Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой регулятор, выходной L,CD фильтр и узел защиты пойтоку с токовым трансформатором, включенным на выходе, отличают и и с я тем, что, с целью повышения КПД путем повышения коэффициента использования по току силовых транэисторо.в, в него введены дифференцисшьный усилитель, резистор и дополнительная обмотка токового трансформатора, при этом последняя одним выводом через указанный резистор подключена к выходному выводу дифференциального усилителя и управляющему входу регулятора, а другим - к одному из входов дифференци-ального усилителя и общей шине, вторичная обмотка токового трансформатора подключена к входам дифференциального усилителя, а первичная обмотка Q токового трансформатора включена в между дросселем выходного фильтра и (Л выходным выводом, к которому подклю. чен конденсатор указанного фильтра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

WW

РЕСПУБЛИК

1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР Ю ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТНЯТИЙ

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3349705/24-07

l (22) 29.10.81 (46) 30.04;83. Бюл. Р 16. (72} В.М. Сазонов, В.Г. Кривич и А.Я.. Исаев .(53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2744036/24-07, кл. G 05 F 1/58, .1979.

2. Цишевский. В.A. Исследования и разработка вторичных источников питания для бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Канд. дис. N., МЭИ, 1978, с. 128, рис. 4. 8 (прототип). (54) (57) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой регулятор, выходной LCD фильтр и узел защиты пожитоку с токовым трансформатором, включенным на

„„Su„„1015360 A вйходе, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем повышения коэффициента использования по току силовых транзисторов, в него введены дифференциальный усилитель, резистор и дополнительная обмотка то-. кового трансформатора, при этом последняя одним выводом через указанный резистор подключена к выходному выводу дифференциального усилителя и управляющему входу регулятора, а другим — к одному из входов дифференциального усилителя и общей шине, вторичная обмотка токового трансформатора подключена к входам дифференциального усилителя, а первичная обмотка токового трансформатора включена Я между дросселем выходного фильтра и выходным выводом, к которому подклю . чен конденсатор указанного фильтра.. Св

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты стабилиэированньиг вторичных источников питания устройств автоматики, вычислительной техники и средств измеренийв 5

Известно устройство для защиты .электрических цепей, содержащее ключевой исполнительный элемент, соединенный последовательно с нагрузкой и токочувствнтельной обмоткой геркона, )0 контактная пара которого подключена параллельно входу исполнительного элемента, дополнительно связанному с первьщ выходом импульсного усилитевторой вход которого подключен к входу блока непрерывного опросного тока, а первый вход - к выходу поро.. гового элемента, один вход которого связан с нагрузкой непосредственно, а другой - через развязывающий блок, подключенный также к входному источ- нику электропитания через блок непрерывного опросного тока.

УсТройство защиты обеспечивает отключение нагрузки от электросети

s тех случаях, когда ток через нее .превышает установленный порог срабатывания токовой защиты, последующее непрерывное измерение величины сопротивления нагрузки, а также повторное подключение ее к электросети после -З0 устранения режима короткого заьыкания, или, перегрузки Г1 ).

Однако известное устройство имеет большие потери при работе s режиме короткого замыкания, а регулирующие 35 транзисторы работают в условиях перегрузок по току и напряжению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является импульсный стабилизатор постоянного напря- 40 жения, содержащий ключевой регулятор с дополнительным управляющим входом, выход которого подключен к нагрузке через последовательно соединенные .первичные токовые обмотки двух .трав--45 сформаторов, вторичные обмотки которых! включены последовательно-. встречно к источнику импульсного напряжения чем. рез диагональ переменного тока диодного моста, диагональ постоянного тока которого подключена через реэис- тивный делитель к дополнительному уп" равляющему входу ключевого регулятора.

