Стабилизатор постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11 54ll58

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 03.06.75 (21) 2141644/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.76. Бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 30.12.7б (51) М. Кл. G 05Г I/46

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.316 722 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. 3. Курчик, С. Б. Хреляц, Г. Л. Терехов и P. Н. Логинова (71) Заявитель

Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к устройствам стабилизации постоянного тока и может быть использовано в качестве источника питания аппаратуры связи, устройств автоматики и систем заряда накопительных конденсаторов.

Известен транзисторный стабилизатор напряжения (1), который может быть использован в качестве стабилизатора постоянного тока.

Такой стабилизатор тока является стабилизатором с автокомпенсационной системой управления и имеет недостатки, свойственные этому способу, а именно: а) недостаточно надежен и прост; б) требует установки нелинейных корректирующих звеньев в связи с нелинейной зависимостью между током нагрузки и частотой инвертирования; в) инерционен; г) склонен к автоколебаниям.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является стабилизатор постоянного тока (2), содержащий полупроводниковый инвертор напряжения, соединенный с выходом задающего генератора и через линейный дроссель с первичной обмоткой согласующего трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с П-образным фильтром.

Однако этот стабилизатор имеет следующие недостатки: а) малую надежность в связи с всплесками тока нагрузки в момент переключения полярности напряжения инвертора; б) переменную амплитуду и крутизну фрон5 та синхронизирующих импульсов, зависящую от режима нагрузки. Результатом этого является необходимость увеличения отбираемой пз силовой цепи мощности н ограничения импульсов синхронизации;

10 в) невозможность плавного регулирования тока нагрузки.

Малая надежность известного стабилизатора объясняется тем, что когда дроссель насыщения (ДН) насыщается, напряжение на вы15 ходе ннвертора меняет полярность с запаздыванием, зависящим от времени переключения транзисторов задающего генератора и инвертора, а также от крутизны фронта синхронизирующих импульсов. Прн этом линейный

20 дроссель (ДЛ) оказывается шунтированным малым сопротивлением импульсного трансформатора, что приводит к броску тока через транзисторы или тиристоры инвертора и ухудшает условия пх работы, особенно в ре25 жимах, близких к короткому замыканию, Переменная амплитуда и крутизна фронта сннхроннзирующнх импульсов объясняется тем, что в режиме максимальной отдачи ДН насыщается при напряжении, равном разно30 сти напряжений ннвертора и первичной об541158 мотки трансформатора, а в режиме короткого замыкания — при выходном напряжении инвертора. Следствием этого является необходимость расчета схемы синхронизации на минимальную амплитуду импульсов и установки амплитудного ограничителя.

Регулировка в известной схеме возможна только переключением числа витков ДН, что на высоких частотах преобразования, где ДН имеет всего несколько витков, не дает возможности точно выставить ток нужной величины.

Цель изобретения — повышение надежности и обеспечение плавного регулирования тока стабилизатора.

Это достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе последовательно с ДЛ включен шунт, параллельно которому подсоединена первичная обмотка измерительного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключены два однополупериодных выпрямителя, каждый из которых выходом соединен с резисторным делителем напряжения, причем к одному из плеч каждого из указанных делителей подключен один вход органа сравнения и синхронизации, другой вход которого соединен с источником эталонного напряжения, а выход — с входом задающего генератора, кроме того, одно из плеч каждого из резисторных делителей напряжения выполнено регулируемым.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 и 3— принципиальная схема стабилизатора; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу стабилизатора.

Стабилизатор состоит из инвертора напряжения 1, согласующего трансформатора, нагруженного на выпрямитель 2 с П-образным фильтром, ДЛ 3, включенного в цепь переменного тока, и блока 4, состоящего из токового шунта с параллельно подключенным измерительным трансформатором, нагрузкой которого являются два однополупериодных выпрямителя с резисторными делителями схемы сравнения и формирования импульсов синхронизации 5, эталонного источника 6, задающего генератора 7.

Инвертор 1 выполнен на транзисторах или тиристорах по мостовой схеме, однако может быть выполнен по любой другой симметричной схеме. Сигналы управления поступают от задающего генератора 7, представляющего собой генератор Ройера, способный работать как в автоколебательном режиме, так и в режиме внешней синхронизации. В ультразву<овом диапазоне частот инвертирования сигналы управления инвертором поступают с задержкой отпирающего фронта, создаваемой низкочастотными диодами 8 — 11 для устранения сквозных токов короткого замыкания.

