Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичныхисточниках питания.

Известны стабилизаторы напряжения, содержащие несколько преобразовательных ячеек, силовые входы которых соединены параллельно, а выходы последовательно, в которых широтно-импульсная модуляция выходного напряжения осуществляется в течение времени рассасывания носителей в транзисторах, при управлении каждой последующей ячейки от обмотки трансформатора предьодущей ячейки 111.

Такие стабилизаторы позволяют обеспечить малые пульсации напряхсения на входе и на выходе, однако их диапазон регулирования ограничен.

Известны также стабилизаторы напряжения, состоящие из двух преобразовательных ячеек, выходы которых соединены последовательно, а управляющий вход одной ячейки связан с обмоткой трансформатора другой ячейки через фазосдвигаюций блок С2.

Недост-атком таких стабилизаторов являются большие пульсации выходного напряжения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является стабилизатор постоянного напряжения, содер-г жащий N преобразовательных ячеек,состоящих из усилителя мощности на транзисторах, соединенных по. схеме с общим коллектором, трансформатора, выпрямителя и фильтра,.выходы которых

4п соединены последовательно и подключены к выходным зажимам стабилизатора, а силовые входы соединены с входными зажимами стабилизатора, соединенными через линейный регулятор-и согласующий узел с управляющим входом первой

