Комбинированный стабилизирующий источник питания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения. Цель изобретения - снижение уровня высокочастотных импульсных помех и динамических потерь при постоянной частоте коммутации ключевого регулирующего элемента. При изменении выходного напряжения происходит изменение среднего значения тока через датчик 8 тока. Под действием выходного сигнала блока 10 управления изменяется проводимость транзистора узла 11 управления, в результате чего изменяется индуктивность индуктивного элемента 2, а это приводит к изменению интервала открытого состояния регулирующего элемента (РЭ) 1 до такой величины, чтобы изменение среднего значения напряжения на нагрузке 6 не превышало заданной статической ошибки. Этим обеспечивается стабилизации выходного напряжения по методу широтно-импульсного регулирования. Постоянство частоты коммутации РЭ 1 обеспечивает задающий генератор 13, причем коммутация происходит при нулевом токе через РЭ 1. Это приводит к снижению коммутационных потерь и помех. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 1529201 A 1 (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4408922/24-07 (22) 12.04.88 (46) 15.12.89. Бюл. № 46 (71) Московский электротехнический институт связи (72) Л. Ф. Захаров, М. Ф. Колканов и Г. С. Стоянов (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Костиков В. Г., Никитин И. Е. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. М.: Радио и связь, !986, с. 25, 26, рис. 1.22, 1.23.

Авторское свидетельство СССР № 935906, кл. G 05 F 1/563, 1980. (54) КОМБИНИРОВАННЫЙ СТАБИЛИ—

ЗИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения. Цель изобретения — снижение уровня высокочастотных импульсных помех и дина2 мических потерь при постоянной частоте коммутации ключевого регулирующего элемента. При изменении выходного напряжения происходит изменение среднего значения тока через датчик 8 тока. Под действием выходного сигнала блока 10 управления изменяется проводимость транзистора узла 11 управления, в результате чего изменяется индуктивность индуктивного элемента 2, а это приводит к изменению интервала. открытого состояния регулирующего элемента (РЭ) 1 до такой величины, чтобы изменение среднего значения напряжения на нагрузке 6 не превышало заданной статической ошибки. Этим обеспечивается стабилизация выходного напряжения по методу широтно-импульсного регулирования. Постоянство частоты коммутации

РЭ 1 обеспечивает задающий генератор 13, причем коммутация происходит при нулевом токе через РЭ 1. Это приводит к снижению коммутационных потерь и помех. 1 ил.

1529201

15

25

40

Изобретение относится к области электроs,åõHèêè и может быть применено, например, в импульсных стабилизаторах постоянйого напряжения.

Целью изобретения является снижение уровня высокочастотных импульсных помех

Н динамических потерь при постоянной частоте коммутации ключевого регулирующеio элемента комбинированного стабилизирую щего источника питания.

На чертеже представлена функциональ,ная схема предлагаемого устройства.

Комбинированный стабилизирующий ис1 точник питания состоит из импульсного, стабилизатора и непрерывного стабилизатора. Ключевой регулирующий элемент 1 им-! пульсного стабилизатора соединен последо. вательно с индуктивным элементом 2 ре зонансного LÑ-контура 3, датчиком 4 тока . резонансного контура, LCD-фильтром 5 низкой частоты и нагрузкой 6. Цепь, состоя,щая из последовательно соединенных регу лирующего элемента 7 непрерывного ста билизатора и датчика 8 тока, подключена

:, параллельно выходным выводам источника. . Первый блок 9 управления входом подключен к выходным выводам источника, а выходом — к управляющему входу регулирующего элемента 7 непрерывного стаби. лизатора. Второй блок 10 управления вхо,: дом соединен с выходом датчика 8 тока. ,; Резонансный /.С-контур 3 содержит регу лируемый индуктивный элемент 2 с одной рабочей и двумя встречно-последовательно включенными обмотками управления. Узел

11 управления индуктивностью индуктивного элемента 2 резонансного 1.С-контура 3 выполнен на транзисторе и выпрямительном мосте. Канал управления по току ключевого регулирующего элемента 1 включает третий блок 12 управления, вход которого соединен с выходом датчика 4 тока, а выход — с управляющим входом ключевого регулирующего элемента 1, к которому подключен также выход задающего генератора 13 тактовой частоты. Крайние выводы цепи встречно-последовательно вклю ченных обмоток управления соединены между собой и подключены к первому выводу диагонали по переменному току выпрямительного моста, второй вывод которого соединен с обшей точкой обмоток управления. Диагональ по постоянному току выпрямительног моста соединена с силовыми выводами транзистора, управлягощий вход которого подключен к выходу второго блока 1О управл< ния. Ключевой регулирующий элемент 1 служит для ериодического подключения входного источника к нагрузке.

