Устройство для управления регулирующим элементом импульсного стабилизатора

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования во вторичных источниках питания, в частности в стабилизированных преобразователях. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента. Устройство содержит трансформатор 1 тока с управляющей 5 базовой 2 и токовой 4 обмотками, три транзисторных ключа 8, 17 и 18, обеспечивающих подключение управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока к источнику 10 напряжения в соответствующие моменты времени. В результате происходит надежное отпирание регулирующего элемента 3. Одновременно за счет введения дифференцирующей цепочки и контура быстрого ее восстановления, а также соответствующих связей, нормированное по амплитуде и форсированное по времени запирание регулирующего элемента 3 обеспечивается при любых длительностях его открытого состояния с сохранением малой мощности потребления устройства, что существенно расширяет область его использования. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1665350 А1 (я)5 G 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4618498/07 (22) 12.12.88 (46) 23.07.91. Бюл. М 27 (72) Ю. П. Кинеев, А. А. Морозов и А. Л.

Рыбак (53) 621,316.722.1(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1297189, кл. Н 02 M 1/08, 1985.

Авторское свидетельство СССР

hh 1335954, кл; G 05 F 1/56, 1985; (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА (57) Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования во вторичных источниках питания, в частности в стабилизированных преобразователях. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента. Устройство содержит трансформатор 1 тока с управляющей 5, базовой 2 и токовой 4 обмотками, три транзисторных ключа 8, 17 и 18, обеспечивапощих подключение управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока к источнику 10 напряжения в соответствующие моменты времени. В результате происходит надежное отпирание регулирующего элемента 3. Одновременно за счет введения.дифференцирующей цепочки и контура быстрого ее восстановления, а также соответствующих связей, нормированное по амплитуде и форсированное по времени запирание регулирующего элемента 3 обеспечивается при любых длительностях его открытого состояния с сохранением малой мощности потребления устройства, что существенно расширяет область его использования. 2 ил.

1665350

20

40

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках питания, в частности в стабилизированных преобразователях.

Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состояния регулирующего элемента.

На фиг. 1 представлена схема устройства для управления регулирующим элементом импульсного стабилизатора; на фиг. 2— эпюры в контрольных точках, поясняющие принцип работы устройства в двух режимах: в режиме большой длительности управляющего импульса (а) и в режиме малой длительности управляющего импульса (б), Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор 1 тока с базовой обмоткой 2 для подключения управляющего входа регулирующего элемента 3. токовой обмоткой 4, а также управляющей обмоткой 5, первый вывод которой через последовательно включенные диод 6 и резистор 7 соединен с коллектором транзисторного ключа 8, эмиттер которого подключен к плюсовому выводу 9 источника 10 питания. а между его эмиттером и базой включен резистор 11, причем. катод диода 6 соединен с первым выводом управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока, конденсатор 12 зашунтирован диодом 13, анод которого соединен с минусовым выводом 14 источника

10 питания. Резистор 15 включен между катодом диода 6 и плюсовым выводом 9 источника 10 питания. Катод диода 13 соединен с катодом диода 6. База транзисторного ключа 8 через резистор 16 соединена с коллектором транзисторного ключа 17. Коллектор транзисторного ключа 18 соединен с вторым выводом управляющей обмотки 5 трансформатора 1 тока, à его база через резистор 19 подключена к клемме 20 для подключения источника управляющих импульсов, Эмиттеры транзисторных ключей

17 и 18 соединены с минусовым выводом 14 источника 10 питания, база транзисторного ключа 17 через резистор 21 и конденсатор

22 соединена с клеммой 20 для подключения источника управляющих импульсов, причем к точке соединения конденсатора 22 и резистора 21 подключен катод диода 23, анод которого соединен с минусовым выводом 14 источника 10 питания.

Устройство работает следующим образом.

При высоком уровне входного управляющего сигнала в установившемся режиме транзисторный ключ 18 открыт, а транзисторные ключи 17 и 8 закрыты. При этом через управляющую обмотку 5 протекает ток, равный - =R1" (1) где Еп — напряжение источника 10 питания;

R t5 — сопротивление резистора 15.

