Импульсный стабилизатор постоянного напряжения
Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является упрощение при одновременном снижении массы, объема и стоимости. Полупроводниковый ключ 1 формирует на входе фильтра последовательность прямоугольных импульсов, постоянная составляющая которых не зависит от величины входного напряжения. Вход фильтра зашунтирован цепочкой из диода 5 и индуктивного элемента 6, проводящей ток дросселя 3 фильтра на интервале запертого состояния полупроводникового ключа 1. Индуктивный элемент 6 в момент включения полупроводникового ключа 1 уменьшает "сквозной" ток, обусловленный инерционностью диода 5. Обмотки дросселя 3 и индуктивного элемента 6 конструктивно выполнены на общем магнитопроводе, причем магнитные потоки, образованные этими обмотками, ортогональны. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нальны, 3 ил (7с 4
О
0 V
С (21) 4719059/07 (22) 18.07.89 (46) 15.08.91. Бюл, ¹ 30 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В. Волков, Е.В. Носов и В.Д. Оденбах (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1386979, кл. G 05 F 1/56, 1986.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1081631, кл. G 05 F 1/56. 1982. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения
„„5U„„1670676 А1 является упрощение при одновременном снижении массы, объема и стоимости. Полупроводниковый ключ 1 формирует на входе фильтра последовательность прямоугольных импульсов, постоянная составляющая которых не зависит от величины входного напряжения. Вход фильтра зашунтирован цепочкой из диода 5 и индуктивного элемента 6, проводящей ток дросселя 3 фильтра на интервале запертого состояния полупроводникового ключа 1. Индуктивный элемент
6 и в момент включения полупроводникового ключа 1 уменьшает "сквозной" ток. обусловленный инерционностью диода 5.
Обмотки дросселя 3 и индуктивного элемента 6 конструктивно выполнены на общем магнитопроводе, причем магнитные потоки, образованные этими обмотками, ортого1670676
Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для питания электрорадиоустройств.
Цель изобретения является упрощение при одновременном снижении массы, обьеМЭ И СТОИМОСТИ.
На фиг.1 приведена функциональная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 — вариант конструкции объединенного магнитопровода стабилизатора с использованием в качестве обмотки вспомогательной индуктивности крепежной шпильки; на фиг.3 — то же, вариант с дополнительной обмоткой.
Импульсный стабилизатор постоянного напряжения (фиг.1) содержит полупроводниковый ключ 1, подсоединенный между одним из питающих выводов 2 стабилизатора и общей точки соединения дросселя 3 с одним из выводов цепочки 4, состоящей из последовательно соединенных диода 5 и индуктивного элемента 6, второй питающий вывод 7 стабилизатора подключен к общей точке соединения второго вывода диодноиндуктивной цепочки 4 и первого вывода конденсатора 8, подсоединенного вторым выводом к второму выводу дросселя 3, при этом выводы 9 и 10 конденсатора 8 подсоединены к выходным выводам стабилизатора и подключены через блок 11 управления к управляющему входу полупроводникового ключа. Дроссель 3 и индуктивный элемент 6 выполнены в виде двух обмоток на одном магнитопроводе, при этом первая обмотка— основная — выполняет функции дросселя 3, а вторая обмотка — вспомогательная — функции индуктивного элемента 6 и расположена на магнитопроводе с ориентацией магнитной оси обмотки в плоскости, ортогональной магнитной оси первой обмотки дросселя 3. В качестве одного из возможных вариантов реализации блок 11 управления выполнен в виде последовательно включенных регулятора 12. компаратора 13 и разделительного трансформатора 14, соединенного вторичной обмоткой с управляющим входом полупроводникового ключа 1, второй вход компаратора 13 соединен с выходом генератора 15 пилообразного напряжения, один из входов регулятора 12 соединен с источником 16 опорного напряжения, а другой вход — с выходом стабилизатора.