Датчик 4 тока служит для контроля тока, протекающего ч< рез ключевой регулирующий элемент 1, н может бь1ть выпо.1нен на резисторе или трансформаторе тока. Да1 нк 4 тока може-. бы-,ь включен в цепь рабочей обмотки индуктивного элемента

2, как это показано на чертеже, или последовательно с конденсатором резонансного

LC-контура 3 между общей шиной и соответствующей обкладкой конденсатора.

Резонансный LÑ-контур 3 служит для преобразования формы тока и состоит из индуктивного элемента 2 с регулируемой индуктивностью, конструктивно может быть выполнен на броневом ферритовом сердечнике (чашечного типа). Рабочая обмотка индуктивного элемента устанавливается по всей длине центральных стержней броневого ферритового сердечника. Встречно-последовательно включенные обмотки управления охватывают рабочую обмотку и устанавливаются между укороченными центральными стержнями броневого ферритового сердечника, Регулирование индуктивности осуществляется изменением электрического тока, протекающего через две встречно-последовательно включенных обмотки управления.

LCD-фильтр 5 низкой частоты служит для сглаживания пульсаций выходного напряжения и состоит из дросселя L, конденсатора С и рекуперационного диода

И). Непрерывный стабилизатор напряжения параллельного типа служит для отработки пульсаций тока в нагрузке б. Первый блок

9 управления может быть выполнен на дискретных элементах и на интегральных микросхемах.

Второй блок 10 управления служит для выделения и усиления среднего значения сигнала, снимаемого с второго датчика 8 тока. Блок 10 может быть реализован на дискретных элементах и на интегральных микросхемах.

Третий блок 12 управления служит для контроля уровня сигнала, снимаемого с первого датчика 4 тока, и выработки отключающего сигнала для ключевого регулирующего элемента 1. Блок 12 может быть реализован на дискретных элементах и на интегральных микросхемах.

Задающий генератор 13 тактовой частоты служит для подачи синхронизируюших сигналов включения ключевого регулирующе:o элемента 1. Задающий генератор может быть выполнен как на дискретных элементах, так и на интегральных микрос.",ема х.

Устройство работает следующим образом.

При подаче входного напряжения U.вступает в работу задающий генератор !3 тактовых импульсов, который подает отпирающнй импульс на управляющий вход ключевого регулирующего транзистора 1. В результате этого транзистор 1 открывается. Ток, ппотекающий через ключевой регули рующи и элемент 1, имеет «колоколообразную» форму, амплитуда и длительность которого определяется параметрами резонансного LÑ-контура 3.

1529201

15

25

Формула изобретения

50

По окончании заряда конденсатора резонансного контура 3 ток через ключевой регулирующий транзистор 1 спадает до нуля и сигналом с блока 12 управления происходит запирание транзистора 1. Энергия, накопленная конденсатором резонансного контура 3, в процессе его разряда передается через LCD-фильтр 5 нагрузку 6.

Поскольку частота переключения ключево го регулирующего элемента 1 постоянна, то для стабилизации среднего значения напряжения на нагрузке 6 при любых дестабилизирующих факторах необходимо соответствующим образом изменять длительность включенного состояния ключевого регулирующего элемента l. Длительность интервала открытого состояния транзистора

1 равна времени заряда конденсатора резонансного контура 3 и поэтому для изменения длительности этого интервала необходимо менять параметры индуктивности индуктивного элемента 2 резонансного LCконтура. Значение индуктивности индуктивного элемента 2 определяется непрерывным снгналом, поступающим по цепи обратной связи с выхода датчика 8 тока непрерывного стабилизатора на вход транзистора узла 1! управления индуктивностью. Выделение сигнала ошибки по току непрерывного стабилизатора, формирование непрерывного управляющего сигнала и усиление его по мощности происходит во втором блоке

10 управления. В том случае, когда транзистор узла ll управления индуктивностью заперт, ЭДС, индуцируемые в обмотках управления индуктивного элемента 2, будут взаимно компенсироваться, так как равны по величине и противоположны по знаку, а концы обмоток закорочены. Результирующий поток управления будет равен нулю. При этом все витки рабочей обмотки сцеплены с основным магнитным потоком и индуктивность рабочей обмотки будет максимальна. В случае насыщения транзистора узла

11 управления индуктивностью токи, возникающие от ЭДС обмоток управления индуктивного элемента, замыкаются через выпрямительный мост. Магнитные потоки обмоток управления будут максимальны, что приведет к насыщению одного из центральных стержней броневого ферритового сердечника и изменению контура протекания основного потока. В результате с основным магнитным потоком будет сцеплена лишь часТь витков рабочей обмотки.