В этом стабилизаторе обеспечивается защита от перегрузок и короткого "55 заьыкания. Ток короткого замыкания, протекающий по .первичным обмоткам трансформаторов, приводит их в состояние насыщения, при этом уменьшается сопротивление вторичных обмоток 60

I и изменяется напряжение, подаваемое на дополнительный управляющий вход . ключевого регулятора, что приводит к ограничению тока нагрузки на заданном уровне. Таким образом, ста- 65 Ь билиэатор обеспечивает режим стабилизации выходного напряжения при но-" минальных токах, а при увеличении нагрузки,переходит в режим стабилизации тока короткого замыкания на заданном уровне Г23

Однако величина тока короткого замыкания этого стабилизатора изменяется в широких пределах из-эа разброса параметров трансформаторов, работающих в режиме насыщения, что ие позволяет приблизить его значение к номинальному току нагрузки и приво дит к недоиспользованию силовых транзисторой ключевого регулятора по току, и,"следовательно, к увеличению потерь в режиме короткого замыкания.

Кроме того, указанная неидентичность характеристик трансформаторов приво- . дит к увеличению пульсации на нагрузие от дополнительного источника переменного напряжения, а чувствительность схемы формирования сигнала пе»-: регруэки несмотря на ее сложность ма ла из-за того, что требуемые измене-. ния суммарного сопротивления вторичных обьюток трансформаторов получаются при значительных изменениях тока в нагрузке.

Цель изобретения - повышение

КПД устройства путем повышения козффициента использования по току силовых транзисторов.

ПОставленная цель достигается тем, что s импульсный. стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ключевой регулятор, выходной ЬCD фильтр и узел защиты по току с токовым трансформатором,.включенным на выходе, введены дифференциальный усилитель, резистор и дополнительная обмотка, токового трансформатора, при этом последняя одним выводом через указанный реэистор подключена к выходному выводу дифференциального усилителя и управляющему входу регул лятора, а другим — к одному из входов дифференциального усилителя и общей шине, вторичная обмотка токового трансформатора подключена к входам дифференциального усилителя, а первичная обмотка токового трансфор.- матора включена между дросселем выходного фильтра и выходным выводом, к которому подключен конденсатор указанного Фильтра.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор напряжения содержит ключевой регулятор 1, токовый трансформатор 2, дифференциальный усили тель 3, резистор 4, одним выводом объединенный с управляющим входом 5 ключевого регулятора 1 и выходом дифференциального усилителя 3, шину

6 переменного тока, выходной выводшину 7 нагрузки и входные выводы 8

1015360 и 9. При этом ключевой регулятор 1 . содержит ключевой элемент 10, дроссель 11 LCD -фильтра, обратный диод 12, сопротивление нагрузки 13, зашунтированное конденсатором 14 фильтра, широтно-импульсный модуля- 5 тор 15 и импульсный транзисторный усилитель 16.

Ключевой элемент 10 подключен к входному выводу. Выход ключевого элемента 10 через дроссель 11 фильт- 10 ра, шину б и первичнув обмотку 17 токового трансформатора 2 подключен через шину 7 к сопротивлению нагрузки 13 и первому входу управляемого порогового элемента 18; входящего в широтно-импульсный модулятор 15, второй управляющий вход которого.подключен к выходу дифференциального усилителя 3, который по входу связан с вторичной. обмоткой 19 трансформатора 2, обмотка 20 отрицательной обратной связи которого последовательно с резистором 4 включена между выходом и одним из входов дифференциального усилителя 3, дополнительно подключенного к общей шине 9, связанной через диод 12 LCl3 -фильтра с точкой соединения ключевого элемента 10 и . дросселя 11. Выхсщ управляемого норогового элемента 18 подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора 15, который вторым входом соединен с первым входным выводом и выходом через импульсный транзисторный усилитель 16 — с управляющим входом ключевого элемента 10. 35

В широтно-импульсный модулятоо 15 входит также задающий мультивибра тор 21, который соединен с запускающим транзистором 22, коллектор которого подключен непосредственно к ин- 40 тегрирующему конденсатору 23 и источнику 24 тока на полевом транзистере и через сравнивающий диод 25 к форми- рователю 26 уровня фиксации, соединенному входом с выходом.управляемого45 порогового элемента 18. Второй вход модулятора через реэисторно-емкостиый делитель на резисторах 27 и конденсаторе 28 подключен к входу источника 24 тока, а его выход непосредст. венно подключен к второму выводу ин- . тегрирующего конденсатора 23 °

Импульсный стабилизатор работает следующим образом.

