Параметрический транзисторный стабилизатор Советский патент 1982 года по МПК G05F3/08 

(S) ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР Изобретение относится к силовой электротехнике и может использоваться, например, во вторичных источниках питания. . Известны параметрические транзисторные стабилизаторы, в которых управление силовым транзистором осуществляется от трансформатора, подключенного в такте открытого силового транзистора к источнику питания через ука занный силовой транзистор (или транзистор управления) 1 и f 2 ). Запирание указанных транзисторов происходит при намагничивании сердечника упомянутого трансформатора, а параметрическая стабилизация быходного напряжения обеспечивается размагничиванием сердечника этого трансформатора в такте закрытого состояния силового транзистора по определенному, для различных видов схем - последовательный стабилизатор, стабилизатор с выходом с гальванической развяз кой и т. д., различному закону. Наиболее близким к изобретейию техническим решением является параметрический транзисторный стабилизатор, содержащий усилитель на управляемом мультивибраторе с транзистором и намагничивающимся трансформатором, цепь первичной обмотки которого подключена параллельно цепи источника питания, источник опорного напряжения и выходной фильтр СЗ . В известных стабилизаторах достигается параметрическая стабилизация выходного напряжения при изменении напряжения питания и величины нагрузки в широких пределах, но не обеспечивается защита силового элемента транзистора при пуске и перегрузках и коротком замыкании в нагрузке. Введение в стабилизатор отдельных устройств защиты по току усложняет стабилизатор за счет введения непосредственно устройства защиты и схемы сопряжения устройства защиты со схемой стабилизатора.

3 . 96 Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения работы при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке.

Поставленная цель достигается тем, что в параметрический транзисторный стабилизатор введены развязывающий диод, балластный резистор, обмотка отрицательной обратной связи и отвод от первичной обмотки намагничивающегося трансформатора, причем указанный развязывающий диод, полярность включения которого противоположна полярности подключаемого к входным выводам стабилизатора источника питания, включен последовательно в цепь первичной обмотки трансформатора, свободный вывод развязывающегр диода подключен к входному выводу стабилизатора непосредственно или через указанный транзистор, балластный резистор шунтирует последовательную цепь, состоящую из части первичной обмотки с отводом и развязывающего диода, а. обмотка отрицатель ной обратной связи трансформатора включена в цепь источника питания.

На фиг. 1и 2 показаны варианты функциональной схемы стабилизатора.

Стабилизатор содержит (фиг.О силовой (управляющий) транзистор 1, параллельный намагничивающий трансфор,матор 2, первичную обмотку 3, отпайку 4, обмотку 5 управления силовым и, одновременно, управляющим транзисто.ром 1, обмотку 6 отрицательной обратной связи, балластный резистор 7, базовый резистор 8, блок 9 запуска стабилизатора, развязывающий диод 10, источник опорного напряжения 11 (стабилитрон), конденсатор 12, соответственно, диод 13 дроссель 1 и конденсатор 15 L-C-D выходного сглаживающего фильтра, источник 16 питания, нагрузка 17, подключающий диод 18.

Возможно также выполнение, когда в схему (фиг. 2) не включены конденсатор 12 и подключающий диод 18 и дополнительно введены обмотка 19 управления силовым тразистором 20, базовый резистор 21 силового тразистора, стабилитрон 22, диоды 23-25 и резистор 2в, входящие в источник 11 опорного напряжения, соответственно первичная и вторичная обмотка 27 и 28 силового дросселя 1+.

Стабилизатор (фиг. 1) работает следующим образом.

34

При подключении устройства к напряжению источника питания транзистор 1 переводится в область насыщения блоком 9 запуска. Осуществляется быстрый заряд конденсатора 12 до напряжения пробоя стабилитро а, после чего начинается установившийся режим работы стабилизатора.

.Перемагничивание сердечника трансформатора 2 в прямом направлении осуществляется напряжением (in fdcTiif а в обратном направлении - напряжением UCT-H которое фиксируется конденсатором 12.

Контур обратного перемагничиванйя замыкается через смещенный в прямом направлении диод 13. Дроссель 1 и конденсатор 15 обеспечивают необходимую фильтрацию выходного напряжения-.

Переключение силового транзистора 1 происходит при намагничивании транс форматора 2, причем выходное напряжение поддерживается параметрическим постоянным способом

ш шг- уравнение равенства в с на обмотке 3

трансформатора 2 - (и цгистц)j;/Т

71 CT -p-jr-T, откуда Un -frUcT-.

г ,i- время открытого состония транзистора,

v Т - период коммутации транзистора.

