Импульсный стабилизатор переменного напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам первый вывод вторичной обмотки через первый ключевой элемент подключен к первому входу интегрирующего фильтра , второй выводцвторичной обмотки соединен с первым входом интегрирующего фильтра через второй ключевой элемент, узел управления, вход которого соединен с выходными вывода ми г а выход - с управляющими входами ключевых элементов, дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом интегрирующего фильтра, а вторичная обмотка включена в одну из силовых шин между входным и выходным выводами , отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и уменьшения веса и габаритов, в него введены третий и четвертый ключевые элементы, причем первый вывод вторичной обмотки трансформатора через третий ключевой элемент соединен с вторым входом интегрирующего фильтра, куда т.акже через четвертый ключевой элемент подключен второй вывОд вторичной об- g мотки, при этом управляющие вывода (О третьего и четвертого ключей соединены с дополнительно введенными выходами узла управления. 00 со Риг.

СС803 GO8ETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5П 0 05 Г 1 44

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11 (21) 3572095/24-07 (22) 01.04.83 (46) 30,08.84. Бюл. Р 32 (72) С.И.Червяков (53) 621 ° 316.722.1(.088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 449338, кл. 0 05 F 1/40, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 498609, кл. r,:65 F 1/30, 1975. (54)(57) ИМПУЛЬСНЬ1Й СТАБИЛИЗАТОР

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, первичная обмотка ко- торого подключена к входным выводам, первый вывод вторичной обмотки через первый ключевой элемент подключен к первому входу интегрирующего фильтра, второй вывод, вторичной обмотки соединен с первым входом интегрирую щего фильтра через второй ключевой элемент. узел управления. вход которого соединен с выходными вывода„„SU„„111139. А ми, а выход — с управляющими входа» ми ключевых элементов, дополнительный трансформатор. первичная обмотка которого соединена с выходом интегрирующего фильтра, а вторичная обмотка включена в одну из силовых шин между входным и выходным выводами, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и уменьшения веса и габаритов, в него введены третий и четвертый ключевые элементы, причем первый вывод вторичной обмотки трансформатора через третий ключевой элемент соединен с вторым входом интегрирующего фильтра, куда также через четвертый ключевой элемент подключен второй вывбд вторичной об- g мотки, при этом управляющие выводы третьего и четвертого ключей соединены с дополнительно введенными выходами узла управления. С:

1111139

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен импульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий сетевой трансформатор, дополнительный трансформатор, ключевой регулирующий элемент, высокочастотную схему управления и интегрирующий фильтр (13 .

Недостатками такого стабилиэато10 .Ра являются сравнительно высокий вес и габариты и недостаточно высокий

КПД.

Наиболее. близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является стабилизатор переменного напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а вторичная соединена с входом инте- 20 грирующего Фильтра через ключевой регулирующий элемент, подключенный к выходу устройства управления, вход которого соединен с выходными зажимами, причем часть первичной обмотки 25 ,указанного трансформатора соединена.,; с выходными зажимами устройства через вторичную обмотку дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу фильтра, 30 при этом вход последнего шунтирован дополнительным ключевым элементом че-. рез логический инвертор, подключенный к выходу Устройства управления t.2 .

В данном стабилизаторе напряжение у на выходе является суммой двух напряжений: выходного напряжения трансформатора и напряжения, снимаемого с вторичной обмотки дополнительного трансформатора. Следовательно, при напряжении ниже максимального мощность, снимаемая с вторичных обмоток трансформатора и дополнительного трансформатора, растет, что приводит к Увелйчению их веса и габаритов, а также потерь в них, что снижает КНД. 45

Цель изобретения — увеличение КПД, а также сокращение веса и габаритов стабилизатора.

