как гальваническая развязка между входом и выходом усили теля и низкое выходное сопротивление по постоянному току. Известно устройство однотактного управляемого конвертора, оконечный усилитель которого содержит выходной трансформатор, осуществляющий гальва ническую развязку и согласование. Вторичная обмотка трансформатора подключена непосредственно к переходу базаэмиттер коммутирующего транзистора. Первичная обмотка трансформатора выполнена с отводом от части витков, один из крайних выводов которой подключен к средней точке двух разнополярных источников питания, а отвод от обмотки и другой крайний вывод подключены через промежутки коллекторэмиттер двух транзисторов к разнополярным источникам питания til. Недостатком устройства является ограниченный верхний предел регулировки коэффициента заполнения периода импульсного тока в связи с односторонним намагничиванием магнитопровода выходного трансформатора рабочим управляющим импульсом, когда его длительность становится больше половины периода. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является стабилизатор переключательного шипа, s котором ключевой стабилизатор выполнен по двухтактной схеме и содержит два параллельно включенных коммутирующих транзистора, переходы база-эмиттер которых подключены к двум вторичным обмоткам выходного трансформатора оконечного усилителя. Первичная обMojKa, выполненная с отводом от части витков, подключена крайними выводами к коллекторам двух транзисtopOB усилителя,а отвод первичной обмотки подключен к источнику пита|Ния через балластный резистор. Стабилизатор не имеет принципиаЛьных ограничений пределов регулировки скважности, поскольку оба полУ такта его работы являются рабочими и одновременно s каждый полутакт осу ществляется размагничивание магнитопровода выходного трансформатора пос ле воздействия предыдущего полутакта . Недостатком известного устройства является наличие второго силовогЪ ко мутирующего транзистора, стоимость которого велика, поскольку к нему предъявляются требования по способности выдерживать высокое напряжение на промежутке коллектор-эмиттер при высокой скорости переключения, и уве личение потерь мощности на одном из коммутирующих транзисторов при несовпадении их входных характеристик. Цель изобретения - упрощение стабилизатора и повышение его КПД. Поставленная цель достигается тем что в стабилизаторе переключательного типа с ключевым стабилизатором на входе, содержащий включенные последо вательно в одну из силовых шин регулирующий элемент и pLC-фильтр, оконечный усилитель, выходом подключенный к входу регулирующего элемента и включающий в себя выходной трансформатор, вторичная обмотка которого включена между базой и эмиттером регулирующего элемента, отвод от части витков первичной обмотки подключен. к одному из выводов для подключения источника питания, а ее крайние йыводы связаны с коллекторами первого и второго транзисторов одного типа проводимости, эмиттеры которых соединены между собой, источник опорного напряжения, выходом подключенный к одному из входов усилителя сиг нала ошибки, другой вход которого по ключей к выходным выводам стабилизатора, генератор пилообразного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, выходом соедит немного с входом оконечного у.силите- ля, а другим входом соединенного с выходом усилителя сигнала ошибки, регулирующий элемент,выполнен на одном регулирующем транзисторе, а в оконечный усилитель стабилизатора введены источник опорного напряжения, третий транзистор, противоположный по типу проводимости первым двум,диод и резистор, включенный между отрицательным выводом для подключения источника питания и эмиттерами первого и второго транзисторов, из которых база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, база второго транзистора связана с выходом компаратОра, а коллектор второго; {транзистора соединен с первичной об-/ моткой выходного трансформатора через переход база-эмиттер третьего транзистора, коллектор которого через диод связан с коллектором первого транзистора. На чертеже представлена функциональная схема стабилизатора. Устройство содер {ит ключевой стабилизатор 1, подключенный непосредственно к питающей сети, к выходу которого подключен нерегулируемый конвертор 2. Ключевой стабилизатор 1 содержит выпрямитель 3 с конденсатором фильтра Ц, в цепь выпрямленного напряжения которого включен регулирующий транзистор 5 с дросселем фильтра 6 и конденсатором фильтра 7, а общая точка Коллектора регулирующего транзистора 5 с дросселем 6 соединена через диод 8 с положительным полюсом конденсатора 7. В цепь эмиттера регулирующего транзистора 5 включен диод 9. Управление регулирующим транзистором 5 осуществляется оконечным усилителем 10, управляемым компаратором 11, входы которого подключены к генератору 12 пилообразного напряжения и выходу усилителя 13 си(- нала ошибки. Входы усилителя 13 сигнала ошибки подключены к источнику И опорного напряжения и выходу нерегулируемого конвертора 2. В вь ходной цепи оконечного усилителя 10 включен трансформатор 15, содержащий вторичную обмотку 16 с отводом от части витков и первичную обмотку, состоящую из рабочей и размаг5g- ничивакхдей обмоток 1 и 18. Первичныеобмотки трансформатора связаны с коллекторами перкаого транзистора 19 и второго транзистора 20, вместе с резистором 21 включенных .по схеме диф ференциального усилителя. База первого транзистора 19 подключена к источнику 22 опорного напряжения, а меж ду базой второго транзистора 20 и входной клеммой оконечного усилителя включена цепочка из резистора 23 и диода 24, ограничивающая величину входного сигнала. В цепь коллектора второго транзистора 20 включен переход база-эмиттер третьего транзистора 25 I зашунтированныфеаи ра 25, зашунтированный резистором 26. Промежуток коллектор-эмиттер третьего транзистора 25 через диод 27 и источник 28 напряжения подключен параллель но первичной обмотке трансформатора 13. Источник 28 напряжения содержи источник ЭДС 29, балластный резистор 30, накопительный конденсатор 31 и блокировочный диод 32. Питание око-25