В режиме номинального тока нагрузки широтно-импульсный модулятор 15 вырабатывает импульсы тока включения, соответствующие по длительности времени заряда интегрирующего конденсатора 2.3 до уровня фиксации, соответствующего максимальному значению 60 напряжения, вырабатываемого форМирователем 26 при отсутствии сигнала на

его входе, Частоту работы мультивибратора 21, обеспечивающего периодичес:кий заряд интегрирующего конденсато- 65 ра 23 через запускающий транзистор 22, выбирают такой,что ключевой -элемент10 в режиме номинального тока большую часть периода открыт, при этом дроссель 11 работает в режиме непрерывного тока и на нагрузку 13 осуществляется передача практически полного напряжения, поступающего на вход устройства.

С изменением напряжения на входе устройства изменяется напряжение на входе источника 24 тока на полевом транз исторе, ме няется ток заряда интегрирующего конденсатора и таким ббразом осуществляется корректировка длительности импульса включения импульсного элемента. Выбросы прова-. ла напряжения, появляющиеся на входе устройства, передаются через конденсатор резисторно- емкостного дели-теля непосредственно. на управляющий вход источника 24 тока,при этом соответственно уменьшается .или увеличивается длительность импульса вклю-. чения исполнительного элемента.

Параметры дросселя 11 выходного фильтра выбираются такими, что в режиме номинального тока не происходит насыщение его сердечника. С увеличением потребляемого тока при возникновении режима перегрузки или корот-. кого замыкания сердечник дросселя 11 насыщается, его индуктивность уменьн . шается и увеличиваются пульсации пе ременной составляющей тока в первичной обмотке токового трансформатора 2. Напряжение вторичной обмотки усиливается дифференциальным усилителем 3 и поступает на первый вход управляемого порогового элемента 18, который формирует выходной сигнал, величина которого зависит от степени превышения над заданном порогом ограничения величины переменного тока, протекающего через первичнув обмотку, токового трансформатора 2; Сигнал, появляющийся на входе порогового элемента, поступнет на вход формирователя 26, приводит к понижению уровня фиксации пилообразного напряжения на интегрирующем конденсаторе 23 и соответствующему уменьшению длитель ности токового импульса включения исполнительного элемента, что ограни чивает на уровне заданного порога возрастание среднего тока через дроссель 11 и нагрузку 13.

Аналогичным образом осуществляется ограничение тока, протекающего через нагрузку, вызванное увеличением входного напряжения. Цепь обратной связи усилителя 3, состоящая из резистора 4 и обмотки 20, стабилизирует точность преобразования переменного ока в первичной обмотке 17 трансорматора 2 в напряжение на выходе усилителя, при этом уменьшается вход1015360

Составитель О. Овсянников

РедактОр А. Огар Техред С,мигуиова Корректор И. Шулла

Ф» т

Заказ 3215/45 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ное сопротивление токовой обмотки и потери мощности на ней.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на второй вход управляемого порогового элемента 18 с регулмруеваям порогом срабатывания. Если напряжение на втором входе порогового элемента превышает установленную величину, на его выходе появится сигНал, вызывакыий уменьшение длительности импульса тока включения, и усть ройство переходит в режим ограничения (стабилизации) выходного напряжения., Таким образом, введение дифферен-. циального усилителя и дополнительной обмотки токового трансформатора позволяет:приблизить значение тока короткого замыкания к значениям близким к 1,3 - 1,5 J-ном., что повышает коэффициент использования силовых транзисторов, вследствие чего уменьшается мощность, рассеиваемая на транзисторах в режимах перегрузки по току. Достижение положительного эффекта осуществляется беэ усложнения

cxew стабилизатора с лучшим использованием токового трансформатора, что приводит к уменьшению его габаритов, а также габаритов конденсатора фильтра.