Трансформаторно-полупроводниковый стабилизатор напряжения

 

ТРАНСФОРМАТОРНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, общий отвод первичной обмотки которого подключен к первой входной клемме отвод низшей ступени регулирования первичной обмотки через реактивный элемент подсоединен к второй входной клемме, отвод высшей ступени регулирования первичной обмотки через диодный мост, зашунтированный по постоянному току ключом, также подсоединен к второй входной клемме, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к выходным клеммам, а дополнительная обмотfica через выпрямитель подключена к входу широтно-импульсного модулятора с выходным транзистором, коммутирующий транзистор и четыре диода, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения при одновременном уменьшении массообъемных показателей, каждый конец указанной дополнительной обмотки через диод, включенный в прямом направлении , соединен с одним из выводов переменного тока диодного моста и через другой диод, включенный встречно-последовательно с первым (Л диодом, подключен к базе упомянутого коммутирующего транзистора, последовательно соединенные выходной транS зистор широтно-импульсного модулятое ра., коммутирующий транзистор и выход выпрямителя, соединенного входом с дополнительной обмоткой трансформатора , подключены к входу управления СО ключа, а в качестве реактивного эле мента в цепи низшей ступени регулиросо вания включен конденсатор. 00 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЭС51} G 05 F i/20

ГосудАРственный НОмитет сссР по делАм изОБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й аВТОРСНОМУ СВИЛИ«ЕПьстВУ

ЬЫ|.и Ь(А (21) 3563555/24-07 (22) 15.03.83 (46) 15.06.84.Бюл. 9 22 (72) R.Í.Сергеенков, В.M.Êéñåëåâ, М.А.Горюнов, M.À.Ñåðèõèí и Г.Ф.Бейдер (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Современные задачи преобразовательной техники. Киев, 1975, ч. 3, с. 339, рис. 1.

2. Авторское свидетельство СССР

1} 382079, кл. G 05 F 1/22, 1969. (54)(57) ТРАНСФОРМАТОРНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЬЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, общий отвод первичной обмотки которого подключен к первой входной клемме, отвод низшей ступени регулирования первичной обмотки через реактивный элемент подсоединен к второй входной клемме, отвод высшей ступени регулирования первичной обмотки через диодный мост, зашунтированный по постоянному току ключом, также одсоедйнен к второй

ÄSUÄÄ 3097984 А входной клемме, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к выходным клеммам, а дополнительная обмотка через выпрямитель подключена к входу широтно-импульсного модулятора с выходным транзистором, коммутирующий транзистор и четыре диода, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения при одновременном уменьшении массообьемных показателей, каждый конец указанной дополнительной обмотки через диод, включенный в прямом направлении, соединен с одним из выводов переменного тока диодного моста и через другой диод, включенный встречно-последовательно с первым диодом, подключен к базе упомянутого коммутирующего транзистора, последовательно соединенные выходной транзистор широтно-импульсного модулятора., коммутирующий транзистор и выход выпрямителя, соединенного входом с дополнительной обмоткой трансформатора, подключены к вхоцу управления ключа, а в качестве реактивного элемента в цепи низшей ступени регулирования включен конденсатор.

1 10979 . Изобретение относится к электро-технике, а именно к технике стабилизации и регулирования переменного напряжения.

Известен трансформаторно-полупро- водниковый стабилизатор напряжения, содержащий трансформатор с отводами высшей и низшей ступеней регулирования, полупроводниковый коммутатор,, переключающий отвод высшей и низшей 10 ступеней регулирования Г 1 3.

Недостатком таких стабилизаторов является наличие больших искажений формы кривой выходного. напряжения, что исключает их применение без дополнительных L-С-фильтров.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из силового трансформатора с отводами высшей и низшей ступеней регулирования диодного моста, зашунтированного по постоянному току ключом, к цепи управления которого подключен транзистор системы стабилизации, подсоединенный по цепи питания через выпрямитель к 25 вторичной обмотке трансформатора. Отвод низшей ступени регулирования через реактивный элемент (линейный дроссель) постоянно включен в контур регулирования (23.

Недостатками известного устройства являются значительные искажения формы выходной кривой и неустойчивая работа в режиме холостого хода при наличии выходного L-С-фильтра.

