Импульсный регулятор постоянного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ

p») 675554

Союз Соаатскмх

Социалистических

Реот)тбпнк (О) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 18 04.77 (21) 2475783/24-07 (51) М. Кл.

Н 02 М 3/155 с присоединением заявки № (23)приоритет

Гаеударвтвекай «вмктвт

СССР в двхам кзввратвек я вткрнткй

Опубликовано 25,07.79, бюллетень № 27

Дата опубликования описания 25.07.79 (53) УДК

621.314.57 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. А Белов и С. А. Кузьмин.

Чувашский государственный университет нм. И . Н. Ульянова (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, в ключевых стабилизаторах напряжения, усилителях мощное?и.

Известны высоковольтные регуляторы с последовательно соединенными регулируютцими транзисторами, в которых для равномерного распределения напряжений между транзистора- i ми используются источники tttt Tetttttk, cocIott щие иэ отдельных секций 11) и 12). В такйх регуляторах мощность секционироваиного источника питания заведомо больше мощности Ba нагрузке, поэтому указанный источник питания существенно увеличивает массо-габаритные характеристики регуляторов.

Наиболее .близким по технической сущности . и достигаемому результату является импульсный регулятор, который содержит цепочку из и последовательно соединенных транзисторов, один конец которой подсоединен к евму входному выводу регулятора для подключения основного источника питания, и другой ее конец связан с выходным выводом регулято2 ра и группу вспомогательных блоков питания, образующих последовательную цепь, первый крайний вывод которой связан со вторым входным выводом регулятора, образующим общую точку с другим выходным выводом

Ф регулятора, а другой конец цепи — с соответствующим из силовых электродов транзистора цепочки, подключенного к первому входному выводу регулятора, а промежуточные выводы цепочки подключены через диоды к

О соответствующим общим точкам транзисторов цепочки, причем базовые цепи транзисторов последней соединены с выходом блока управления (3).

В таком per>ÿòoðå дополнительные блоки питания существенно увеличивают его массогабаритные показатели.

Ueab изобретения — уменьшение массо-габаритных показателей регулятора.

Это достигается тем, что в импульсном регуляторе постоянного напряжения, содержащем цепочку иэ п последовательно соединенных транзисторов, один конец которой подсоединен к первому входному выводу регулятора для

675554

55 подключения основного истопгика питания„а другой ее конец связан с выходным выводом - "регулятора и группу вспомогательных блоков питания, образующих последовательную цещ, первый кракний вывод которой связан со вто рым входным выводом регулятора, образующим общую точку с другим выходным выводом регулятора, а другой конец цепи — с соответствующим из силовых электродов транзистора цепочки, подключенного к первому входному выводу регулятора, а промежуточ- ., ные выводы цепочки подключены через диоды к соответствующим общим точкам трайзйсторов цепочки, причем базовые цепи транзисторов последней соединены с выходами блока управления, первый крайний вывод последовательной цепи вспомогательных блоков питания соединен через диод с общей точкой входного" и выходного выводов регулятора, второй крайний вывод — с общей точкой транзистора, подключенного к входному выводу регулятора, и следующего транзистора цепочки, а блок управления состоит из двухвходовых двухпозиционйых элементов, по числу транзисторов цепочки, одни из входов которых объединены вместе, а другие выводы n — 1 элемейтрв под-соединены к переходу коллектор-эмиггер соответствующего предыдущего транзистора, кроме того группа вспомогательных блоков питания может быть выполнена в виде последовательно соединенных выпрямителей йодключенных ко вторичным обмоткам трансформатора, первичная обмотка которого подклвчена к инвер, тору, вход которого подсоединен к входным выводам регулятора.

На фнг. 1 приведена принципиальная электрическая схема импульсного регулятора в случае последовательного соединения четырех регулирующих транзисторов; на фиг. 2 — диаграммы напряжений и токов, поясняющие его работу.

Импульсный регулятор содержит регулирующие транзисторы 1 — 4, соединенные s последовательную цепочку, при этом эмиттер первого

: транзистора подключен к отрицательиому полю су основного источника питания 5, а коллектор последнего транзистора соединен с Г-образным

Ы фильтром, состоящим из дросселя 6 и конденсатора 7 и нагрузки 8. Вход фильтра эашунтирован обратным диодом 9. Импульсный регулятор содержит также цепь последовательно соединенных вспомогательных блоков питания

10 причем отрицательный вывод цейи подключен к общей тоасе тран исторов 1 и 2, положительный вывод — подсоединен через диод

11 к положительному выводу основного источника питания 5, а точки соединения секций вспомогательного источника литания соединены через диоды 12 и 13 с общими точками

4 транзисторов 2, 3 и 3, 4. Выводы коллекторэмиттер транзистора 3 через диод 13 шунтированы балластным резистором 14, выводы коллектор-эмиттер транзистора 4 шунтированы балластным резистором 15.