15 преобразовательной ячейки, и блок обратной связи, выходом подключенный к управляющему входу линейного регулятора, а входом через делитель напряжения - к выходным зажимам сгабили20 затора, причем управляющий вход каждой последующей преобразовательной ячейки соединен с выводами дополнительной обмотки трансформатора соответствующей предыдущей преобразовательной ячейки L Недостатком известного преобразователя является низкий КПД при широком диапазоне изменения входного напряжения стабилизатора . Цель изоОретения - увеличение КПД стабилизатора постоянного напряжения. Эта цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения содержащем N преобразовательных ячеек, состоящих из усилителя мощности на транзисторах, соединенных по схем с общим коллектором, трансформатора, выпрямителя и фильтра, выходы которы соединены последовательно и подключе ны к выходным зажимам стабилизатора, а силовые входы соединены с входными зажимами стабилизатора, соединенными через линейный регулятор и согласующий узел с управляющим входом первой преобразовательной ячейки, и блок обратной связи, выходом подключенный к управляющему входу линейного регулятора, а входом через делитель напряжения - к выходным зажимам стабилизатора, причем, управлякядий вход каждой последующей преобразовательной ячейки соединен с выводами дополнительной обмотки трансформатора соответствующей предыдущей ячейки, силовой вход, по крайней мере,, одной указанной последующей преобразовательной ячейки соединен с входными зажимами стабилизатора через введенный ключевой регулятор, управляющим входом подключенный к выходу введенного блока управления, вход которого подключен параллельно указанному линейному регулятору. На чертеже представлена принципиальная схема стабилизатора постоян ного напряжения. Стабилизатор состоит из согласующего узла (автогенератора) 1 и преобразовательных ячеек 2-5, каждая из которых содержит усилители мощности на транзисторах 6, соединенных по сх ме с общим коллектором, трансформатора-7, выпрямителя 8, фильтр 9, причем, силовые входы преобразовател ных ячеек 2-4 соединены с входными зажимами 10 стабилизатора непосредст венно, а силовой вход одной из после дующих преобразовательных ячеек 5 через ключевой регулятор 11, вьтолне ный в- виде элемента 12 и фильтра 13. Выходы преобразовательных ячеек 2-5 соединены последовательно и подключе ны к выходным заокимам 14. Управляющий вход первой преобразовательной ячейки 2 через согласующий узел автогенератор) 1 и линейный регулятор 15 соединен с входными зажимами 10. Управляющий вход линейного регулятора 15 через блок обратной связи 16 и делитель выходного напряжения 17 подключен к выходным зажимам 14. Управляющий вмод каждой последующей преобразовательной ячейки 3-5 подключен к выводам дополнительной обмотки 18 трансформатора 7 соответствующей предыдущей преобразовательной ячейки 2-4. Управляющий вход ключевого регулятора 11 подключен к выходу блока управления 19, вход которого подключен параллельно линейному регулятоРУ 15. Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. При включении стабилизатора постоянного напряжения на выходе автогенератора 1 появляется напряжение пряг-. моугольной формы, которое переключает транзисторы в ячейки 2. Из-за неидеальности фронтов выходного напряжения и инерционности ключей и диодов выпрямителя пульсации напряжения на выходе фильтра 9 имеют вид треугольных (экспоненциальных) провалов в постоянном напряжении. Управляющее напряжение на вход усилителя мощности b преобразовательной ячейки 3 поступает с задержкой относительно управляющего напряжения автогенератора 1 на величину несколько большую, чем время рассасывания неасновных носителей в базе транзисторов усилителя мощности б. Поскольку источником напряжения прямоугольной формы для каж- дои последующей ячейки, например 4,является напряжение на обмотке 18 предыдущей ячейки 3, которое, в свою очередь, отстает по фазе на величину указанной задержки от выходного напряжения на ячейке 2, то и провалу напряжения С пульсации ) на выходе фильтров 9 преобразовательных ячеек сдвинуты по фазе, что позволяет получить амплитуду лульсаций на выходных зажимах стабилизатора, равной амплитуде пульсаций на выходе одной преобразовательной ячейки. Особенностью преобразовательных ячеек 2-5 является соединение транзисторов 6 по схеме с общим коллектором, в результате чего напряжение на обмотках трансформаторов 7 повторяет по величине напряжение соответствующего источника прямоугольного сигнала. Так, при увеличении напряжения на выходных зажимах 14 стабилизатора с выхода делителя 17 на вход блока обратной связи 16 поступает сигнал, уменьшающий напряжение на выходе автогенератора 1, уменьшается напряжение на выходе преобразовательной ячейки 2 и на обмотке 18 ее трансформатора 7, что приводит к соответствующему уменьшению напряжения на выходе и на обмотке 18 трансформатора 7 преобразовательной ячейки 3, которое, воздействуя на управляющий вход преобразовательной ячейки 4, уменьшает ее выходное напряжение и т.д. в результате чего напряжение на выходе стабилизатора уменьшается до номинальной величины. При значительном увеличении напряжения между входом и выходом линейного регулятора 15 ,6лок управления 19, воздействуя на вход ключевого элемента 12, уменьшает напряжение на силовых входах последующих ячеек например 5), подключенных к выходу ключево го регулятора 11, а тем самым падение напряжения на транзисторах б преобразовательных ячеек. При совместной ра боте линейного регулятора 15 и ключе вого регулятора 11 осуществляется дискретно-непрерывная стабилизация выходного напряжения стабилизатора, что позволяет поддерживать неизменным КПД стабилизатора в широком диапазоне изменения входного напряжения и тока нагрузки. При этом пульсации выходного напряжения сохраняются . постоянными и не превышают пульсаций напряжения одной преобразовательной ячейки. Дополнительная обмотка 18 мо жет быть выполнена различными способами: со средней точкой, без средней точки или частью первичной обмотки трансформатора 7 (автотрансформаторное включение обмотки 18). Количество преобразовательных ячеек и ключевых регуляторов определяется исходя из диапазона регулирования выходного напряжения, диапазона изменения входного напряхсения и требований к КПД устройства. Таким образом, совместное использование непрерывного и ключевого регуляторов, включение транзисторов преобразовательных.ячеек по схеме с общим коллектором и управление каж дой последующей преобразовательной ячейки от обмотки трансформатора предыдущей ячейки позволяет обеспечить высокое значение КПД стабилизатора в широком диапазоне изменения входного напряжения при сохранении заданного уровня пульсации выходного напряжения. Формула изобретения Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий N преобразовательных ячеек, состоящих из усилителя мощности на транзисторах, соединенных по схеме с общим коллектором, трансформатора, выпрямителя и фильтра, выходы которых соединены последовательно и подключены к выходным зажимам стабилизатора, а силовые входы соединены с входными зажимс1ми стабилизатора, соединенными через линейный регулятор и согласующий узел с, управляющим входом первой преобразовательной ячейки, и блок обратной связи, выходом подключенный к управляющему входу линейного регулятора, а входом через делитель напряжения - к выходным зажимам стабилизатора, причем управляющий вход каждой последующей преобразовательной ячейки соединен .с выводами дополнительной обмотки трансформатора соответствукядей предыдущей преобразова-тельной ячейки, отличающийс я тем, что, с целью увеличения КПД, силовой вход, по крайней мере, одной указанной последующей преобразовательной ячейки соединен с входными зажимами стабилизатора через введенный ключевой регулятор-, управляющим входом подключенный к выходу введенного блока управления, вход которого подключен параллельно указанному линейному регулятору. . Источники инфорь)ации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 545054, кл. Н 02 М 7/537, 1974. 2.Ромаш Э.М. Транзисторные преобразова тели в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. М., Энергия, 1975, с.128, рис.3-22. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке 2668772/07, кл. G 05 Р 1/56, 27.11.78.