Импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим системам, регулирующим электрическую мощ ность, и может применяться в радиотехнической промышленности, приборостроении, электронной промышленности и др. По основному авт. св. № 817677из вестен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий силовой трансформатор, мостовой выпрямитель коммутируемой первичной обмотки силового трансформатора, входная диагональ которого включена последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, а выходная диагональ замкнута на коммути рующие зажимы первого коммутирующего транзистора, управляющий электрод которого подключен к блоку управления, соединенному с блоком сравнения напряжения, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а второй - к Выходу для подключения нагрузк размещенную на матнитопроводе силово- го трансформатора и включенную последо вательно с первичной его обмоткой вонь- тодобавочную противофазную .обмотку, вольтодобавочный коммутирующий мостовой выпрямитель, входная диагональ гкэторого включена последовательно с воль- тодобавочной противофазной обмоткой, второй коммутирующий транзистор, коммутирующие зажимы которого подключены к выходной диагонали вольтодобавочного мостового коммутирующего выпрямителя, а управлякший электрод к выходу блока управления. Регутгарование, а следовательно, и стабилизация выходного напряжения в данном импульсном стабилизаторе осуществляется изменением коэффициента заполнения щиротно-модулированного высокочастотного сигнала управления, строго поочередно открывающего и запирающего первый и второй коммутирующие транзисторы, подключая к первичной сети то основную первичную обмотку силового .трансформатора, то основную первичную обмотку с последовЕггельно с ней включенной вольтодобавочной обмоткой 1 . Недосп атком импульсного стабилизатора напр окения является сравнительно небольшой диапазон регулирования, определяемый величиной вольтодобавочной обмотки и ограни гавасмый предельнодопустимыми напряжениями на первом и втором коммутирующих транзисторах, и П01гиже1шой величиной высокочастотных пу пьсаций, характеризующей данное устройство. Цель изобретения - повышение надежности импульсного стабилизатора напряже {1ИЯ путем обеспечения защиты от перенапряжений в первичной сети и поддержания на нагрузке требуемого стабилизируемого наг1ряже1Ш51 с заданной точностью Во время 1фатковременных всплесков пер вичного напряйсения. Указанная цель достигается тем, что В импульсный стабилизатор напряжется введены первый -и второй гасящие резист ры, первый и второй транзисторы защиты блок переключения и датчик напряжения сети, причем первый гасящий резистор включен в выходную диагональ мостового выпрямителя коммутируемой первичной обмотки силового трансформатора последовательно с первым коммутирующим транзистором, первый транзисторе защиты подключен параллельно первому гасящему резистору, второй гасящий резистор вклю чен в выходную диагональ вольтодобавочного коммутирующего мостового выпрями теля последовательно со вторым коммутирующим транзистором, второй транзистор защиты подключен параллельно второ МУ гасящему резистору, блок переключения, выхода(ги подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов защиты, датчик напряжения сети Выходом подключен к входу блока переключения, а его вход соединен с входными сетевыми, клемк ами импульсного стабилизатора постоянного напряжения. На фиг. 1 представлена функциональная Схема импульсного стабилизатора на пряжения; на фиг. 2 а и б - кривые напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора при постоянном перви ном напряжешга и разомкнутой обратной связи до и после срабатывания схемы эшциты от перенапряжений соответственно. Импульсный стабилизатор напряжения содержит силовой трансформатор с основной первичной обмоткой 1, мостовой 9&4 ыпрямитель 2 коммутируемой первичной обмотки, подключенный входной диагонаью последовательно с первичной обмоткой 1| первый коммутирующий транзистор 3, включенный в выходную диагональ мостового вьтрямителя 2, вольтодобавочную ротивофазную обмотку 4, соединенную псюледовательно с первичной обмоткой 1, вольтодобавочный мостовой вьшрямитель 5, включенный входной диагональю последовательно с вольтодобавочной обмоткой 4, второй коммутирующий транзистор 6, Включенный в выходную диагональ вольтодобавочного мостового выпрямителя 5, вторичную обмотку силового трансформатора 7, к которой подключается нагрузка, схему 8 сравнения напряжений, входы которой соединяются с клеммами для подключения нагрузки и с источником 9 опорного напряжения, блок 10 управления, Вход которого соединен с выходом блока 8 сравнения напряжений, к