Импульсный стабилизатор переменного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - увеличение КПД за счет уменьшения динамических потерь на ключевых элементах. Стабилизация выходного напряжения осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора 11 и паузы генератора 9 широтно-импульсного модулятора 7. Длительность импульсов одновибратора 11 определяется сигналом, поступающим от блока 6 сравнения, входом подключенного к выходным выводам стабилизатора. Ключевые элементы 2, 3 и 4 включены так, что ток через них приблизительно равен току нагрузки 8, а напряжение на закрытых ключевых элементах 2 и 3 приблизительно равно напряжению нагрузки 8. В зависимости от знака отклонения выходного напряжения от наминального значения осуществляется коммутация ключевых элементов 2, 4 или 3, 4. Динамические потери на ключевых элементах 2, 3 и 4 при переключении снижены, что и обеспечивает повышение КПД. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН щ)5 С 05 F 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фиг..2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4470336/24-07 (22) 02.08.83 (46) 23.10.90. Бюл. !"- 39 (71) Московский технологический институт (72) С.И.Червяков (53) 621.3 16,722.1 (038.3) (56) Авторское свидетельство СССР !! 1130839, кл. G 05 F 1/20, 1983.

Авторское свидетельство СССР

1334116, кл. G 05 F 1/20, 1936. (54) ИМПУДЬСН61Й СТАБИЛИЗАТОР IIEPEYEH—

НОГО НАПРЯ1КЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — увеличение КПД за счет уменьшения динамических потерь на ключевых элементах. Стабилизация выходного напряжения осущест„„Я0„„1601608 A 1 вляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора 11 и паузы генератора 9 широтно-импульсного модулятора

7. Длительность импульсов одновибратора 11 определяется сигналом, поступающим от блока 6 сравнения, входом подключенного к выходным выводам стабилизатора, Ключевые элементы 2, 3 и 4 включены так, что ток через них приблизительно равен току нагрузки, а напряжение на закрытых ключевых элементах 2 и 3 приблизительно равно напряжению нагрузки. В зависимости от знака отклонения выходного напряжения от номинального значения осуществляется .коммутация ключевых элементов 2, 4 или 3,4. Динамические потери на ключезых элементах 2, 3 и 4 при переключении снижены, что и обеспечивает повышение КПД. 2 ил.

1601603

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования электрических величин, и может быть использовано, например, для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является увеличение КПД за счет уменьшения динамических потерь на ключевых элементах. 10

На фиг.1 представлена схема импульсного стабилизатора переменного напряжения;,на фиг. 2 — схема широтно-импульсного модулятора с подключенным к нему блоком сравнения. 15

Стабилизатор (фиг. 1) содержит дроссель 1, первый 2, второй 3 и тре1 тий 4 ключевые элементы, конденсатор

5, подключенный к выходным выводам, блок 6 сравнения, подключенный входом 20

1 к конденсатору 5, а выходом — к входу широтно-импульсного модулятора 7.

Нагрузка 8 подключена к выходным выводам.

Широтно-импульсный модулятор 7 25 (фиг.2) содержит генератор 9, прямой выход которого через дифференцирующую цепочку 10 соединен с запускающим входом одновибратора 11 с регулируемой длительностью импульса, и 30 логические ячейки И 12 и 13 и ИСКЛЮЧАИ1ЕЕ ИЛИ 14 с гальванически развязанными(например, с помощью оптронов) выходами, которые являются соответственно первым, вторым и третьим выходами широтно-импульсноro модуля тора 7, Входы логических ячеек И 12

1 : и 13 соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами генератоl ра 9 и одновибратора 11,. а входы. ло- 40 гической ячейки 14 подключены к прямому выходу генератора 9 и инверсному выходу одновибратора 11,управляющий вход которого является входом широтно-импульсного .модулятоРа. Вы- 45 ходы логических ячеек 12 — 14 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам широтноимпульсного модулятора.

Блок 6 сравнения содержит датчик

15 амплитуды выходного напряжения . и регулируемый источник 16 напряжения, включенный, например, на диЬЬеренциальном усилителе, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а другой — с выходом датчика 15.

