Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/56 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к источникам вт.оричного электропитания и может быть использовано для питания радиоприемных и радиопередающих .устройств . Особенно целесообразно применение его в тех случаях, когла ток

нагрузки изменяется от нуля до номи-.

-нального.

Известен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий транзистор, дроссель и конденсатор сглаживающего фильтра, в котором в качестве обратного диода используется шунтирующий транзистор, управляемый с помощью дополнительной обмотки дросселя. Применение шунтирукяцего транзистора вместо обратного диода позволило обеспечить непрерывность тока в дросселе и линейность регулировочной характеристики импульсного регулятора, поэтому такой стабилизатор напряжения работает устойчиво во всем диапазоне токов нагрузки Cl3.

однако на холостом ходу стабилизатора, когда ток в дросселе меняет свое направление, шунтирующий тран.зистор оказывается в инверсном режи ме,недопустимом для современных транзисторов. Кроме того, в зтом стабили заторе при включении регулирующего ,

транзистора возникают больше сквозЧ ные токи, так как шунтирующий тран- зистор может .закрыться только после смены полярности на обмотках дросселя, аэтому как раз и препятствует сам шунтирующий транзистор,Сквозные то ки транзисторов приводят к большим динамическим потерям и снижгиот КПД стабилизатора.. .

to;

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, шунтированный

15 диодом и включенный последовательно с выходом стабилизатора через ДиС-фильтр, шунтирующий транзистор-,f включенный между одним из злектредов диода ДЦС-фильтра и ойцей шиной ста20билизатора, и блок управления, соединенный с базами упомянутых транзисторов 2 J.

Однако ив этом импульсном стабилизаторе введение шунтирующего тран25зистора понижает его КПД, поскольку приводит к ув15личению динамических . потерь обусловленных сквозными токами. Особенно большие импульсы сквозного тока наблюдаются в мо-,