Схема сравнения и формирования импуль„ов синхронизации 5 состоит из двух плеч, каждое из которых выполнено в виде аналога двухбазового диода на транзисторах 12 и 13

55 бО

65 (14 и 15), предназначено для сравнения выпрямленного диодом 16 (17) напряжения на делителе 18 и 19 (20 и 21) с эталонным напряжением стабилитрона 22 и выделения сигнала синхронизации задающего генератора 7 в момент равенства этих напряжений.

Инвертор 1 выполнен на транзисторах 23—

26, блок 4 содержит токовый шунт 27 и измерительный трансформатор 28, задающий генератор 7 содержит транзисторы 29, 30, инвертор 1 включает диоды 31 — 34.

Стабилизатор работает следующим образом.

В момент включения задающий генератор

7 начинает работать в режиме самовозбуждения и отпирает пару транзисторов инвертора, например 24 и 26. Ток через ДЛ 3 возрастает, и на токовом шунте 27 появляется линейно нарастающее напряжение, которое трансформируется во вторичную обмотку измерительного трансформатора 28 и через один из диодов 16 (17) прикладывается к делителю напряжения, например 18, 19. Напряжение, измеряемое относительно средней точки делителя, сравнивается с эталонным напряжением стабилитрона 22. В момент, когда абсолютная величина напряжения эмиттера транзистора 12 станет больше, чем напряжение на стабилитроне 22, транзистор 12 приоткрывается, в результате этого происходит отпирание транзистора 13 и появление на базе транзистора 29 задающего генератора 7 сигнала синхронизации, величина которого равна напряжению на стабилитроне 22. При этом запирается транзистор 29 и отпирается транзистор 30, а также переключаются транзисторы инвертора 1. Полярность напряжения на линейном дросселе меняется на противоположную, и накопленная в дросселе энергия возвращается в источник через диоды 31 и 33 до тех пор, пока ток ДЛ 3 не спадет до нуля.

Затем полярность тока меняется, и ток снова нарастает до следующего момента синхронизации. Изменение сопротивления нагрузки или входного напряжения приводит к изменению скорости нарастания тока дросселя, а следовательно, и напряжения на шунте 27, т. е. частоты инвертирования напряжения, При уменьшении сопротивления нагрузки или повышении входного напряжения частота выходного напряжения инвертора увеличивается, что приводит к увеличению падения напряжения на линейном дросселе и уменьшению падения напряжения на нагрузке, В результате ток нагрузки остается неизменным.

При повышении сопротивления нагрузки и понижении напряжения питания частота инвертирования снижается.

На фиг. 4 приведены временные диаграммы напряжений на выходе инвертора 1 (Ui), первичной обмотке трансформатора выпрямителя 2, (U ) ДЛ 3 (Уз), входе одного из плеч схемы сравнения 5 (U4), эталонного источника

6 (U<), импульсов синхронизации задающего генератора 7 на выходе схемы сравнения 5

541158

ФигЛ

5 (U5), а также диаграммы тока ДЛ 3 (t ) и тока нагрузки (i>), приведенного к первичной обмотке трансформатора.

В момент t происходит скачок напряжения на выходе инвертора, а в момент t2 скачок напряжения на нагрузке. Прн этом амплитуда тока линейного дросселя, а следовательно, и величина тока нагрузки остаются постоянными.

По заявляемой схеме собран лабораторный макет на мощность 200 вт. При изменении входного напряжения ЛУ=+-10% ток нагрузки менялся HB 1,5%. При изменении сопротивления нагрузки от номинального значения до короткого замыкания ток нагрузки изменился на +3%.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного тока, содержащий полупроводниковый инвертор напряжения, соединенный с выходом задающего генератора и через линейный дроссель с первичной обмоткой согласующего трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с П-образным фильтром, отл ич а ющи йс я тем, что, с целью повыщения надежности стабилизатора, последовательно с линейным дросселем включен шунт, параллельно которому подсосдинепа первичная обмотка измерительного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключены два однополупериодных выпрямителя, каждый пз которых выходом соединен с рсзистор ым делителем напряжения, причем к одному

10 из плеч каждого из указанных делителей подключен один вход органа сравнения и синхронизации, другой вход которого соединен с источником эталонного напряжения, а выход— с входом задающего генератора.

15 2. Стабилизатор по п. 1, отл ич а ющп йс я тем, что, с целью обеспечения плавного регулирования тока стабилизатора, одно пз плеч каждого из резисторных делителей напряжения выполнено регулируемым.

20 Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе:

1. Лвт. св. СССР № 170554. кл. G 05f 1/68, 1954 (аналог) .

2. Лвт. св. СССР ¹ 437055, кл. G 05f 1/4б, 25 1972 (прототип).

541158

Фиг. 4

Составитель С. Горбачева

Техред А. Камышникова

Корректор О. Тюрина

Редактор С. Заика

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2885/15 Изд. № 1894 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д, 4/5