Первые выводы первого 2 и второго 3 ключевых элементов соединены соответственно с первыми выходным и входным выводами, а вторые выводы— соответственно с вторыми входным и выходным выводами, между которыми включен дроссель 1. Третий ключевой элемент 4 включен между первыми входным и выходным выводами. Первый,второй и третий выходы широтно-импульсного модулятора 7 подключены соответственно к управляющим входам первого 2, второго 3 и третьего 4 ключевых элементов. Ключевые элементы 2-4 выполнены двухполярными; например, в виде транзистора, включенного в диагональ выпрямительного моста.

Стабилизатор работает следующим образом, Частота переключения ключевых элементов во много раэ превышает частоту сети, причем при напряжении сети выше номинального ключевой элемент 3 всегда закрыт, При этом блок 6 сравнения и широтно-импульсный модулятор

7 обеспечивает попеременное открывание ключевых элементов 2 и 4. В момент открытого состояния ключевого элемента 4 дроссель 1 и конденсатор

5 накапливают энергию. При закрывании ключевого элемента 4 открывается ключевой элемент 2 и дроссель 1 разряжается на нагрузку .8. Следовательно, в момент паузы напряжение на нагрузке 8 поддерживается за счет энергии в конденсаторе 5 и дросселе 1.

В результате такого преобразования на входе фильтра, образованного дросселем 1 и конденсатором 5,появляются импульсы напряжения с огибающей синусоидальной формы с частотой сети. Высокочастотные составляющие этого напряжения отфильтровываются дросселем 1 и конденсатором 5, поэтому на выходе стабилизатора появляется напряжение с частотой сети.

Амплитуда выходного напряжения определяется скважностью работы ключевого элемента 2. В режиме стабилизации длительность импульсов тока через открытый ключевой элемент 2 регулируется автоматически блоком 6 сравнения и широтно-импульсным модулятором 7. При этом на нагрузке 8.поддер-, живается напряжение с постоянной амплитудой.

При напряжении сети меньше номинального блок 6 сравнения, воздейст—

1601608

55 вуя на широтно-импульсный модулятор

7, обеспечивает попеременное открывание ключевых элементов 4 и 3 и закрытое состояние ключевого элемента 2.

При открытом ключевом элементе 3 про;исходит накопление энергии в дроссе .ле 1. При закрывании ключевого эле1 мента 3 широтно-импульсныи модулятор 7 обеспечивает открывание ключевого 10 элемента 4, разряд дросселя 1 в нагрузку 8 и накопление энергии в конденсаторе 5.

При закрывании ключевого элемента 4 конденсатор 5 начинает разря- 15 жаться через нагрузку 8, а дроссель

1 через открытый ключевой элемент 3 вновь начинает накапливать энергию.

В результате этого на выходе стабилизатора появляется напряжение с часто- 20 той сети. Величина этого напряжения определяется скважностью импульсов тока через ключевой элемент 3. Постоянная амплитуда на выходе стабилизатора подцерживается автоматически блоком 6 сравнения и широтно-импульсным модулятором 7, которые регулируют длительность импульсов тока через ключевой элемент 3.

Блок 6 сравнения работает следую- З0 щим образом.

Напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход датчика 15 ампли- . туды выходного напряжения, а с его выхода сигнал, пропорциональный ампли- З5 туде выходного напряжения, поступает на управляющий вход регулируемого источника 16 напряжения, в котором происходит сравнение величины управляющего напряжения с эталонным, а 40 его выходное напряжение линейно зависит от разности этих напряжений. то напряжение поступает на вход широтноимпульсного модулятора 7 и управляет его работой.

1Циротно-импульсный модулятор 7 работает следующим образом.

Напряжение с выхода блока 6 сравнения поступает на управляющий вход одновибратора 11 с регулируемой длительностью импульса, запуск которого .осуществляется по заднему фронту импульса генератора 9 дифференцирующей цепочко" 10. При этом, если длительность паузы генератора 9 мень- ше, чем длительность импульса одновибратора 11 для сигналов, снимаемых с их прямых выходов, происходит перекрытие импульсов генератора 9 и одновибратора 11 и на выходе логической ячейки,12, на входы которой подаются сигналы с прямых выходов генератора 9 и одновибратора ll,периодически появляется напряжение логичес. кой единицы. Длительность импульсов напряжения на выходе логической ячейки 12 равна разности длительностей импульса одновибратора 11 и паузы генератора 9. На выходе логической ячейки 13 при таких условиях постоянно подцерживается напряжение логического нуля, а на выходе логической ячейки 14 напряжение логической единицы проявляется во время паузы на выходе логической ячейки 12.

