Импульсный регулятор напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий ключевой элемент , первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а второй через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи нагрузки - к второму зажиму для подключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно участку цепи из источника питанияJ ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспомогаг тельного трансформатора, и второй обратный диод, отличающийс я тем, что с целью повьппения надежности , обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводом, к которому подключен первый электрод второго обратного диода, а второй его (Л электрод соединен со вторым зажимом с для подключения источника питания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

О9) ((11) ЗО9 Н 02 М 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ

В(;)ГГп . v > р (21) 3598970/24-07 (22) 03.06.83 (46) 30,10.84. Бюл. Ф 40 (72) В.И. Костылев и В.А. Баймулкин (71) Чувашский государственный университет имени И,Н. Ульянова (53) 621.314.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 280572, кл. Ii 02 М 3/04, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР

9 385380, кл. Н 02 М 5/00, 1973. (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой элемент, первый силовой электрод кото.рого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а второй через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи нагрузки — к второму зажиму для подключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно участку цепи из источника питания> ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспомога-, тельного трансформатора, и второй обратный диод, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью повышения надежности, обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводом, к которому подключен первый электрод второго обратного диода, а второй его электрод соединен со вторым зажимом для подключения источника питания.

1121754

Изобретение относится к промьппленной электронике, а точнее к преобразовательной технике, и предназначено, в основном, для использования в мощных источниках вторичного электропитания радиоэлектронной ап" паратуры, в электроприводе, в системах автоматики и регулирования.

Известен импульсный регулятор напряжения, содержащий ключевой эле- 10 мент, вспомогательный двухобмоточный токоограничивающий трансформатор, дроссель сглаживающего фильтра и два обратных диода (1) .

Токоограничивающий трансформатор 15 такого регулятора работает с постоянной составляющей тока, поэтому при применяемых значениях индуктивности намагничивания он имеет весьма большие габариты. Кроме того, 20 поскольку на практике максимальная величина индуктивности намагничива-, ния всегда ограничена, то в кривой .тока ключевого элемента на этапе рассасывания обратного диода появ- 25 ляется сравнительно большой выброс, приводящий к значительному снижению . надежности импульсного регулятора и

его нагрузочной способности.

Наиболее близким к предлагаемому является импульсный регулятор напряжения, содержащий ключевой элемент, первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а вто"35 рой через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного .трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи на.рузки — к второму зажиму для под-. ключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно участку цепи из источника питания, ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспбмогательного трансформатора, и второй обратный диод (2) .

Однако надежность этого импульсного регулятора напряжения также не- 50 высока, так как в нем.выбросы тока ключевого элемента при его включении достигают значительной величины. Объясняется это тем, что на интервале выключенного состояния клю- 55 . чевого элемента ток сглаживающего дросселя замыкается через второй об.

;,ратный диод.- В это же время первый обратный диод находится в запертом состоянии. При включении ключевого элемента индуктивность встречнопоследовательно соединенных обмоток вспомогательного трансформатора определяется только индуктивностью рассеяния, и величина сквозного тока ,оказывается значительной.

Выбранное исходное состояние, когда первый обратный диод закрыт, а второй открыт, соответствует принципу работы регулятора-прототипа и наблюдается на практике. Предположим, что при запирании ранее включенного ключевого элемента открывается первый обратный диод. Его ток, протекая по обмотке вспомогательного трансформатора, начинает перемагничивать сердечник, и на этой обмотке возникает напряжение, отпирающее второй диод. Независимо от того, есть на размагничивающей обмотке трансфор.матора напряжение или нет, первый обратный диод закрывается.

Цель изобретения - повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном регуляторе напряжения, содержащем ключевой элемент, первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а второй через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи нагрузки — к второму зажиму для подключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно учаску цепи из источника питания, ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспомогательного трансформатора, и второй обратный диод, обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводом, к которому подключен первый электрод второго обратного диода, а вто- рой его электрод соединен с вторым . зажимом для подключения источника питания.

На чертеже представлена. схема импульсного регулятора напряжения.

Импульсный регулятор напряжения содержит ключевой элемент 1, первый силовой электрод которого соединен с первым зажимом 2 источника пита ния. Второй электрод ключевого эле3 1 1217 мента 1 подключен к второму зажиму

3 источника питания через последовательную цепь, состоящую из встречно включенных первой 4 и второй 5 обмоток вспомогательного двухобмоточного трансформатора 6, сглаживающего дросселя 7 и нагрузки 8. Параллельно участку цепи, образованному источником питания с зажимами 2 и 3, ключевым элементом 1 и первой 10 обмоткой 4 вспомогательного трансформатора 6, присоединен первый обратный диод 9. Обмотка сглаживающего дросселя 7 имеет выводы 10-12.

Второй обратный диод 13 подключен к выводу 11 дросселя 7 и к нагрузке 8.