Таким образом, Ug,Uj. const. Такой режим работы сохраняется при номинальных значениях тока силового транзистора 1, когда ампер-витки тока через балластный резистор 7 превышают ампер-витки обмоток 5 и 6, причем разница указанных,токов, приведенная к обмотке 3, обеспечивает ток через развязывающий диод 10, т е. обеспечивает напряжение на обмотке 3 при открытом силовом транзисторе 1, равное U,,.UCT-H,

При размагничивании сердечника трансформатора 2 напряжение на обмотке 3 равное UCTI-I обеспечивается путем создания тока в подключающем диоде 18, т. е. от конденсатора 12 через часть обмотки 3 между, ее выводом и отпайкой , смещенной в прямом направлении, диод 13 и балластный резистор 7 создается ток, несколько превышающий сумму тока холостого хода указанной части обмотки 3 и приведенного обратного тока U. силового транзистора 1. При перегрузке и коротком замыкании в нагрузке увеличивается ток сиЖ)вого транзистора 1 и, соответствен но, в обмотке 6 отрицательной обратной связи. Начиная с заданного значе ния тока силового транзистора 1,ток базового резистора 8 начинает уменьшаться вследствие того, что большая часть тока через балластный резистор 7 компенсируется током отрицательной обратной связи. При дальнейшем увеличении тока си лового транзистора 1 и, соответствен но, уменьшении тока базы силового транзистора 1, этот транзистор переходит в те нейный режим огран1чени;я своего коллекторного тока и, следовательно, ограничение тока нагрузки. Максимально возможный ток через силовой транзистор 1 при коэффициенте усиления по току его, равном , pa вен току через балластный резистор 7 приведенному к обмотке 6 обратной от рицательной связи. Практически (Ь никогда не бывает равным со, следовательно, реальный максимальный ток силового транзистоipa 1 меньше теоретически возможного. . При переходе силового транзистора в линейный режим при работе в режиме bграничения тока возможна относительно длительная работа силового транзи тора 1 в линейном рен(име или его выключение, т. е. переход в режим размагничивания сердечника трансформатора 2 о Подключающий диод 18 не принципиален, так как вызван выбранным конкрет ным схемным выполнением размагничивания сердечника трансформатора 2 (фиг о 1). Проходной стабилизатор с гальванической развязкой и предусилителем один из возможных вариантов устройства (фиг. 2). В приведенных схемах возможно под ключение развязывающего диода 10 .к клемме источника питания непосредственно или через силовой транзистор: а также возможно подключение как к плюсовой, так и к минусовой клемме источника питания развязывающего диода 10 и балластного резистора 7. Свойство предложенного стабилизатора ограничивать максимально возможный ток в силовом транзисторе определяет расширение функциональных возмож ностей предложенного стабилизатора по сравнению с известными, т. е. возможность работать при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке. Формула изобретения Параметрический транзисторный ста- билизатор, содержащий усилитель на управляемом мультивибраторе с транзистором и намагничивающимся трансформатором, цепь первичной обмотки которого подключена параллельно цепи источника питания, источник опорного напряжения и выходной фильтр, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения работы при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке, в него введены развязывапщий диод, балластный резистор, обмотка отрицательной обратной связи и отвод от первичной обмотки намагничивающегося трансформатора, примем указанный развязывающий диод, полярность включения которого противоположна полярности подключаемого к входным выводам стабилизатора источника питания, включен последовательно в цепь первичной обмотки трансформатора, свободный вывод развязывающего диода подклпчен к входному выводу стабилизатора непосредственно или через указанный транзистор, балластный резистор шунтирует последовательную цепь, состоящую из части первичной обмотки с отводом и развязывающего диода,.а обмотка отрицательной обратной связи трансформатора включена в цепь источника питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Александров Ф. И. и Сиваков А.Р. Импульсные полупроводниковые преобразователи и стабилизаторы постоянного напряжения. Л., Энергия, 1970, рис. 2-15 с, 71.2.Киселев Л. Н. и Машуков Е. В. Импульсный стабилизатор напряжения на транзисторах. Вестник электропромышленности, №8, 136г. 3.Коссов 0. А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. Изд. 2-е (переработанное и дополненное), М., Энергия, 1971, рис. 12-. 33, с. 352.