нечного усилителя осуществляется от источника 33 напряжения.

Стабилизатор работает следующим Образом.

Регулирующий транзистора 5, работая в ключевом режиме и управляя величиной среднего тока, поступающего на фильтр 6 и 7 от выпрямителя 3 и конденсатора фильтра Ц, поддерживает такую величину напряжения на входе неуправляемого конвертора 2, при котором величина выходного напряжени стабилизато-ра при воздействии всех дестабилизирующих факторов сохраня-. ется в заданных пределах. В интервалы времени, когда регулирующий транзистор 5 переходит в запертое состояние, ток дросселя 6 не прерывается, а благодаря накопленной в дросселе 6 энергии продолжает поступать на вход неуправляемого конвертора, замыкаясь через диод 8. Управление коммутирующим транзистором осуществляется следующим образом. Сигнал ошибки выходного напряжения стабилизатора выделяется в результате сравнения его выходного напряжения, поступающего на один вход усилителя 1 дифференциального типа, с напряжением Источника Т опорного напряжения, поступающего на другой вход усилителя. Величина его выходного напряжения пропорциональна сигналу ошибки. Коэффирующий транзистор 5 достигает режима насыщения, формируя таким образом импульс тока, поступающего в цепь дросселя фильтра 6. Величина тока коллектора первого транзистора 19, обеспечивающая лишь выход из режима отсечки тока регулирующего транзистора 5, ограничена на заданном урювне в результате включения первого транзистора 19, источника 22 опорного напряжения и резистора 21 по схеме стабилизатора тока. При поступлении с выхода компаратора 11 импульса положительной полярности отпирается циент заполнения лериода выходного итцпульсного тока компаратора 11, импульсы положительной полярности которого соответствуют паузе тока коллектора регулирующего транзистора 5 определяется в результате сравнения двух напряжений, приходящих на его дифференциальный вход, одним из которых является выходное напряжение усилителя 13 сигнала ошибки, а вторым - напряжение, поступающее с генератора 12 пилообразного напряжения. Когда с выхода колпаратора 1Т поступает импульс отрицательной полярности, второй транзистор 20 запирается, а первый транзистор 19 открывается напряжением, поступающим с источника 22 опорного напряжения. Действующим при этом на вторичной обмотке 16 трансформатора 15 напряжением положительной полярности коммутирующий транзистор выводится из режима отсечки тока, а, благодаря положительной обратной связи по току между базовой цепью и цепью эмиттера, регули °Р° транзистор 20, который, создавая более высокое падение напряжения на резисторе 21, запирает первый транзистор 19 и одновременно отпирает третий транзистор 25, шунтирующий первичную обмотку трансформатора 15, выключая таким образом регулирующий транзистор 5. Включенный в цепь коллектора третьего транзистора 25 источник 28 напряжения выполняет вспомогательную функцию, уменьшая время выключения регулирующего транзистора 5, причем за это время реализуется заряд накопительного конденсатора 31. Одновременно второй транзистор 20 подключает размагничивающую обмотку 18 трансформатора 15 к источнику 33 напряжения, в результате чего после завершения запирания регулирующего транзистора 5 осуществляется размагничивание магнитопровода трансформатора. С целью обеспечения неискажен ного трансформирования рабочего импульса, длительность которого прибли. «ается к длительности периода следова -)ия управляющих импульсов, приняты меры по принудительному перемагничиванию магнитопровода до насыщения за цикл размагничивания, отрезок времени которого значительно меньше периода. Для этого число витков обмотки размагничивания 18 выбирается значительно меньше числа витков рабочей обмотки 17 при примерно равных величинах напряжения, действующего на рабочей и размагнициваюи ей обмотках. Во избекание неограниченного роста тока после перемагничивания магнитопровода трансформатора 15 размагничивакщим импульсом, источник 28 напряжения