Сердечник вспомогательного трансформатора 6 может быть изготовлен как из материала с непрямоугольной петлей гистерезиса, так и с прямо- 2п угольной. В мощных импульсных регу ляторах напряжения обмотки 4 и 5 выпол няются в виде плоских шин, на которые надевается сердечник трансформатора

6, поэтому число витков каждой об- 2 мотки равно единице.

Нагрузка 8 импульсного,регулятора напряжения может иметь как активный характер, так и активно-емкостной а также может включать в себя источник противоЭДС.

Предлагаемый импульсный регулятор напряжения работает следующим образом, Если ключевой элемент 1 находится, 35 во включенном состоянии, то ток нагрузки 8 протекает по цепи: источ- йик питания с зажимами 2 и 3 — ключевой элемент 1 первая 4 и вторая 5 обмотки вспомогательного трансфор- 40 матора 6 — сглаживающий дроссель 7-, оба обратных диода 9 и 13 закрыты.

При запирании ключевого элемента 1 ток через него начинает уменьшаться, H потенциал общей точки сое- 45 динения обмоток 4 и 5 вспомогательного трансформатора 6 снижается так что начинает проводить первый обратный диод 9. Появляющийся ток обратного диода 9 для .обмотки 5 трансфор- 50 матора 6 является размагничивающим поэтому ее индуктивное сопротивление велико. На обмотке 5 возникает противоЭДС полярность которой пока зана на чертеже (без скобок). По- Ы скольку сопротивление участка цепи— обратный диод 9 — обмотка 5 — больiaoe> то ток нагрузки не может за54 4 мкнуться по этой цепи. ВследствИе этого потенциал общей точки соединения обмотки 5 трансформатора 6 и сглаживающего дросселя 7,. а также катода второго обратного диода 13 продолжает понижаться, что приводит к включению обратного диода 13. С этого момента ток сглаживающего дросселя 7 замыкается через обратный диод 13 и нагрузку 8. К выводам 11 и 12 сглаживающего дросселя 7 прикладывается напряжение нагрузки 8 поэтому полярности напряжений на участках 10-11 и 11-12 соответствуют показанным на чертеже (без скобок). Напряжение на выводах 10-11, трансформированное из рабочей цепи через открытые обратные диоды 9 и

13 прикладывается к обмотке 5 вспомогательного трансформатора 6 и размагничивает его сердечник. Время размагничивания сердечника можно менять, изменяя число витков между выводами 10 и 11. На этом интервале напряжение на ключевом элементе превышает напряжение источника питания на величину напряжения на обмотке 4 и зависит от соотношения. витков обмоток 4 и 5.

По мере размагничивания сердечника вспомогательного трансформатора 6 индуктивность обмотки 5 уменьшается, ток через эту обмотку и обратный диод 9 возрастает, вызывая соответствующее снижение тока через обратный диод 13. После окончания процесса размагничивания напряжение на обмотке 5 спадает до нуля, и обратный. диод 13 закрывается запирающим на! пря>кением участка 10-11 обмотки сглаживающего дросселя 7. С этого

:момента ток нагрузки замыкается по цепи: обратный диод 9 — обмотка 5 вспомогательного трансформатора 6— сглаживающий дроссель 7, — а сердечник трансформатора 6 находится поц воздействием размагничивающей напряженности магнитного поля, созданного током нагрузки 8.

При включении ключевого элемента ток через него равен сумме двух составляющих. Первая — ток намагничивания обмотки 4 вспомогательного трансформатора 6 протекающий по цепи: источник питания — ключевой элемент 1 — обмотка 4 — открытый обрат ный диод 9. Вторая составляющая обусловлена током нагрузки 8. про1121754

Составитель Т. Добровольскис

Редактор Л. Веселовская Техред А.Ач Корректор М. Розман

Заказ 7994/42 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 текающим по обмотке 5 и может быть найдена путем приведения его к обмотке 4. Если считать, что числа витков обмоток 4 и 5 равны, то ток ключевого элемента 1 превышает ток нагрузки 8 только на величину тока намагничивания обмотки 4, причем последний является запирающим для обратного диода 9. Для правильной ра,боты схемы необходимо, чтобы время перемагничивания сердечника трансформатора 6 было больше времени рассасывания обратного диода 9. Так как сердечник перемагничивается по пол- ному циклу, это требование легко выполнимо. Поскольку ток намагничивания, определяемый материалом сер-дечника и числом витков обмотки 4 мал, то. на всем протяжении этапа рассасывания обратного диода 9 ток ключевого элемента 1 лишь незначительно превышает ток нагрузки 8. После задирания обратного диода 9 при равном числе витков обмоток 4 и 5 вспомогательный трансформатор 6 не ока5 зывает влияния на режим работы цепи ключевого элемента 1. При выключении ключевого элемента I все процесicb> протекают аналогично описанным выше. !

Таким образом, в предлагаемом импульсном регуляторе напряжения полностью устраняется перегрузка по току при включении ключевого элемента

15 что значительно повышает надежность устройства в целом. В схеме обеспечен режим перемагничивания сердечника вспомогательного трансформатора по полному циклу что улучшает

2О массо-габаритные показатели импуль.сного регулятора напряжения.