выходам блока 1О управления подключаются управляющие электроды первого 3 и второго 6 коммутирующих транзисторов. Блок 1О управления осуществляет поочередную коммутацию мостовых выпрямителей 2 и 5с повышенной частотой с коэффициентом заполнения, определяемым разностным сигналом обратной связи от источника 9 опорного напряжения и с нагрузки. Первый гасящий резистор 11 с щунтирующим его первым транзистором 12 защиты включен в выходную диагональ мостового выпрямителя 2 коммутируемой первичной обмотки последовательно с первым коммутирующим транзисто{)ом 3. Второй гасящий резистор 13 с шунтирующим его вторым транзистором защиты 14 включен в выходную диагональ вольтодобавочного мостового выпрямителя 5s последовательно с вторым коммутирующим транзистором 6. Управляющие электроды первого 12 и второго 14 транзистора защиты подключены к выходам блока 15 переключения . Вход блока 15 переключения соединен с выходом датчика 16 напряжения сети, вход которого подключен к входным сетевым клеммам импульсного стабилизатора напряжения. Блок 15 переключения по сигналу с датчика 16 напряжения сети о превышении сетевьп напряжением определенного уровня запи раег ранее открытые первый 12 и второй 14 транзисторы защиты, включая последовательно с первым 3 и вторым 6коммутирующими транзисторами первый 11 и второй 13 гасящие резисторы соответственно. Стабилизатор напряжения работает следующим образом. В стационарном режиме коммутирующие транзисторы 3 и 6 .открываются и. запираются поочередно с повьшенной точностью. В тот момент, когда мостовой выпрямитель 2 открыт, а вольтодобавочный мостовой выпрямитель 5 закрыт, Во вторичной обмотке 7 силового трансформатора индуктируется напряжение с амплитудой и а. ,где W и 1тт1в Х/ -ini I. Wn - числа витков первичной и вторично обмоток силовоготрансформатора соответственно, -и YY, - амплитуда напряжения питания. В момент времени, когда мостовой в прямитель 2 заперт, а вольтодобавочный мостовой выпрямитель 5 открыт, во вто ричной обмотке 7 индуктируется напря « 1 жение с амплитудой и --Ц, гд ±W f A Vq- - число витков вольтодобивочной противофазной обмотки. Знак (+) относится к согласному, а знак (-) - к вст речному включению первичной 1 и вольт добавочной 4 обмоток. При периодическо и противофазной коммутации транзисторо 3 и 6 во вторичной обмотке силового трансформатора 7 образуется напряжение форма которого показана на фиг. 2а. Ср нее и действующее значение этого напря жения зависит от, коэффициента заполнеуния импульсову -- I где Тц - период к квантования, t, - длительность импульса открываклцего первый коммутирующий транзистор 3 при согласном включении, или длительность импульса, открывающего второй коммутирующий транзистор 6 при встречном включении первичной 1 и вольтодобавочной 4 обмоток. (Все дал нейщие рассуждения приводятся для случая согласного включения основной первичной 1 и вольтодобавочной 4 обмоток) Диапазон регулирования стабилизали, тора (У :----,где aU - суммарная величина дестабилизирующих факторов, приведенных к первичному напряжению, номинеитьное первичное напряжение, определяется по формуле (Дг , , | г I- n. (1-r) где д П коэффициент вопьтодобавоч- ной оомотки. Из формулы видно, что, увеличивая коэффициент волглодобавочной обмотки п су , что приводит к увеличению амплитуды высокочастотных пульсаций токов и напряжений стабилизатора и, следовательно, увеличиваются сетевые и электромагнитные помехи, увеличивается величина выходного фильтра и т.д. Кроме того, увеличение Лпгприводит к увеличению напряжения на коммутирующих зажимах транзисторов 3 и 6 в запертом состоянии. Таким образом, нецелесообразно увеличивать диапазон регулирования стабилизатора за счет увеличения коэффициента вольтодобавочной обмотки п„. дпя защиты и обеспечения работоспособности и поддерж1ания требуемого выходного напряжения при кратковременных перенапряжениях в первичной сети. Дополнительное изобретение позволяет сделать это без ухудщения основных показателей импульсного стабилизатора напряжения. В стационарном режиме гасящие резисторы 11 и 13 щунтированы полностью открытыми транзисторами 12 и 14 защиты соответственно и rfe оказывают влияния на работу схемы по вьпиеигло-женному. Пусть сетевое напряжение возрастает, стабилизатор отрабатывает это изменение за счет уменьшения коэффициента заполнения f так, чтобы напряжение на нагрузке оставалось неизменным. Какомуто значению первичного напряжения соответствует значение у 0, дальнейшая стабилизация выходного напряжения за счет основного регулятора невозможна. При достижении сетевым напряжением значения срабатывает блок 15 пере- i ключения по сигналу с датчика 16 напряжения сети, запирая