держит балластный резистор 30. После окончания цикла размагничивания второй транзистор 20, оставаясь открытым на протяжении паузы, удерживает в открытом состоянии третий транзистор устраняющий возникающий по окончании цикла размагничивания паразитный выброс, обусловленный накоплением энергии в индуктивности обмоток трансформатора 15, при этом цепь замыкается через диод 32 в случае наличия в.схеме источника 28 напряжения. Включенный в цепь эмиттера регулирующего транзистора 5 диод 9 устраняет в режи ме размагничивания магнитопровода трансформатора 15 опасные напряжения обратной полярности на его переходе база-эмиттер. По окончании паузы выходное напряжение компаратора 11 меняет свой знак, в результате чего бторой транзистор 20 запирается и Т9г да вновь рткпоется первый транзистор 19, формирующий начало работы управляющего импульса регулирующего транзистора 5. В этом режиме диод 27 в цепи коллектора третьего транзистора 25 устраняет поступление на его промежуток коллектор-эмиттер напряжения нерабочей полярности. Предлагаемое техническое решение стабилизатора переключательного типа с ключевым стабилизатором и входящим в его состав оконечным усилителем отличается от известного упрощенной конструкцией и, как следствие, более низкой стоимостью, благодаря сокращению числа дорогостоящих коммутирующих транзисторов, лучшим КПД стабиливключена между базой и эмиттером регулируюи его элемента, отвод от части витков первичной обмотки подключен к одному из выводов для подключения затора и меньшими габаритами выходног го трансформатора, благодаря более полному использованию кривой намагничивания магнитопровода в результате заведомого насыщения сердечника во время короткого цикла размагничивания следующего за рабочим циклом. Формула изобретения Стабилизатор переключательного типа с ключевым стабилизатором на входе, содержащий включенные последовательно в одну из силовых шин рагулирующий элемент и DLC-фильтр, оконечныи усилитель, выходом подключенный к входу регулирующего элемента и включающий в себя выходной трансформатор, вторичная обмотка которого источника питания, а ее крайние выводы связаны с коллекторами первого и второго транзисторов одного типа проводимости, эмиттеры которых соединены между собой, источник опорного напряжения, выходом подключенный к одному из входов усилителя си1- нала ошибки, другой вход которого подключен к выходным /«ыводам стабилизатора, генератор пилообразного напряжения, выходом соединенный с одним из входов компаратора, выходом соединенного с входом оконечного усилителя, а другим входом - с выходом усилителя сигнала ошибки, отличающий с я тем, что, с целью повышения КПД и упрощения стабилизатора. регулирующии элемент выполнен на одном регулирующем транзисторе, а в оконечный усилитель стабилизатора введены источник опорного напряжения, третий транзистор, противоположный по типу ПРОВОДИМОСТИ первым двум, ;аиод и резистор,включенный между отрицательным выводом для подключения источника питания и эмиттерами первого и второго транзисторов, из которых база первого подключена к источнику опорного напряжения, база второго связана с выходом компаратора, а коллектор гдтброго транзистора соединен с первичной обмоткой выходного трансформатора через переход базаэмиттер третьего транзистора, коллектор которого через диод свя99 585t10.

зан с коллектором первого тран-1. Заявка ФРГ К ,

змстрра.. кл. Н 02 Р 13/32, 1978.

Источники информации,.2. Патент США ff 1 030015,

принятые во внимание при экспертизекл. 321-2, 1978.

У

| 1(

Сеть

0Ю

№

17

I

17