Цель изобретения — улучшение формы выходного напряжения при одновременном снижении массообъемных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторно-полупроводниковом стабилизаторе напряжения, содержащем трансформатор, общий отвод первичной обмотки которого подключен к первой входной клемме, отвод низшей степени регулирования первичной обмотки через реактивный элемент подсоединен к второй входной клемме, отвод высшей ступени регулирования первичной обмотки через диодный мост, за50 шунтированный по постоянному току ключом, также подсоединен к второй входной клемме, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к выходным клеммам, а дополнительная обмотка через выпрямитель подключена к входу

55 широтно-импульсного модулятора с вы" ходным транзистором, коммутирующий транзистор, и четыре диода, каждый

84 Ъ конец указанной дополнительной обмотки через диод, включенный в прямом направлении, соединен с одним из выводов переменного тока диодного моста и через другой диод, включенныйвстречно-последовательно с первым диодом, подключен к базе упомянутого коммутирующего транзистора, последо" вательно соединенные выходной транзистор широтно-импульсного модулятора, коммутирукнций транзистор н выход выпрямителя, соединенного входом с дополнительной обмоткой трансформатора, подключены к входу управления ключа, а в качестве реактивного элемента в цепи низшей ступени регулирования включен конденсатор.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема трансформаторно-полупроводникового стабилизатора напряжения.

Устройство состоит из трансформатора (или автотрансформатора) 1 с регулировочными отводами 2 и 3 на первичной (или вторичной) стороне, управляемого полупроводникового коммутатора, который выполнен в виде транзистора 4, включенного последовательно с отводом высшей ступени 3 регулирования через .диодный мост иэ диодов 5 — 8, конденсатора 9, через который в контур регулирования включен отвод низшей ступени регулирования.

Система коммутации и блокирования транзистора 4 включает транзистор 10 и резисторы. l1, 12 и 13. Транзисторы

14 и 15 являются выходными элементами широтно-импульсного модулятора и фазочувствительной системы, состоящей из ограничительного резистора 16 диодов 17 и 18, резисторов 19 и 20, ди-.. одной матрицы 21-24, причем аноды всех диодов этой матрицы через резисторы 19 и 20 соединены с дополнительной обмоткой 25 трансформатора 1, катоды диодов 21 и 22 — с выводами переменного тока диодного моста 5-8, а катоды диодов 23 и 24 — с базой коммутирующего транзистора 10. Диоды

26 и 27 совместно с диодами 17 и 18 образуют мостовой выпрямитель, входом переменного тока подключенный к выводам дополнительной обмотки 25 трансформатора 1, а выходом подсоединенный к входу широтно-импульсного модулятора, который состоит из транзистора 14, емкостей 28 и 29, резисторов 30 и 31, фильтрующей емкости

3 10979

32, резистора 33 и ствбилитрона 34, через который измеряемое напряжение подводится к конденсатору 29. Последовательно соединенные выходной транзистор 14 широтно-импульсного модуля5 тора, коммутирующий транзистор 15, ограничительный резистор 16 и выход мостового выпрямителя на диодах 17, 18, 26 и 27 подсоединены к эмиттерному переходу транзистора 10, зашуити- 10 рованного резистором 13.

Работа схемы осуществляется следующим образом.

Включение транзистора 4 при переходе напряжения на нем через нулевое

1S значение осуществляется эа счет связи его коллектора с базой транзистора 10 через резистор 12. При этом, пока напряжение на транзисторе 4 не

20 снизится до достаточно малого значения, транзистор 10 остается открытым эа счет базового тока, определяемого напряжением на транзисторе 4 и величиной резистора 12, и соответственно

25 блокирует цепь управления транзистора 4. При уменьшении тока резистора

12 до величины тока резистора 13, создающего постоянное смещение, транзистор 10 закрывается и соответственно транзистор 4 открывается, остава- З0 ясь включенным до тех пор, пока измерительная система, выходными элементами которой являются транзисторы 15 и 14, не обеспечит повторное открытие транзистора lO и соответственно эапи-35 рание транзистора 4.