Ноставленная цель достигается тем, 50 что в стабилизатор, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам, первый вывод вторичной обмотки через первый ключевой элемент подключен к первому входу интегрирующего фильтра, второй вывод вторичной обмотки соединен с первым входом интегрирующего фильтра через второй ключевой элемент, узел управления. вход которого соединен с выходными выводами, а выход — @ с управляющими входами ключевых элементов, дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом интегрирующего фильтра. а вторичная обмотка включена в одну из 65 силовых шин между входным и выходным выводами, введены третий и четвертый ключевые элементы, причем первый вывод вторичной обмотки трансформатора через третий ключевой элемент соединен с вторым входом интегрирующего фильтра, куда также через четвертый ключевой элемент подключен второй вывод вторичной обмотки, при этом управляющие выводы третьего и четвертого ключей соединены с .дополнительно введенными выходами узла управления.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого стабилизатора на Фиг. 2 пример выполнения схемы управления ключевыми элементами.

Стабилизатор содержит сетевой трансформатор 1, ключевые элементы 2-5, интегрирующий фильтр 6, дополнительный трансформатор 7, дроссель 8 интегрирующего фильтра, конденсатор 9 интегрирующего фильтра и узел управления 10 ключевыми элементами. К выходу стабилизатора подключена нагрузка 11.

Устройство работает следующим образом.

При подключении стабилизатора к сети напряжение на нагрузку 11 поступает через вторичную обмотку дополнительного трансформатора 7. Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки сетевого трансформатора 1, через ключевые элементы 2-5 поступает на вход интегрирующего фильтра б, сос- тоящего из дросселя 8 и конденсатора

9, который преобразует высокочастотные импульсы напряжения, поступающие на вход фильтра, в переменное напряжение с частотой сети. Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов со схемы управления

10, частота которых намного превышает частоту сети, причем схема управления одновременно обеспечивает попеременное включение ключевых элементов попарно 2,5 и 3 и 4.

Напряжение на нагрузке является суммой двух напряжений: напряжения сети и напряжения. снимаемого с втоничной обмотки дополнительного трансФорматора 7. Следовательно. меняя длительность импульсов тока через ключевые элементы 2 и 5. открываемые одновременно, можно менять величину и Фазу напряжения, подаваемого на первичную обмотку дополнительного трансформатора, и таким образом изменять в нужную сторону величину напряжения на нагрузке 11. Так, при скважности импульсов со схемы управления 10 равной 2 величина напряжения на выходе фильтра близка к нулю, при меньшей скважности фаза напряжения, снимаемого со вторичной обмотки дополнительного трансформатора, противоположна фазе сетевого напряже1111139

4 ния, а при большей — их фазы совпадают.

В режиме стабилизации длительность импульсов тока через ключевые элементы 2 и 5 регулируется автоматически схемой управления 10, а ключевые элементы 3 и 4, одновременно открываясь, обеспечивают разряд дросселя при закрывании ключевых элементов 2 и 5.

Схема управления ключевыми элемен-10 тами (фиг.2) содержит выпрямитель 12, фильтр 13 нижних частот, источник 14 опорного напряжения, суммирующий элемент 15, генератор 16 пилообразного напряжения, состоящий из триггера f5

Шмитта 17 и интегратора 18, триггер

Шмитта .19, токоэадающий резистор 20, оптроны 21, 22, 23 и 24, блоки 25>

26, 27 и 28 согласования, выходы которых подключены к соответствующим управляющим входам ключевых элементов

2, 3, 4 и 5, состоящие из выпрямителя 29, к входу которого подключена вторичная обмотка трансформатора 1, а к выходу — конденсатор 30, токоза-. дающего резистора 31 и базового резистора 32.