В момент времени tt (фиг. 2) происходит запирание транзисторного ключа 18, в результате чего на обмотках трансформатора

1 тока возникают ЭДС самоиндукции, а ток намагничивания трансформатора смещает эмиттер-базовый переход регулирующего элемента 3 в прямом направлении. Значе- ние отпирающего тока базы (фиг, 2) регулирующего элемента 3 соответствует точке А (фиг. 2) и определяется в соответствии с законом полного тока выражением

«.язв We (2) где We — число витков управляющей обмотки 5;

W2 — число витков базовой обмотки 2.

Значение ЭДС самоиндукции в трансформаторе при этом определяется (ограничивается) значением падения напряжения на управляющем входе регулирующего элемента, которое в соответствии с входными характеристиками на транзисторы мало меняется при изменении отпирающего базового тока регулирующего элемента-3 в широких пределах. Поэтому с достаточной для практики точностью можно считать, что значение напряжения на базовой обмотке 2 в течение интервала времени действия входного управляющего сигнала низкого уровня t1-тз постоянно и равно значению напряжения прямосмещенного перехода эмиттер — база регулирующего элемента:

02 = 0эбЗ; (3)

05 = ОэБЭ вЂ”, W4

1/Ч2 (4)

После некоторой задержки, вызванной инерционностью регулирующего элемента, он открывается в момент времени t2, Через его силовую цепь начинает протекать ток нагрузки, а в его базовой цепи начинает протекать дополнительная составляющая тОКа 1ба, РаВНаЯ ба =!Э вЂ”, W4

W2 (5) где Р/2 — число витков токовой обмотки; ! з — ток через силовую цепь регулирующего элемента.

Таким образом, регулирующий элемент поддерживается в открытом состоянии под действием отпирающего базового тока (6) 1665350

20

35

45

При этом сердечник трансформатора 1 тока перемагничивается, а ток намагничивания спадает по линейному закону согласно выражению

02 = Оэбз = Lz (7) где Lz — индуктивность трансформатора тока со стороны базовой обмотки. ф — ток намагничивания трансформатора со стороны базовой обмотки.

В момент времени t3 входной управляющий сигнал становится равным высокому уровню, что соответствует закрытому состоянию регулирующего элемента. При. этом открываются все.три транзисторных ключа

8, 18 и 17 устройства управления. К управляющей обмотке 5 прикладывается через транзисторный ключ 8, резистор 7, диод 6 и транзисторный ключ 18 напряжение источника 10 питания, под действием которого возникает ток запирания регулирующего элемента 3. Величина этого тока ограничивается резистором 7.

Для изменения уровня запирающего тока достаточно изменить величину сопротивления резистора 7.

Транзисторный ключ 17, а следовательно, и управляемый им транзисторный ключ

8 включаются только на время, определяемое постоянной времени цепочки из конденсатора 22 и резистора 21. Длительность открытого состояния транзисторного ключа

17 выбирается из расчета максимально возможной длительности времени рассасывания регулирующего элемента. Это позволяет иметь минимальное потребление мощности по цепи управления транзисторного ключа 8, а также исключить режим глубокого насыщения трансформатора 1 тока при воздействии входного управляющего сигнала высокого уровня. Таким образом, от источника 10 питания потребляется повышенная мощность только в моменты запирания регулирующего элемента 3, в остальных режимах работы уровень мощности потребления минимален. После окончании процесса рассасывания избыточных носителей в регулирующем элементе 3 про-. исходит резкое возрастание входного сопротивления регулирующего элемента, что в конечном итоге приводит к уменьшению уровня тока, протекающего через управля. ющую обмотку 5, до уровня тока намагничивания. Этот момент времени на фиг, 2 а обозначен t4 После этого происходит намагничивание трансформатора 1 тока до значения "тока намагничивания, определяемого выражением (1). Причем величина сопротивления резистора 15 может быть существенно больше сопротивления резистора 7, поскольку обычно ток намагничивания в трансформаторах тока должен быть много меньше рабочего тока. Эпюры, изображенные на фиг. 2а, соответствют режиму максимальной длительности открытого состояния регулирующего элемента, Для регулируемых преобразователей эта величина примерно равна половине периода преобразования. В режимах пуска и при коротких замыканиях в цепи нагрузки стабилизаторов и преобразователей происходит ограничение тока нагрузки, вследствие чего длительность открытого состояния.регулирующего элемента должна быть минимальной. На практике длительность сигнала управления на открытие регулирующего элемента может составлять 0,5 — 1 мкс при длительности периода 30 — 50 мкс. В данном устройстве из-за наличия диода 23 даже при столь коротких длительностях происходит полный разряд конденсатора 22, что гарантирует включение транзисторных ключей 17 и 8 на требуемое время при последующем появлении входного управляющего импульса высокого уровня. На фиг. 2б представлены эпюры для режима минимальной длительности открытого состояния регулирующего элемента. Момент времени t6соответствует возникновению в базовой цепи регулирующего элемента 3 отпирающего тока намагничивания, т7 — момент включения регулирующего элемента и возникновения тока в его силовой цепи, t8 — момент появления запирающего управляющего сигнала, tg — окончание процесса рассасывания избыточных носителей регулирующего элемента