Транзистор 14 является выходным элементом схемы широтно-импульсной модуляции, определяющим необходимый угол сдвига раэмыкания силового тран-40 зистора 4 по отношению к началу полупериода переменного напряжения, при котором соотношение вторичного и первичного напряжений обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.

Коммутирующий транзистор 15 является выходным элементом фазочувствительной системы, разрешающей или запрещающей отключение высшей ступени регулирования в зависимости от соот- 50 ношения направления тока отвода высшей ступени регулирования 3 и входного напряжения, поскольку иэ-за .специфичных условий, обусловленных включе. нием отвода низшей ступени регулиро- Б вания через конденсатор 9, появляются интервалы, в которых коммутация отвода высшей ступени регулирования

84 4

3 приводит к неустойчивой работе регулятора напряжения.

Главным условием устойчивой работы является совпадение к моменту размы" кания транзистора 4 направления тока в отводе высшей ступени регулирования

3 с полярностью входного напряжения.

Соблюдение или несоблюдение этого условия выявляет коммутирующий транзистор 15.

Поскольку напряжение на вспомога-. тельной обмотке 25, питающей выпрямительный мост измерительной системы

17, 18, 26, 27, повторяет входное питающее напряжение, ток резисторов 19, 20, определяемый напряжениями диодов

26 и 27, отражает с достаточной точностью информацию о полярности первич,ного напряжения.

Сопоставление полярности первичного напряжения с направлением тока в диодах моста 5-8 основного коммутатора осуществляется матрицей иэ диодов 21-24.

В зависимости от полярности пер- вичного напряжения соответствующий ток проходит по резистору 19 или 20 и затем через диоды 23 или 24 подводится к базе коммутирующего транзистора 15, если не создается шунтирующий контур через диоды 21, 22 и 5-7, образующийся при несовпадении полярности первичного напряжения с направлением тока силового диодного моста 5-8.

При совпадающих направлениях напряжения и тока поочередно диоды 21 и 22 оказываются под обратным напряжением из-за наличия обратного напряжения в соответствуняцие моменты времени на диодах 5-7, и ток резисторов

19 или 20 подводится к базе коммутирующего транзистора 15.

Широтно-импульсный модулятор создает смещение момента переключения за счет совместного воздействия пилообразного напряжения, формируемого синхронно с полупериодами переменного напряжения на конденсаторе 28, и сглаженного напряжения на конденсаторе 29, изменякицегося по величине в зависимости от отклонения выходного напряжения от заданного значения.

Напряжение конденсаторов 28 и 29 повонится к эмиттерному переходу транзистора 14 через резисторы 30 и

31 и в зависимости от величины напряжения конденсатора 29, открытие транзистора 14 происходит при различных

1097984

Заказ 4206/39

Подписное

ВНИИПН

Тираж 842 величинах пилообразного напряжения конденсатора 28. Изменение напряжения на конденсаторе 29 с соответствующим коэффициентом получается за счет выпрямления и сравнения с опорным напря-5 жением напряжения, снимаемого с допдлнительной обмотки 25. После выпрямления и фильтрации соответствующее напряжение снимается с конденсатора

32 и через резистор 33 и стабилитрон

34 подводится к конденсатору 29.

При увеличении выходного напряжения происходит резкое увеличение напряжения на конденсаторе 29. что при-1 водит к более раннему в пределах полупериода закрытию транзистора 4 при открытии транзисторов 14 и 15 и уменьшению коэффициента трансформации регулятора, компенсирующему увеличение выходного напряжения или уменьшение тока нагрузки, вызывающих увеличение выходного напряжения.

При уменьшении выходного напряжения действие схемы стабилизации соответственно обратное.

Подключение низшей ступени регулирования через конденсатор 9 вместе с использованием нового схемно-технического решения позволяет улучшить как форму выходного напряжения, исключив из нее скачкообразные переходы, т.е. обеспечив плавность кривой выходного напряжения, так и массогабаритные показатели за счет замены одним конденсатором коммутатора низшей ступени регулирования L-С-фильтра выходного напряжения.

Кроме того, в устройстве обеспечи" вается возможность одновременной стабилизации действующего и амплитудного значений выходного напряжения.

Филиал ППП. пПатент™, г. Ужгород, ул. Проектная, 4