Система стабильного электропитания

 

Использование: электроналипание устройств автоматики и вычислительной техники . Сущность изобретения: система содержит последовательно включенные регулирующий транзистор 1, DLC-фильтр 4, параллельный резонансный LC-контур 12 и нерегулируемый преобразователь 5. Выходная обмотка 7 токового трансформатора нерегулируемого преобразователя 5 через встречно включенные однополупериодные выпрямители 8,9 с емкостными фильтрами 10, 11 подсоединена к входам питания отпирающего 2 и запирающего 3 блоков, выходами подключенных к управляющему входу регулирующего транзистора 1. Входы управления отпирающего 2 и запирающего 3 блоков через блок 13 синхронного управления подключены к выходу нерегулируемого преобразователя 5. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4827049/07 (22) 21.05.90 (46) 07.06.92. Бюл, ¹ 21 (71) Научно-исследовательский институт авиационного оборудования (72) B.Н.Новинский (53) 621.316,722,1(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 855641, кл. G 05 F 1/56, 1981, Сборник статей "Электронная техника в автоматике./Под ред. Ю.И.Конева. М.: Советское радио, вып, 10, 1978, с. 127, рис,2. (54) СИСТЕМА СТАБИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯЯ (57) Использование: электроналипание устройств автоматики и вычислительной техни. Ж 1739368 А1 ки. Сущность изобретения: система содержит последовательно включенные регулирующий транзистор 1, OLC-фильтр 4, параллельный резонансный LC-контур 12 и нерегулируемый преобразователь 5. Выходная обмотка 7 токового трансформатора нерегулируемого преобразователя 5 через встречно включенные однополупериодные выпрямители 8;9 с емкостными фильтрами 10, 11 подсоединена к входам питания отпирающего 2 и запирающего 3 блоков, выходами подключенных к управляющему входу регулирующего транзистора 1.

Входы управления отпирающего 2 и запирающего 3 блоков через блок 13 синхронного управления подключены к выходу нерегулируемого преобразователя 5. 2 ил.

1739368

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах питания устройств автоматики и вычислительной техники.

Известна система стабильного питания, содержащая импульсный стабилизатор и черегулируемый преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Недостатком данного устройства явля отся повышенные динамические потери в регулирующем транзисторе, которые пропорциональны длительности интервалов переключения и величине входного напряжения. Широкий диапазон изменения сете вого напряжения усугубляет эти недостатк, и приводит к существенному снижению

КПД и надежности.

Известна схема стаб "..;зированного преобразователя с параллельным резонансным контуром, обеспечивающим симметрирование и отрицательный наклон траектории токов, потребляемых в оба полупериода рабочего цикла, Тем самым осуществляется снижение динамических потерь в регулирующих транзисторах.

Однако при широком диапазоне изменсния сетевого напряжения данная схема имеет ограниченное применение, поскольку максимальные напряжения на элементах схемы (регулирующих транзисторах, силовом трансформаторе и выпрямительных диодах) растут пропорционально входному напряжению. Такой недостаток усложняет схему и значительно увеличивает установленную мощность всего устройства.

Наиболее близким к изобретению является система стабильного электропитания, содержащая вкл юченн ые посл едовател ьно между входными и выходными выводами импульсный стабилизатор на регулирующем транзисторе с включенными последовательно между базой и эмиттером отпирающим блоком и первым мостовым выпрямителем, запирающим блоком и вторым мостовым выпрямителем, силовой

DLC-фильтр и нерегулируемый преобразователь, а также блок управления входом, подключенный к выходу преобразователя и выходом соединенный с входами управления отпирающего и запирающего блоков, причем в коллекторные цепи транзисторов преобразователя последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора вклю- :àíû первичные обмотки токового трансформатора, вторичные обмотки которого

—:oäñoåäèíåíû к переменным входам первого и второго мостовых выпрямителей, Недостатком известной системы стабильного электропитания является неоптимальность мгновенной глубины насыщения силового регулирующего транзистора по течению рабочего интервала цикла преобразования. Отсутствие средств для получения желаемой формы управляющего сигнала приводит к затягиванию коммутационных интервалов, увеличению динамических потерь и к снижению КПД и надежности, Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем оптимального управления регулирующим транзистором.

Поставленная цель достигается тем, что в систему стабильного электропитания, содержащую импульсный регулятор с О(Сфильтром, входом подключенный к входным выводам, и нерегулируемый преобразователь напряжения, выходом соединенный с выходными выводами, блок управления, входом подключенный к выходу нерегулируемого преобразователя, а выходом соединенный с входами управления отпирающего и запирающего блоков, имеющими выводы питания, и выходами соединенных с первым управляющим выводом ключевого элемента импульсного регулятора с DLC-фильтром, токовый трансформатор, первичные обмотки которого включены в силовую цепь нерегулируемого преобразователя, а первый вывод вторичной обмотки подключен к второму управляющему выводу ключевого элемента импульсного регулятора с DLCфильтром, введены параллельный резонансный LC-контур и два однополупериодных выпрямителя с емкостными фильтрами, причем параллельный резонансный LC-контур включен между выходом импульсного регулятора с DLC-фильтром и входом нерегулируемого преобразователя, а встречно включенные диоды однополупериодных выпрямителей первыми выводами подсоединены к второму выводу вторичной обмотки токового трансформатора, вторые выводы диодов подключены к выводам питания соответственно отпирающего и запирающего блоков, при этом второй управляющий вывод ключевого элемента импульсного регулятора с DLC-фильтром соединен с общей точкой конденсаторов емкостных фильтров.

На фиг, 1 представлена электрическая схема системы стабильного электропитания; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип ее работы.