Если длительность паузы генератора 9 больше, чем длительность импуль;са одновибратора 11, то напряжение огической единицы периодически повляется на выходе ячейки 13. Длиельность импульсов на ее выходе равна разности длительностей паузы генератора 9 и импульса одновибратора 11.

При этом на выходе логической ячейки

12 постоянно поддерживается нулевой логический уровень, а логические уровни сигналов на выходе ячейки 14 противоположны логическим уровням на выходе ячейки 13.

Таким образом, меняя длительность импульсов одновибратора Il, можно осуществлять стабилизацию выходного напряжения, сделав уровень логической единицы напряжением, открывающим ключевые элементы. При этом, если .напряжение сети больше номинального; длительность импульса одновибратора

ll больше длительности паузы генератора 9 и, следовательно, ключевой элемент 3 постоянно закрыт, а ключевые элементы 2 и 4 периодически переключаются.

При напряжении сети ниже номинального длительность импульсов одновибратора 11 становится меньше длительности паузы генератора 9 и в результате этого ключевой элемент 2 постоянно закрыт, а ключевые элементы 3 и 4 периодически переключаются.

Стабилизация осуществляется автоматически изменением соотношения между длительностью импульса одновибратора Il .и паузы генератора 9.

Динамические потери на ключевых элементах при переключении, которые пропорциональны произведению напряжения на ключевом элементе в эакры1601608

Форм улаизобретения

Импульсный стабилизатор переменного напряжения, содержащий первый, второй и третий ключевые элементы, OpoccpJI1,> конденсатор, подключенный к выходным выводам, блок сравнения, Подключенный входом к конденсатору, а выходом — к входу широтно-импульсйого модулятора, состоящего из генератора, прямой выход которого через

35

Риа 7 (ocT;1BHT ebb Л. Волкова

Техред И, Ход;1пп:

Корректор Л.ОсаУленко

Редактор О.Юрконецкая

Подписное

Заказ 3270

Тираж 651

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москн;1, а-35, Раушская яаб., л. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 том состоянии на ток через этот ключевой элемент н открытом состоянии, приблизительно вдвое меньше в предлагаемом стабилизаторе, чем н прототипе при прочих равных условиях, Поэтому КПД предлагаемой схемы выше. Кроме того, в прототипе возмож,ны выбросы напряжения на ключевых

Элементах во время переходного про- 10 цесса из — за влияния индуктивностей рассеивания полуобмоток дросселя 1 при переключении ключевых элементов. Это также снижает КПД прототипа, а акже его надежность вследствие ноз- 15 можности появления перенапряжения на ключевых элементах. Такой недостаток

Отсутствует в предлагаемой схеме, так как дроссель н ней имеет одну обмотку. 20

Таким образом, н предлагаемом устройстве КПД повышен за счет меньших динамических потерь на ключевых элементах. д,1фф ренцирующую цепочку соединен с запускающим входом одновибратора с регулируемой длительностью импульса, управляющий вход которого подключен к входу широтно-импульсного модулятора, двух логических ячеек

И, входы первой из которых соединены с прямыми, входы второй — с инверсными выходами генератора и одновибратора, а выходы подключены соответственно к первому и второму выходам широтно-импульсного модулятора, логической ячейки ИСКЛКЧАЮ111ЕЕ ИЛИ, входы которой соединены с прямым выходом генератора и инверсным выходом одновибратора, а выход — с третьим выходом широтно-импульсного модулятора, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и . третьего ключевых элементов, причем первые выводы первого и второго ключевых элементов соединены соответственно с первым выходным и первым входным выводами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения КПД за счет уменьшения динамических потерь на ключевых элементах,. дроссель включен между вторыми входным и выходным выводами, которые соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго ключевых элементов, а третий ключевой элемент вклн1чен между первыми входным и выходным выводами.