Данный режим будет характеризоваться минимальным значением индуктивности рабочей обмотки.

В уста нови вшемся режи ме работы во всем диапазоне медленного изменения входного напряжения и тока нагрузки сигналом с блока 10 управления цепи обратной связи обеспечивается активный режим работы транзистора узла 11 управления индуктивностью, а следовательно, непрерывное изменение значения индуктивности внутри заданного для данной регулируемой индуктивности диапазона.

Так, при увеличении выходного напряжения под действием любых дестабилизирующих факторов происходит увеличение среднего значения тока через датчик 8 тока. По действием возросшего выходного сигнала блока 10 управления транзистор узла 11 управления индуктивностью приоткроется, в результате чего индуктивность рабочей обмотки индуктивного элемента 2 снижается. При этом сокращается длительность заряда конденсатора резонансного

LC-контура 3, а следовательно, и интервала открытого состояния ключевого регулирующего элемента 1 до такой величины, чтобы изменение среднего значения напряжения на нагрузке не превышало заданной статической ошибки. Этим обеспечивается стабилизация выходного напряжения по методу широтно-импульсного регулирования.

Таким образом, в устройстве, содержащем резонансный ключ, реализован метод широтно-импульсного регулирования с целью стабилизации выходного напряжения.

Устройство по сравнению с прототипом, имеет ряд существенных преимуществ.

При постоянной частоте коммути рова ния автоматически обеспечиваются практически нулевые коммутационные потери в ключевом регулирующем элементе, а также существенно снижается уровень коммутационных высокочастотных помех. Это позволяет повысить КПД и надежность устройства, существенно улучшить массогабаритные показатели устройства из-за упрощения инженерных решений по борьбе с помехами, улучшаются условия электромагнитной совместимости устройства с другой аппаратурой.

Комбинированный стабилизирующий источник питания, содержащий импульсный и непрерывный стабилизаторы, причем импульсный стабилизатор состоит из ключевого регулирующего элемента, первый силовой вывод которого подключен к входному выводу, и LCD-фильтра, выход которого соединен с выходными выводами, а непрерывный стабилизатор состоит из регулирующего элемента, датчика тока и первого блока управления, при этом цепь, состоящая из последовательно соединенных регулирующего элемента и датчика тока, подключена параллельно выходным выводам, с которыми соединен вход первого блока управления, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего элемента, второй блок управленпч. входом соединенный с выходом датчика тока. задающий генератор

1529201

Составитель А. Волкова

Редактор О. Спесивых Техред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 7641!43 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 так1товой частоты, отличающийся тем, что, с Целью снижения уровня высокочастотных импульсных помех и динамических потерь прй постоянной частоте коммутации ключево1",о регулирующего элемента, в него введей канал регулирования по току ключе вого регулирующего элемента, а импульсный стабилизатор снабжен резонансным

Lg-контуром с регулируемым индуктивным элементом с одной рабочей обмоткой, включенной между вторым силовым вывода1м ключевого регулирующего элемента и входом LCD-фильтра, и двумя встречноп следовательно соединенными обмотками у равления и узлом управления индуктивн стью индуктивного элемента резонансног 1.С-контура, выполненным на транзист ре и выпрямительном мосте, причем крайн е выводы упомянутой цепи встречно-пос едовательно включенных обмоток управлен я соединены между собой и подключены к первому выводу диагонали по переменному току выпрямительного моста, второй вывод которой соединен с общей точкой обмоток управления, диагональ по постоянному току выпрямительного моста соединена с силовыми выводами транзистора, управляющий вход которого подключен к выходу второго блока управления, канал управления по току ключевого регулирующего элемента выполнен в виде третьего блока

10 управления и датчика тока резонансного

LC-контура, включенного в цепь рабочей обмотки индуктивного элемента или последовательно с конденсатором резонансного -С-контура между общей шиной и соответствующей обкладкой конденсатора, при этом укаэанный третий блок управления входом соединен с выходом датчика тока резонансного LC-контура, а выходом — с управляющим входом ключевого регулирующего элемента, к которому подключен также выход задающего генератора тактовой часто20 ты.