Система стабильного электропитания (фиг. 1) содержит последовательно соединенные импульсный стабилизатор на регулирующем транзисторе 1 с подсоединенными к цепи базы отпирающим 2 и запирающим 3 блоками, а также силовой фильтр

4 и нерегулируемый преобразователь 5, токовый трансформатор с первичными обмотками б и вторичной обмоткой 7, вы1739368

35

45

55 прямительные диоды 8 и 9, фильтрующие конденсаторы 10 и 11, параллельный резонансный LC-контур 12, блок-13 управления, включенный между преобразователем и регулирующим транзистором, а также нагрузку 14.

В квазиустановившемся режиме устройство работает следующим образом.

При наличии входного напряжения открывается регулирующий транзистор 1, далее напряжение, сглаженное силовым фильтром 4 через резонансный LC-контур

12, поступает на вход нерегулируемого преобразователя 5, транзисторы которого попеременно открываются с помощью периодических импульсов, сдвинутых по фазе на 180 и поступающих на их управляющие электроды с интервалом, превышающим половину периода (устройство формирования импульсов не показано), На обмотках силового трансформатора преобразователя 5 появляется переменное напряжение с паузой на нуле, которое прикладывается к нагрузке 14.. Импульсное потребление тока преобразователем 5 от силового фильтра 4 вызывает периодическую подпитку энергией резонансного ECконтура 12, который настроен на частоту преобразования и входит в состояние резонанса токов на основной частоте преобразования. Импульсное потребление тока преобразователем происходит с частотой, превышающей резонансную в два раза, при этом резонансный контур 12 имеет низкое сопротивление и форма коллекторных токов транзисторов преобразователя содержит в основном вторую гармонику частоты преобразования. На диаграмме I» (5) (фиг. 2) представлены кривые потребляемого преобразователем 5 тока. (На этой же диаграмме пунктиром показан ток, потребляемый преобразователем 5 в случае отсутствия LCконтура 12).

Одновременно на блок 13 управления (помимо сервисного питания, не показанного на схеме) поступает сигнал обратной связи, который преобразуется в сигналы, обеспечивающие управление силовым ключом импульсного стабилизатора. На диаграмме U (13) представлен возможный вариант внутренних сигналов блока 13, обеспечивающих появление на ее выходе широтно-модулированного переменного сигнала 0вых (13), управляющего включением и отключением блоков 2 и 3.

При включении блоков 2 и 3 по их выходной цепи и ротека ют токи 1»ix (2) и I s ix (3), формирующиеся в результате воздействия сглаживающих конденсаторов 10 и 11 и нагрузки блоков 2 и 3 на токи I (8) и I (9) вторичной обмотки 7 токового трансформатора, Эти токи протекают через диоды 8 и 9 и представлены пунктирной линией на последней диаграмме (фиг, 2), Их форма идентична току первичных обмоток 6 токового трансформатора, по которым протекает потребляемый преобразователем ток I» (5).

Включение регулирующего транзистора 1 производится отпиранием блока 2 при проводящем диоде 8. Поддержание транзистора 1 в насыщенном состоянии после включения диода 8 осуществляется за счет энергии, предварительно накопленной в конденсаторе 10. Крутизна спада тока 1 х (2) в цепи базы транзистора 1 может регулироваться посредством изменения номиналов конденсаторов 10 или последовательного низкоомного резистора (не показан) и устанавливается с учетом постепенного вывода транзистора 1 из режима насыщения к концу рабочего интервала.

Увеличение отпирающего тока 1вых (2) по всей длительности рабочего интервала производится увеличением отношения количества витков обмоток 7 и 6, Аналогично формируется сигнал запирающего тока вых (3), Таким образом производится форсированное включение и выключение транзистора 1, коммутационные интервалы легко могут быть сокращены более, чем в 2 раза, что существенно снижает динамические потери и их долю от общих потерь при высоких частотах преобразования.

В общем случае силовая часть импульсного регулятора напряжения может быть выполнена не понижающей, а любой другой, Снижение импульсной мощности в силовом регуляторе повышает надежность систем питания, выполненных на основе изобретения, расширяет допустимый диапазон их входного напряжения и способствует миниатюризации.

Преобразование повышенных сетевых напряжений на частотах 20-50 кГц осуществляется посредством изобретения с КПД на

10-15 g большим.

Формула изобретения

Система стабильного электропитания, содержащая импульсный регулятор с DLCфильтром, входом подключенный к входным выводам, и нерегулируемый преобразователь напряжения, выходом соединенный с выходными выводами, блок управления. входом подключенный к выходу нерегулируемого преобразователя, а выходом соединенный с входами управления отпирающего и запирающего блоков, имеющих выводы питания и выходами соединенных с первым

17393б8

"..,рн

Составитель B. Новинский

Редактор Н. Бобкова Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко

Заказ 2003 Тираж 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 управляющим выводом ключевого элемента импульсного регулятора с DLC-фильтром, токовый трансформатор, первичные обмотки которого включены в силовую цепь нерегулируемого преобразователя, а . первый вывод вторичной обмотки подключен к второму управляющему выводу ключевого элемента импульсного регулятора с DLC-фильтром, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в нее введены параллельный резонансный LC-контур и два однополупериодных выпрямителя с емкостными фильтрами, причем параллельный резонансный С-контур включен между выходом импульсного регулятора с DLC-фильтром и входом нерегулируемого преобразователя, а встречно включенные диоды однополупе5 риодных выпрямителей первыми выводами подсоединены к второму выводу вторичной обмотки токового трансформатора, а вторыми выводами — к выводам пиФания соответственно отпирающего и запирающего

10 блоков, при этом второй управляющий вывод ключевого элемента импульсного регулятора с DLC-фильтром соединен с общей точкой конденсаторов емкостных фильтров, 15