Импульсный регулятор напряжения

 

1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий ключевой транзистор , шунтирующую его последовательную цепь из конденсатора и диода, цепь рекуперации энергии конденсатора шунтирующей цепи и LCD-фильтр, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности , цепь рекуперации., вьшолненная в виде последовательно соединенных дополнительных диода и обмотки дросселя , включена между общей точкой соединения дросселя и конденсатора LCD-фильтра и точкой соединения конденсатора и диода шунтирующей цепи, причем конденсатор LCD-фильтра включен между ключевым транзистором и дросселем фильтра,, а диод шунтирующей цепи соединен с точкой соедине (Л ния ключевого транзистора и конденсатора LCD-фильтра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

< ч> < ц

4(si) Н 02 М 3 157

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHOI4V СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ П9 (21) 3695233/24-07 (22) 26.01.84 (46) 30.05.85. Бюл. В 20 (72) В.А.Баймулкин, Г.А.Белов и В.Ф.ильин (71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова (53) 621.314.1(088.8) (56) 1. Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., "Энергия", 1972, с. 346 рис. 9-18а.

2. Патент ФРГ 11 2934088, кл. Н 02 Н 7/20, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР N- 936315, кл. Н 02 М 7/537, 1982. (54) (57 ) 1. ИМПУЛЬСНЫИ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой транзистор, шунтирующую его последовательную цепь из конденсатора и диода, цепь рекуперации энергии конденсатора шунтирующей цепи и LCD-фильтр, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, цепь рекуперации, выполненная в виде последовательно соединенных дополнительных диода и обмотки дросселя, включена между общей точкой соединения дросселя и конденсатора

LCD-фильтра и точкой соединения конденсатора и диода шунтирующей цепи, причем конденсатор LCD-фильтра включен между ключевым транзистором и дросселем фильтра„ а диод шунтирующей цепи соединен с точкой соединения ключевого транзистора и конденсатора ЬСВ-фильтра.

I l 59 I 24

2. Регулятор по и. I, о т л ич а ю шийся тем, чч о, с целью расширения диапазона регулирования, цепь рекуперации подключена к общей точке конденсатора и дросселя LCDфильтра через дополнительно введенную обмотку дросселя LCD-фильтра.

3, Регулятор. rio пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем,.что точка

aÜîáðåòeHèå относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Известен импульсный регулятор напряжения (ИРН ), содержащий ключевой транзистор, шунтирующую его последовательную цепь из конденсатора и диода, LCD-фильтр, в котором параллельно диоду шунтирующей цепи включен резистор для рассеяния энергии, накопленной в конденсаторе 1 1.

Недостатком известного ИРН является низкий КПД.

Известен также импульсный регулятор, в котором разряд конденсатора шунтирующей цепи -происходит через резистор и вспомогательный дрос" сель (2J.

КПД такого регулятора также низок вследствие потерь в резисторе.

Наиболее близким по технической. сущности к предлагаемому является импульсный регулятор напряжения, содержащий ключевой транзистор, шунтирующую его последовательную цепь иэ диода и конденсатора, цепь рекуверации энергии конденсатора шунтирующей цепи и LCD-фильтр (31.

В таком регуляторе энергия конденсатора шунтирующей цепи передается в индуктивный элемент цепи рекуперации и возвращается в источник питания.

Недостатком этого регулятора являются .сложность и низкаянадежность что обусповлено наличием дополнительного ключевого элемента в цепи рекуперации энергии конденсатора. соединения диода шунтирующей цепй с выводом ключевого. транзистора соединена с точкой соединения конденсатора и диода LCD-фильтра через вспомогательный дроссель.

4. Регулятор по п, 3, о т л и— ч а ю шийся тем, что вспомогательный дроссель выполнен двухобмоточным, причем вторая обмотка включена в. цепь рекуперации.

Цель изобретения — упрощение и повышение надежности импульсного регулятора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном регуляторе напряжения, содержащем ключевой транзистор, шунтирующую его последовательную цепь из конденсатора и диода, цепь рекуперации энергии ð конденсатора шунтирующей цепи и

LCD-фильтр, цепь рекуперацйи, выполненная в виде йоследовательно соединенных дополнительных диода и обмотки дросселя, включена между общей точкой соединения дросселя и конденсатора LCD-фильтра и точкой соединения конденсатора и диода шунтнрующей цепи, причем конденса тор LCD-фильтра включен между ключевым транзистором и дросселем фильтра, а диод шунтирующей цепи соединен с точкой соединения ключевого транзистора и конденсатора LCD-фильтра.

Кроме того, с целью расширения диапазона регулирования цепь рекуперации подключена к общей точке конденсатора и дросселя LCDфильтра через дополнительно введенную обмотку дросселя LCD-фильтра, Точка соединения диода шунтирующей цепи с выводом ключевого транзистора соединена с точкой соединения конденсатора и диода

LCD-фильтра через вспомогатель ный дроссель.

Вспомогательный дроссель может. быть выполнен двухобмоточным, причем вторая обмотка включена в цепь рекунерации. з 1

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого импульсного регулятора напряжения (ИРН); на фиг. 2 то же, цепь рекуперации подключена к общей точке конденсатора и дросселя LCD-фильтра, через вспомогательную обмотку дросселя; на фиг. 3 — то же, со вспомогательным двухобмоточным токоограничивающим дросселем в цепи ключевского транзистора; на фнг. 4 - кривые токов и напряжений.