30 менты включения регулирующего транзистора в номинальном режима и близком к нему. В этих режимах в паузах между включениями регулирующего транзис тора ток дросселя замыкается чере диод Дис-фильтра, коллекторный ток шунтирующего транзистора равен нулю, и, следовательно, время рассасывания максимально. Для устранения сквозных токов, вызванных введением шун тирующего транзистора, блок управления дополняется схемой, запроцающей его включение при прямом направлении тока через дроссель и разрешанлцей - при обратном. Это значительно усложняет блок управления. Недостатком яв ляется и то, что для управления шунтирукадим транзистором требуется дополнительный формирователь импульсов . Целью изобретения Является упрощение стабилизатора и повышение его КПД. Эта цель достигается тем,что в им-г пульсный стабилизатор постоянного напр жения введен дополнительный диод , вклю ченный последовательно с диодом ДЦСфильтра между другим его электродом и о щей шиной,причем база шунтирующего ., транзистора подключена к соединенным Электродам указанных диодов, эмиттер подключен к общей шине, а между выхо дами блока управления и базами обоих транзисторов включены резисторы. Кроме того, в стабилизатор может быть введен токоограничивающий дроссель, включенный между общей шиной и соединенными эмиттером шунтирующего транзистора и электродом дополнительного диода и шунтированный допол нительно введенной цепью из последовательно включенных резистора и диода, при этом дроссель дис-фильтра выполнен двухобмоточным и его дополнительная обмотка образует выход бло ка управления, подключенный к базе шунтирующего транзистора. Токоограничивающий дроссель может быть выполнен двухобмоточным, причем его дополнительная обмотка включена последовательно с дополнительной обмоткой дросселя дис-фильтра. На фиг.1 изображена схема предла гаемого импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 - схема с дополнительными элементами, cim ecтвeннo улучшаклцими работу предл женного импульсного стабилизатора. Импульсный стабилизатор постоян ного напряжения содержит (фиг.1) регулирукидий транзистор 1,диод 2 Д1мС- фильтра, д; ополнительно введенный ди од 3, шунтирующий транзистрр 4, дрос сель 5 с обмоткой б и конденсатор 7 сглаживгиощего Д.ис-фильтра, блок 8 уп равления, входом подключенный к выхо ду импульсного стабилизатора, а вы ходом - к управляющим переходам регу лирующего 1 и шунтирукадего 4 транзис торов.Для улучшения работы предложен кого импульсного стабилизатора в охеМУ могут, быть введены (фиг.2) дополни;влъная обмотка 9 дросселя 5 сглажйвахцвго фильтра, которая подключена управляющему переходу шунтирующего транзистора 4 через резистор 10, тооограничивакяаий дроссель 11 с обмоткой 12, зашунтированной вспомогательным диодом 13, и дополнительной обмот ой 14, сое;: нен последовательно о ополнительной обмоткой9 дросселя 5 сглаживающего фильтра. Предлагаешлй импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. После подклочения импульсного стабилизатора к источнику постоянного напряжения начинает работать блок 8 управления, который в зависимости от уровня выходного напряжения формирует противофазные импульсы управления для регулирующего 1 и шунтирукнцего 4 транзисторов. Во время включенного состо-г яния регулирующего транзистора 1 ток прот.екает от положительного вывода источника питания через транзистор 1, обмотку б сглаживакяцего дросселя 5, конденсатор 7 и нагрузку к отрицательному выводу источника. На этом этапе ток нарастает со скоростью, зависящей от индуктивности обмотки 6 дросселя ,. 5 и разности напряжений источника пит.ания и выхода импульсного стабилиза-, тора.Полярность напряжения на обмотке б показана на фиг.2 без скобок, в же время блок 8 управления поддер живает шунтирующий транзистор 4 в закрытом состоянии. На следующем зтапе работы блок управления производит запирание регулирующего транзистора 1 и подает отпи- ргиощий ток на управляющий переход - - шунтирующего транзистора 4. После запирания регулирующего транзистора 1 намагничивгиощий ток дросселя 5 сохраняет свое направление и протекает по контуру конденсатор 7 и нагрузка, дополнительный диод 3, диод 2. Поскольку напряжение на обмотке б дросселя 5 меняет свою полярность (на фиг.1 показана в скобках),то ток в обмотке б начинает уменьшаться по величине, протекая в прежнем направлении. В номинальном режиме импульсного стабилизатора запас энергии, накопленной в дросселе 5, достаточно большой, так что за время выключенного состояния регулирующего транзистора ток в дросселе 5 не успевает снизиться до нуля. Поэтому на протяжении всего этапа дополнительный диод 3 остается открытым и падение напряжения на нем, несмотря на подачу с блока 8 управления отпиргисщего тока, поддерживает шунтирующий транзистор 4 в закрытом состоянии. При включении рвгулир.унмдего транзистора 1 сквозной ток, обусловленный временем рассасывания в шунтирующем транзисторе 4, отсутствует. . На холостом ходу импульсного Стабилизатораэнергия, накопленная в дросселе 5, невелика и ток в обмотке 6 спадает до нуля. Это приводит к тому, что диоды.2 и 3 запираются. В этом случае отпирающий ток блока 8 управления может включить шунтир1Ж9ций транзистор 4, и ток. дросселя 5, изменяя свое направление протекает по «OHTypyt обмотка бдросселя 5, шунтируюпшй транзистор 4, конденсатор 7 и нагрузка. В начале следующего периода блок 8 yn-i papления-производит выключение шунтирупцего 4 и включение регулирующего 1 транзисторов. При этом в транзисторах 1 и 4 возникает сквозноа ток и дингшические потери, но поскольку проискодцит это в режиме холостого хода, то суммарные потери мощности 8 транзисторах небольшие. Независимо .от нагрузки схабилизатора ток даосселя 5 сохраняет свою Непрерывность, а импульсный регулятор - линейность регулировочной ,хтеристики, которая необходима для .устойчивой работы стабилизатора., Работа ийпульсного стабилизатора может быть значительно улучшена, если управление шунтирунвдим транзистором 4 осуществлять .с помощью допол нительной обмотки 9 дросселя 5 сглаживающего фильтра (фиг.2}. Во включе ном состояний.регулирующего транзистора 1 напряжение дополнительной обмотки 9 поддерживает шунтирукяций транзистор 4 в закрытом состоянии. Н следувхцвм этапе блок 8 управления подает на рогулирукщий транзистор 1 запирающее напряжение и в нем начина ется процесс рассасывания избыточных носителей заряда. Только после выход транзистора 1 из насыщения происходи смена полярности напряжений на обмот ках 6 и 9 дросселя 5(на фиг.2 показа на в скобках) и на транзистор 4 подается открывающее напряжение. Бла годаря наличию дополнительного диода 3отпирание шунтирующего транзистора 4возможно только при изменении направления намагничивающего тока в обмотке б дросселя 5 на обратное. В следующем периоде блок 8 управлени я открывает регулирующий транзистор 1. Появление сквозного тока, обусловленного процессом рассасывания в обратном диоде 2, если, режим номинальной нагрузки, или в шунтирухщем транзисторе 4, если режим холосто17О хода, предотвращается индуктивностью обмотки 12 токоограни чивающего дросселя 11. Однако только на этом роль дросселя 11 не заканчивается. В отличие от известного устройства назначение дросселя 11 заключается и в том, чтобы дать возможность напряжению на обмотке 6 и соответственно на обмотке 9 сменить полярность. Быстрая смена полярности на обмотке 9 помогает форсировать процесс запирания шунтирующего транзистора 4, если на предыдущем этапе он был открыт. Еще в большей степени уменьшить вероятность возникновения сквозного тока можно с помощью дополнительной обмотки 14 токоогра- ннчивающего дросселя II, включенной последовательно с дополнительной обмоткой 9 дросселя 5 сглаживающего фильтра. Появляющиеся напряжения на обмотках 9 и 14 при включении регулирующе го транзистора 1 складываются и ин- тенсивно запирают шунтирующий транзистор 4. Диод 13 служит для ограничения перенапряжения, создаваемого обмоткой 12 при разряде индуктивности дросселя 11. По сравнению с известным предлагаемый импульсный стаби.пизатрр к чпряжения проще, так как блок управления имеет только один выход для регу.лирукмдего транзистора. Отпадает необходимость в специальном фос 4ирователе импульсов для шунтирующего транзистора, qxeMe, предотвращающей его включение при прямом направлении тока через дроссель сглаживающего фильтра.. | редложенный импульсной стабилизатор имеет больший КПД, поскольку в нем исключены динамические потери мощности, обусловленные сквозными токами через транзисторы. Формула изобретения 1.Импульсный стабилизатор посто янного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, шунтированный диодом и включенный последовательно с выходом стабилизатора через ДЦСфильтр, шунтирукиций транзистор, включенный между одним из электродов диода дис-фильтра и общей шиной стабилизатора, и блок управления, соединенный с базами упомянутых транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения стабилизатора, в него введен дополнительный диод, вктпоченный последовательно с диодом ДЦС-фильтра меж- ДУ другим его электродом я ойдей шиной, причем база шунтирующего транзистора подключена к соединенным электродам указанных диодов, эмиттер подключен к общей шине, а между выходами блока управления и базами обоих транзисторов включены резисторы, 2.Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что в него введен токоограничнвающий дроссель.