По первому варианту конструктивного выполнения дросселя (фиг.2) дроссель содержит магнитный сердечник, состоящий из двух ферритовых чашек 17, внутри сердечника расположена основная обмотка 18 дросселя, в крепежном отверстии чашек 17
35 находится металлическая шпилька 19, на обеих концах которой находятся шайбы 20, 21. пружинные шайбы 22 23, гайки 24, 25 и лепестки 26, отходящие От которых провода
27 использованы в качестве вспомо ательной обмотки 6 дросселя.
По второму варианту конструктивного выполнения дросселя (фиг.3) дроссель содержит магнитный сердечник, состоящий из двух ферритовых чашек 28, внутри сердечника находится основная обмотка 29, в крепежном отверстии чашек 28 находится шпилька 30, имеющая сквозное осевое отверстие, на обеих сторонах которой находятся шайбы 31, пружинные шайбы 32, 33 и гайки 34, в сквозном отверстии шпильки 30 расположены несколько витков проводника 35, охватывающих сердечник дросселя, конец и начало указанного проводника использованы в качестве выводов вспомогательной обмотки 6 дросселя.
Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
Во время открыто о состояния полупроводникового ключа 1 (транзистора, запираемого тиристора) через основную обмотку дросселя 3 протекает ток нагрузки, скорость нарастания которого ограничивается индуктивностью основной обмотки дросселя 3, При выключении полупроводникового ключа 1 (по команде с выхода блока 11 управления) ток основной обмотки дросселя 3 замыкается через нагрузку стабилизатора (выводы 9 и 10), вспомогательную индуктивность 6 дросселя 3 и диод 5.
Ток в указанной цепи спадает со скоростью, определяемой постоянной времени цепи, состоящей из основной и вспомогательной обмотки дросселя 3, конденсатора
8 и сопротивления нагрузки стабилизатора.
Ввиду большой частоты переключения полупроводникового ключа 1 (составляющей 3050 кГц) за время закрытого состояния ключа ток спадает незначительно (на 10-207 .).
При следующем открывании ключа 1 в первый момент времени диод 5 остается s проводящем состоянии (так как необходимо время 1-2 МКС для восстановления его обратного сопротивления), вследствие чего происходит нарастание сквозного тока по цепи: вывод 2 стабилизатора — открытый ключ 1 — диод 5 — вспомогательная индуктивность элемента 6 — вывод 7 стабилизатора. Другая составляющая тока ключа 1 замыкается по цепи: вывод 2 — ключ 1— основная обмотка дросселя 3 — конденсатор
8, нагрузка — вывод 7 стабилизатора. Вспомогательная индуктивность элемента 6 ограничивает скорость нарастания сквозного
1670676
50
55 тока, а следовательно, (при данном определенном времени восстановления обратного сопротивления диода) снижает амплитуду сквозной составляющей тока ключа 1 до допустимой для ключа 1 величины. После восстановления обратного сопротивления диода 5 ток через диодно-индуктивную цепочку 5,6 затухает и весь ток ключа 1 замыкается через основную обмотку дросселя
3 на нагрузку стабилизатора. Ввиду конструктивного расположения основной и вспомогательной обмоток дросселя 3, характеризуемого ортогональностью их собственных магнитных потоков в магнитном сердечнике, отсутствует трансформаторная связь между указанными обмотками, Как следствие основная и вспомЬгательная индуктивности, будучи расположены на одном магнитном сердечнике, проявляют свойства независимых магнитно-несвязанных индуктивностей с сердечником. Учитывая, что основная индуктивность дросселя 3 выполняет функцию ограничения скорости нарастания тока нагрузки (с периодом повторения 30-50 кГц, исходя из частоты работы ключа 1). а вспомогательная индуктивность ограничивает скорость нарастания сквозного тока в течение 1 — 2 мкс, индуктивность вспомогательной обмотки на один — два порядка меньше индуктивности основной обмотки. Это позволяет выполнить вспомогательную обмотку (на том же магнитном сердечнике, что и основную) в виде одного или нескольких витков проводника.