Схема работает следующим образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход выпрямителя 12 и выпрямленное им фильтруется фильтром

13, в результате чего на выходе Фильтра выделяется постоянная составляющая напряжения с выхода выпрямителя

12, которая пропорциональна амплитуде выходного напряжения стабилизатора35

На выходе суммирующего элемента 15 пилообразное напряжение, поступающее с выхода генератора 16 пилообразного на пряжения, будет сдвинуто относительно нулевого уровня .на напряжение, рав4(3

1 ное Разности выходного напряжения фйльтра и опорного напряжения, снимаеМого с выхода источника 14 опорного напряжения. При этом. триггер Имитта

19 периодически перебрасывается из 45 одного состояния в другое и с его выхода идут импульсы напряжения определенной скважности, зависящей от величины постоянной составляющей напряжения на выходе сумматоРа. Когда напряжение на выходе триггера Шмитта

19 положительно, через токозадающий резистор 20 и диоды оптронов 21 и

22 протекаеФ ток, который в свою очередь вызывает протекание тока через транзисторы оптронов 21 и 22.

Величина этого тока определяется величиной выходного напряжения трйггера 19, величиной токозадающего резистора 20, характеристиками оптронов 21 и 22 и параметрами блоков 60

25 и 26 согласования, т.е. величиной токозадающего резистора 31 и напряжением на выходе выпрямителя 29.

Токи чере з тра н зист оры оп тронов 21 и

22 вызывают открывание ключевых эле- 65 ментов 2 и 5 „ При этом ток через диоды оптронов 23 и 24 не течет, на них напряжение обратной полярности и, следовательно, ключевые элементы 3 и 4 закрыты. При изменении полярности напряжения на выходе триггера 19 ток потечет через токозадающий резистор 20 и диоды .оптронов 23 и 24, открывая тем самым ключевые элементы

3 и 4 и закрывая ключевые элементы

2 и 5. так как при появлении отрицательного напряжения на выходе триггера 19 диоды оптронов 21 и 22 закрываются и прекращают протекание токов . через транзисторы этих оптронов, ключевые элементы 2 и 5 закрываются.

Выбором коэффициента передачи напряжения с выхода фильтра 13 на вход суммирующего элемента 15 и, следовательно, скважности работы ключевых элементов 2 Н 5 можно добиться, чтобы амплитуда напряжения на выходе стабилизатора стала бы номинальной.

После этого ее величина будет поддерживаться постоянной автоматически, так как при изменении выходного напряжения за счет изменения напряжения на выходе фильтра 13 изменится сдвиг пилообразного напряжения от- носительно нулевого уровня на выходе суммирующего элемента, а следовательно, скважность импульсов на выходе триггера 19. В результате этого изменится скважиость работы ключевых элементов 2 и 5 и амплитуда выходного напряжения, которая, снова станет близка к номинальной (за счет действия отрицательной обратной связи).

Частота работы схемы управления определяется частотой работы генератора 16 пилообразного напряжения.

Предлагаемый стабилизатор по сравнению с известным позволяет сократить мощности сетевого и дополнительного трансформаторов. а следовательно. уменьшить их вес и габариты и со кратить потери в них, т.е. увеличить

КПД. Поскольку при одинаковых максимальных выходных напряжениях на выходе интегрирующего фильтра и выходных мощностях ток через ключевые элемейты в.предлагаемом устройстве относится к току через ключевые элементй и дроссель в прототипе, как расчетные мощности дополнительных трансформаторов, потери в ключевых элементах примерно одинаковы. При одинаковой частоте импульсов со схемы управления 10 и равных расчетных мощностях сглаживающих фильтров потери в них и их вес одинаковы, а отношения амплитуд высокочастотной составляющей тока через дроссель к низкочастотной мало отличаются между собой; При этом, если емкости фильтра в обоих случаях одинаковы, нелинейные искажения на выходе предлагаемого ста1111139

Составитель С.Чернышева

Редактор М.Петрова Техред И.Надь Корректор O.anä, Заказ 6309/38 Тираж 841 Подписное BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП"Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 билизатора меньше, чем в прототипе за счет лучшей фильтрации на выходе фильтра из-за дольшей индуктивности дросселя, а также за счет меньшего коэффициента трансформации дополнительного трансформатора.

Таким образом, схема импульсного стабилизатора позволяет увеличить

КПД, сократив при этом вес и габариты стабилизатора, а также уменьшить нелинейные искажения на .его выходе.