Импульсный регулятор напряжения

{фиг. 1) содержит ключевой транзистор 1, подключенный эмиттером к общей точке соединения конденсатора 2 и обратного диода 3 LCDфильтра 4, вспомогательные цепи: шунтирующую ключевой транзистор 1 последовательную цепь из конденсатора 5 и соединенного с эмиттером транзистора диода 6, и цепь 7 рекуперации, состоящую из последователь-. но соединенных диода 8 и дросселя

9 и подключенную между точками соединения конденсатора 5 и диода 6 шунтирующей цепи и конденсатора 2 и дросселя 10 LCD-фильтра 4. Нагрузка 11 ИРН подключается к конденсатору 2 LCD-фильтра 4.

На фиг. 2 представлен вариант

ИРН, в котором цепь 7 рекуперации подключена к общей точке соединения конденсатора 2 и дросселя 10 через дополнительно введенную обмотку 12 дросселя 10.

ИРН на фиг. 3 отличается тем, что ключевой транзистор l,подключен к общей точке соединения конденсатора

2 и диода 3 через обмотку 13 вспомогательного дросселя 14, вторая об. мотка 15 которого подключена в цепь

7 рекуперации.

Импульсный регулятор напряжения (фиг. 1) работает следующим образом.

В установившемся режиме при относительной длительности состояния ключевого транзистора. меньше 0,5 на .нагрузке 11 устанавливается напряжение

UN (Oif0A

159124, 4

В момент tz когда напряжение на конденсаторе 5, равное U возрастает до напряжения питания, открывается обратный диод 3. После этого ток дросселя 10 замыкается через диод 3, а диод 6 запирается. Процессы

40- в дальнейшем повторяются . Такой режим имеет место при Уц 0,5U„.

В режиме работы ИРН при U > 0,5U (относительная длительность открытого состояния транзисторного ключа

4 более 0,5) конденсатор 5 полностью не разряжается, что приводит к скачку напряжения на запирающемся транзисторе и расту динамических потерь.

Для обеспечения полного разряда конденсатора 5 цепь 7 рекуперации подключается к точке соединения конденсатора 2 и дросселя 10 через

О

20

25 жение на конденсаторе 5 равно напряжению питания. С момента С (см, ф(т. 4) отпирания транзистора начи,нается процесс запирания обратного диода 3, и ток i коллектора транзистора 1 нарастает до момента t, окончания процесса восстановления обратного сопрбтивления диода 3.

С момента 1„ напряжение на открытом .транзисторе 1 спадает почти до нуля (точнее; до остаточного напряжения), и начинается колебательный разряд конденсатора 5 по цепи, транзистор 1 — конденсатор 2 — цепь 7 рекуперации. При этом ток ключевого транзистора 1 равен сумме токов

i i1 дросселя 10 LCD-фильтра 4.

В -момент t когда напряжение на конденсаторе 5 переходит через нуль, открывается диод 6, и ток дросселя

9 замыкается, минуя конденсатор 5, и быстро спадает до нуля.

В момент t достижения токрм i„ нулевого значения на диоде 8 появляется обратное напряжение, равное напряжению на нагрузке 11, и цепь

7 рекуперации отключается.

В момент t начинае-.ся процесс

+ выключения транзистора 1, ток начинает уменьшаться, открывается диод

6. Разность токов i -i (где о ток дросселя 10) проходит через конденсатор 5, заряжая его. дополнительно введенную обмотку 12 где он

U и

Когда дросселя ный диод напряжение на нагрузке 11; напряжение питания ИРН. транзистор 1 выключен, ток

l0 протекает через обрат3 и нагрузку 11, а напрядросселя 10 (фиг. 2}, Обмотка 12 включена так, что наводимое в ней напряжение на этапе включенного состояния транзистора складывается с напряжением на конденсаторе 5, 1159124

При наличии дополнительной обмотки 12 амплитуда тока разряда увеличивается (см, фиг. 4).При этом конденсатор 5 полностью разряжается на интервале открытого состояния транзистора 1.

Для ограничения скорости нараста» ния тока транзистора 1 и снижения динамических потерь нри включении между эмиттером н общей точкой соединения конденсатора 2 и обратного диода 3 включается вспомогательный дроссель, причем1он может одновременно выполнять и функцию дросселя

9 цепи 7 рекуперации. В последнем случае дроссель 9 из цепи рекуперации можно исключить. Однако при этом конденсатор 5 заряжается до напряжения !! + „, что вызывает пеи -н ренапряжение на транзисторе l.

Для уменьшения этого напряжения используется двухобмоточный вспомо5 гательный дроссель 14 (фиг. 3), первичная обмотка 13 которого включена между эмиттером транзистора 1 и общей точкой соединения конденсатора 2 и обратного диода 3, а

10 вторичная обмотка 15 — в цепь 7 рекуперации.

Таким образом, применение изобретения позволяет.исключить допол15 нительные ключевые элементы, упростить и повысить надежность устройства в целом. Кроме того, уменьшается стоимость ИРН.

1159124

Составитель Т.Добровольскис

Техред Л.Мартяшова

Корректор М; Демчик

Редактор Л. Веселовская

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул. Проектная, 4

Заказ 3605/54 Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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