первый 12 и рторой 14 транзисторы защиты. При этом последовательно с первым 3 и вторым 6 KOMMj-гирующими транзисторами включаются гасящие резисторы 11 и 13 cooTV ветственно. Так как в первый момент времени , что соответствует открытому коммутирующему транзистору 6, падедие напряжения на втором гасягщем резисторе 13 вызовет уменьщение выходного напряжения. Разностный сигнал между напряжением от источника 9 опорного напряжения и напряжением на нагрузке поступает с блока 8 сравнения напряжений на блок 10 управления, вызывая увеличение коэффициента запоп-j нения у . Коммутирующие транзисторы 3 и 6 снова открьюаются и запираются . поочередно с повьпяенной частотой, но и нижний, и верхний уровни выходного напряжения стали ниже за счет падения 795 напряжения на гасящих сопротивлениях, что коктенсирует увеличение питающего напряжения, Так, если питающее налря,- женгие и коэффицие1-гг заполнения неизмен1СЫ, обратная связь с нагрузки разомкнут и вторичное напряжение имеет форму, приведенную на фиг. 2а , то при срабатьшании 1 5 переключешю и запирания транзисторов 12 и 14 защиты .вторичное напряжение имело бы форму, приведенную на фиг. 25 . Величина первого гасящего транзистора 1 1 определяется из условия равенства вторичного напряжетет при j О и полностью открытых транзисторах 12 и 14

защиты, и вторичного напряжения при 3 1 и закрытых транзисторах защиты, т.е. с включенными последовательно с коммутирующими транзисторами 3 и 6 гасяидами резисторами 11 и 12 соответственно. Величина второго гасящего резистора 13 определяется из условия равенства максимального напряжения сети, стабилизируемого основным стабилизатором , и разности мелшу максимально воз можшз1м сетевым нш1р$ш{ением и падением напряжв1Шя на гасящем резисторе 13 при J --0На первом 11 и втором 13 гасящцх резисторах при- перенапряжениях S первич ной сети вьщеляётся большая мощность, но, у1штывая, trro перенапряжения кратковременны и что через них протекает не постоянный, а импульсный ток за счет работы регулятора, гасящие резисторы выбираются на MeHbmjio рассчитываемую мощность, чем следует из расчета. В общем случае величина гасящих резисторов 11 и 13 зависит от диапазона стабилизируемых напряжений, коэффицие1-гта трансформации трансформатора 1 l вольтодобавочной Псгг используемой схемы выход иого выпрямителя и тока нагрузки. Устройство целесообраз7€о использоват в случаях, когда ток нагрузки не падает до нуля и не изменяется в больщих пределах. Рассчитывая значения гасящих резисторов для минимального тока нагруз ки, можно обеспечить стабилизацию выходного нсшряжения во всем диапазоне токов нагрузки, но учитывая при этом,что с у15ел11че1ПКМ тока нагрузки растет рассеиваемая на гасяишх резисторах МОЩН1.ХГГЬ.

защиты соответственно , блок переключения и датчик напряжения сети - в совокупности с общими с прототипом позволяют увеличить надежность стабилизато98К достоинствам предлагаемого импульсного стабияизатора напряжения следует отнести стабияизацито выходного напряже- ния с заданной точностью при большом диапазоне изменения питающего налряжения, повыщение надежности устройства, идентичность схемы при любой фазности питающего напряжения и возможность испояЕ зовать стабилизатор с выходом на переменном токе (без выходного выпрямителя) и на постоянном токе (с выходным выпрямителем). Введенные новые элементы - первый и второй гасящие резисторы, щунтированные первыми и вторыми транзисторами ров и расщирить диапазон стабилизируемых сетевых напряжений. Формула изобретения Импульсный стабилизатор напряжения по авт. св. N 817677, отличаю, ш и и с.я тем, что, с целью повышенкя надежности путем обеспечения защиты от перенапряжений в первичной сети, в него введены первый и второй гасящие резисторы, первый и второй транзисторы защиты, блок переключения и датчик напряжения сети, при этом первый гасящий резистор включен в выходную диагональ мостового вьшрямителя коммутируемой первичной обмотки силового трансформатора псследовательно с первым коммутирующим транзистором, первый транзистор защиты подключен параллельно первому гасящему резистору, второй гасящий резистор включен в выходную диагональ вольтодобавочного коммутирующего мостового вьшрямителя последовательно с вторым коммутирующим транзистором, второй транзистор зашиты подключен параллельно второму гасящему резистору. блок переключения вьосодами подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов защиты, датчик напряжения сети выходом подключен к входу блока перекгаочения, а его вход соединен с входными сетевыми клеммами импульсного стабилизатора напряжения. Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 817677, кл. G 05 F 1/56, 1978.