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

(54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области эпектротех}шки и может быть использовано в качестве стабилизированного источника питания в раз.личных радиотехнических устройствах. Известены ключевые стабилизаторы, состоящие из ключевого злемента, LC-фильтра и пре1образователя с трансформатором, имеющим первичную и выходную обмотки {Ц. в зтих устройствах при высокой частоте переключения возникают значительные потери при переключении за счет больших сквозных токов из-за инерционности ключевого злемента и разрядного (рекурационного) диода, что снижает КПД устройства. При высоких эходных напряжениях необходимо выбирать ключевой элемент разрядный (рекуперационный) йиод, элементы LC-фильтра на напряжение, равное U- . Уве личение рабочих напряжений приводит к исполь зованию высоковольтных полупроводниковых приборов, обладающих низкими частотными свойспгаами (значительными временами восстановления закрытого состояния), что также приводит к (шижению КПД. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ключевой стабилизатор напряжения 2, состоящий из ключевого злемевта, подключенного входом к одной входной клемме, а выходом - к точке соединения коммутирующего злемеита и LC-фильтра, а другая входная клемма подключена к другому выводу коммутирующего злемента, и преобразователя напряжения с т{ ансформатором, имеюпр1М первичную обмотку и вторичную, подключенную к выходным клеммам, а вход преобразователя подсоединен к выходу LC-фильтра. Недостатками, данного ключевого стабилизатора являются значительные потери МОЕЦНОСТИ щп переключении за счет больпгах сквозных токов из-за инерционности ключевого злемента и разрядного диода, что снижает КПД устройства:, а также значительные рабочие напряжения на злементах устройства. Цепью изобретения является повыщеиие КПД и уменьшение рабочих напряжений на злементах схемы. Поставленная цель достигается тем, что в него введены дроссель и коммутирующий эле3961473

мент, выполненный в виде двух параллельнь|х цепочек из соединенных последовательно двух диодов, точки соединения которых подключены к дополнительно введенным отводам первичной обмотки трансформатора, при этом обе цепочки s включены параллельно LC-фильтру, а Дополнительный дроссель включен между другим выводом коммутирующего элемента и конденсатором LC-фипьтра,

На фиг. 1-10 представлены схемы конкрет- 10 ного выполнения ключевого стабилизатора, в который входят ключевой элемент 1, LC- фильтр 2, преобразователь 3с трансформатором 4, имеющим первичную (Wl+W2+Wl)и вь1ходную обмотки, дроссель 5 и две пары диодов 6 5 и 7, соединенных последовательно и ктами соединения подклченных к дополнительного введенным отводам первичной обмотки трансформатора 4, при этом пары диодов 6 и 7 включены параллельно LC-фильтру 2, а дроо - 20 сель 5 включен между точкой соединения пар диодов 6 и 7 и конденсатором LC-фильтра 2.

Уствойство работает следующим образом.

При подключении ключевого стабилизатора к постоянному напряжению ключевой эле- 25 мент 1 открывается, а ранее открьпый диод б находится в режиме расса сьшания .неосновнь1х носителей (интервал 1 фиг. 5). Ток через ключевой элемент 1 протекает по цепи: даод 6 часть первичной обмотки (Wj +Wi) трансформа- зо тора 4 - транзисторы преобразователя 3 дроссель 5. Величина сквозного тока ключево го элемента 1 ограничивается дросселем 5 до величины

т - U . п „

ku. Р

S

где LS индуктивность дросселя 5;

Тр - время рассасьшания неоснойньЬс носителей в области без диода 6; Е - напряжение на входе стабилизатора;

Wa4. . .

п -л. коэффициент трансформации;

и - напряжение на части первичной обмотки ( трансформатора.

Далее диод б переходит в режим восстановления обратного сопротивления (интервал 11, фиг. б), энергия, накопленная в дросселе 5, возвращается через диод 7 в нагрузку (протекает ток через диод 7). Ток через ключевой элемент 1 шадает экспоненциально с постоянной времени, прО1Ю1яцюнальной ;времени восста- 50 новления ощода б. Далее возврат энергии в нагрузку прекращается (U U (l-n)) (интервал 111, фиг. 7), диод б восстанавливает закрытое состояние, диод 7 закрьп. Цри отключении ключевого элемента 1 начинается разряд основ; 55 ного дрэсселя LC-фильтра 2 Через днод б и вспомогательного через диод 7 (интирвал IV, фиг. 8). После разряда дросселя. 5 диод 7

о11слючается, а дроссель LC-фильтра 2 продол жает разряжаться через диод б (интерв.л V, фиг. 9). Рабочие напряжения на элементах схем приведены на фиг. 2, 3, 4.

Максимальное рабочее напряжения на ключевом элементе не превыщает Е - U С2п-1) Е.

Выходное напряжение определяется (на вход преобразователя 3)

.. Т -0

-

где Т - период переключения;

8 - длительность паузы.

Ток через транзистор (ключевой элемент 1)

Е Ttr-e) U т

I 3 (T-nsi pI тмГе

где R э - приведенное сопротивление нагрузки в выходы L( фильтра,

Коэффициентэпульсаций, связанный с небеоконечностью L LC-фильтра 2 . 9

(1-п).

К

Пл IbUC

Кэ U-tiyiT-nQ)

При

L 2п

пульсации, связанные с небесконечностью L LC-фильтра 2, не проявляются.

В дальнейшем все процессы повторяются с тем лищь исклююнием, что задействуются два других диода б и 7 и транзистор преоб шэователя 3.

Изменением величины паузы в рабочем периоде Т стабилизируется выходное напряжение ключевого .стайшизатора. Введение дросселя 5 позволяет ограничивать импульс сквозного тока ключевого элемента 1 до любой необходимой величины (к. Р

Формула и зоб ре тения

Ключевой стабилизатор напряжения, Содержащий ключевой элемент, подключенный входом к одной входной клемме, а выходом - к точке соединения одного вывода коммутирующего злемента и ЬБ-фильтра, а другая вхо; ная клемма подключена к другому вьшоду коммутирующего элемента, и прео.бразователь напряжения с трансформатором, имеющим первичную обмотку и. вторичную, подключенную к выходным клеммам, а вход преобразователя подсоедииен к выходу LC-фшьтра, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД и уменьщения раёочих напряжений на элементах схемы, внего введеHbi дополнит ный дроссель, йоммутируюпдай элемент вьшолнен в виде двух параллельных цепочек, каждая из которых вьшолнена из соединенных последовательно двух диодов.

5 %1473«

точки ооедяйення которых полслючеяы к вве-Источники информации,

деияым отводам первичтй обмотки тртсфор-ЩвЯгпк во виямапие при экспертиэе

матора, при этом обе цепочки вкпшеиы парал-1. Авюрское свидетельство СССР К 467338,

лепыю LC-фильтру, а дооолиитепьиый дросселькл. G 06 F 1/56, 1974.

вклкпен между другим выводом коммутирую $2. Авторское сй1дотелктво СССР N 66S299,

щего элемента и кояпеясатором 1С-фшьтр«.кл. G 06 F 1/56 1978.

f-«f

961473

ff/Гн

С

ч