Поскольку намагничивающие силы, создаваемые основной и вспомогательной обмотками дросселя 3 (при примерном равенстве амплитуд сквозного и нагрузочного токов), отличаются между собои на одиндвд порядка, то результирующая намагничивающая сила от действия обеих обмоток дросселя (равная корню квадратному из суммы квадратов намагничивающих сил этих обмоток незначительно (на несколько п роцентов) и ревышает на магничи ва ющую силу основной обмотки дросселя. а следовательно, исключается насыщение магнитного сердечника дросселя 3 и не требуется и его увеличение.
В одном из возможных вариантов выполнения дросселя 3 (фиг.2) сердечник образован из двух ферритовых чашек 17 скрепленных между собой с помощью шпильки 19, шайб 20, 21 и гаек 24, 25. Посредством шайб 20, 21 и гаек 24 на шпильку
19 крепятся лепестки 26, через которые осуществляется токоотвод от вспомогательной обмотки 6, образованной токопроводящим стержнем (из стального, латунного и друго5
30 го материала) шпильки 19. Силовые линии магнитного поля, создаваемого основной обмоткой 3, находятся в плоскости оси шпильки 19, а силовые линии магнитного поля, создаваемого вспомогательной обмоткой, в плоскости, перпендикулярной оси шпильки. Вс,.едствие ортогональности магнитных полей магнитная связь между основной и вспомогательной обмотками отсутствует.
В другом возможном варианте выполнения дросселя 3 (фиг.3) сердечник образован из двух ферритовых чашек 28. скрепленных между собой шпилькой 30, шайбами 31, 32, 33 и гайкой 34. В осевое сквозное отверстие шпильки 30, изготовленной из металлического или неметаллического материала, уложены несколько витков проводника 35, являющегося вспомогательной обмоткой 6. Взаимное расположение магнитных полей основной 3 и вспомогательной 6 обмоток ортогонально и аналогично фиг,2.
Возможны и другие варианты выполнения дросселя 3, например на броневом
III-образном или стержневом сердечнике, изготовленном из шихтованной электротехнической стали, при этом в сердечнике в направлении шихтовки имеются сквозные отверстия, в которых уложена вспомогательная обмотка. Магнитный поток вспомогательной обмотки также ортогонален оси магнитного поля, создаваемого основной обмоткой, расположенной на стержнях сердечника.
Конденсатор 8 осуществляет фильтрацию высокочастотных составляющих в выходном напряжении стабилизатора.
Посредством блока 11 управления осуществляется стабилизация выходного напряжения стабилизатора (на выводах 9 и 10) независимо от колебаний напряжения на входе стабилизатора (выводы 2 и 7). При этом на входы регулятора 12 поступают сигналы задания и обратной связи по напряжению, соответственно от источника 16 опорного напряжения и с вывода 9 стабилизатора. Выход регулятора 12 воздействует на один из входов компаратора 13, на другои вход которого поступает пилообразное напряжение с выхода генератора 15.
Импульсы с выхода компаратора 13 гальвани4ески развязываются посредством трансформатора 14 и поступают на управляющий вход ключа 1, При этом длительности времен открытого и закрытого состояния ключа 1 поддерживаются такими, чтобы выходное напряжение стабилизатора было равным заданному.
1670676
Формула изобретения
Составитель Ю.Опадчий
Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк
Редактор О,Спесивых
Заказ 2751 Тираж 449 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий полупроводниковый ключ, подсоединенный между одним из входных выводов и общей точкой соединения дросселя с одним из выводов диодно-индуктивной цепочки, состоящей из последовательно соединенных диода и индуктивного элемента, второй входной вывод подключен к общей точке соединения второго вывода упомянутой диодно-индуктивной цепочки и первого вывода конденсатора, подсоединенного своим вторым выводом к второму выводу дросселя. при этом выводы конденсатора подсоединены к выходным выводам и через блок управления подклю5 чены к управляющему входу полупроводникового ключа, отличающийся тем, что, с целью упрощения при одновременном снижении массы, объема и стоимости. дроссель и индуктивный элемент диодно-индук10 тивной цепочки выполнены в виде двух обмоток на общем магнитопроводе. причем магнитные оси обеих обмоток ортогональны.