3, tto — момент эапирания транзисторного ключа. Диод 6 защищает транзисторный ключ 8 от инверсного режима, который возможен при максимальной длительности открытого состояния регулирующего элемента 3, когда трансформатор 1 успевает перемагнититься до отрицательного значения тока намагничивания. Диод 13 образует совместно с транзисторным ключом 18 шунтирующий контур, который препятствует возникновению отпирающей регулирующий элемент ЭДС самоиндукции при переходныхх режимах в его силовой цепи, а также при возрастании тока намагничивания трансформатора 1 выше значения, определяемого выражением (1).

Указанный режим работы трансформатора возможен при малых длительностях открытого состояния регулирующего элемента. При этом длительность интервала размагничивания сердечника трансформатора 1 мала, и эа время открытого состояния транзисторного ключа (интервал времени

1665350

ta-1 о, фиг, 2б) происходит его дополнительное намагничивание. При этом после запирания транзисторного ключа 8 возникает

ЭДС самоиндукции, которая шунтируется диодом 13 и транзисторным ключом 18.

Таким образом, в предложенном устройстве по сравнению с прототипом обес, печивается режим нормированного форсированного запирания при любых дли. тельностях открытого состояния регулирующего элемента 3. Следствием этого является существенное повышение надежности в работе регулирующего элемента 3, особенно в

1 пусковых режимах, а также при коротком замыкании в цепи нагрузки, что способствует повышению эксплуатационной надежности импульсных стабилизаторов и преобразования в целом.

Формула изобретения

Устройство для управления регулирую, щим элементом импульсного стабилизатора,, содержащее трансформатор тока с базовой обмоткой для подключения управляющего входа регулирующего элемента, токовой обмоткой, а также управляющей обмоткой, первый вывод которой через последовательно включенные первый диод и первый резистор соединен с коллектором первого транзисторного ключа, змиттер которого подключен к плюсовому входному выводу, а между эмиттером и базой включен второй резистор, причем катод первого диода соединен с первым вцводом управляющей обмотки, первый конденсатор зашунтирован вторым диодом, анод которого соединен с минусовым входным выводом, а катод через третий резистор подключен к плюсовому входному выводу, база первого транзистор5 ного ключа через четвертый резистор соединена с коллектором второго транзисторного ключа, третий транзисторный ключ, эмиттер которого подключен к минусовому входному выводу, вывод для подключения источни10 ка управляющих импульсов, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительностях открытого состо15 яния регулирующего элемента, в него введены второй конденсатор, третий диод, пятый и шестой резисторы. причем коллектор третьего транзисторного ключа соединен с вторым выводом управляющей обмотки

20 трансформатора тока, а база его через пятый резистор подключена к выводу для подключения источника управляющих импульсов, эмиттер второго транзисторного ключа соединен с минусовым входным вы-

25 водом, а его база через шестой резистор и второй конденсатор соединена с выводом для подключения источника управляющих импульсов, причем к точке соединения второго конденсатора и шестого резистора

30 подключен катод третьего диода, анод которого соединен с минусовым входным выводом, при этом общая точка третьего резистора и второго диода подключена к первому выводу управляющей обмотки

35 трансформатора тока.

Составитель В. Бендер

Редактор О. Юрковецкая Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Кучерявая

Заказ 2391 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101