Дель последовательно соединенных вспомогательных блоков питания может содержать, например, высокочастотный инвертор 16, вход которого подсоединен к основному источнику

1О питания. К выходу укаэанного преобразователя подключена первичная обмотка 17 трансформатора И, вторичные обмотки которого 19 — 21 подключены к выпрямительным мостам 22-24, ЬыхщЫ которых шунтированы конденсаторами

15 (25 — 27;

Регулирующие транзисторы управляются блоком управления 28, который имеет запирающий вход 29 и отпирающий вход 30 и содержит четыре формирователя 31 — 34 управляющих импульсов регулирующих транзисторов.

Указанные формирователи представляют собой двухвходовые двухпозиционные элементы, отпирающие входы которых соединены вместе, а запирающий вход каждого формирователя, г5 начиная с формирователя управляющих импульсов транзистора 2 подсоединены к участку коллектор-эмиттер предыдущего транзистора.

При этом запирающий вход формирователя 31 управляющйх импульсов транзистора 1 служит

N запирающим входом 29 блока управления, а соедипкнные вместе отпирающие входы формирователей образуют отпирающий вход 30 бло- г ка управления.

Предлагаемый импульсный регулятор рабоЗ5 тает следующим образом;

Напряжение иа выходе каждого вспомогательного блока питания равно ----11 — -„— - (где сп

E ä — суммарное напряжение, т — число ,щ вспомогательных блоков). Включение всех транзисторов пройсходит одновременно в момент времени t o ((с мM. . ф и tг. . 22)), соответствующий мо менту подачи сигнала на отпирающий вход 30 блока управления. В интервале, когда все

45 анзисторы открыты и напряжения на них

--; О . " U . близки к нулю, диоды 11-13 кэ хэ4 закрыты: к диоду 12 приложено обратное наEЬсп пряжение равное ® „с конденсатора 25, гк

5о диоду 13 — обратное напряжение — „с конденсаторов 25 и 26, а к диоду 11 обратное напряжение R-Åðåð, где E. — напряжеййе осйовного источника питания. Таким образом, когда ice транзисторы открыты, вспомогательные блоки отключены от остальной части схемы.

В некоторый момент подается сигнал на запирающий вход 29 блока управления и фор-.

675554

"мирователь 31 вырабатывает запирающее на пряжение на базе транзистора 1. По истечении времени рассасывания, в момент t,, этот тран зистор выключается и перепад напряжения на его коллектор воздействует на запирающий,,вход формирователя 32. На выходе этого ! формирователя появляется запирающее напряжение транзистора 2, поэтому через время рассасывания в момент t выключается транзистор 2 и тд. Таким образом, транзисторы

1 — 4 выключаются поочередно в моменты tt, tz, t3, t4 с интервалами, равными времени рассасывания соответствующего транзистора.

При этом после выключения первого транзистора (с момента tt до t ) ток дросселя б замыкается через транзисторы 2 — 4, вспомога тельный источник питания и диод 11, ко входу фильтра приложено напряжение scttoMoraтельного источника Е-ЕВс,, к выключенному транзистору 1 прикладйвается напряженна, 20

Е-Евсп.После выключения второго транзистора (с момента t> до t3) ток дросселя б замыкается через транзисторы 3 и 4, диоды 11, 12 и две секции вспомогательного источника питания, к транзистору 2 прикладывается с

Е конденсатора 2б напряжение -ДЯ1, и т д.

После выключения последнего тржзистора ток дросселя фильтра начинает замыкаться через обратный диод 9, приток энергии ко входу з0 фильтра прекращается.

В режиме, когда все транзисторы выключены, напряжение на первом транзисторе поддерживается равным я-3 „, a на остальных ввиду того, что диоды 11 — 13 откры35 б

n — число последовательно соединенных регулирующих транзисторов;

Т вЂ” период работы импульсного регулятора.

Последнее выражение показывает, что при

tttp малых значениях . ° имеющих место во многих случаях, мощность 7ь отдаваемая вспомогательным блокам в нагрузку, намного.

to меньше мощности на нагрузке импульсного регулятора, поэтому указанные вспомогательные блоки питания незначйтельно увеличивают массу и объем импульсного регулятора.

Предл агаемый высоковольтный импульсный

>5 регулятор обеспечивает четкое деление напряжения между регулирующими транзисторами в режиме отсечви и выключения и отличается от известного меньшими массой и объемом гы

Особенностью рассмотренной схемы являетсй то, что напряжение на транзисторах в процес- 40 се выключения и в режиме отсечки не могут превышать напряжения на блоке вспомогательной цепи. Энергия вспомогательиых- блоков питания поступает в нагрузку лишь в течение короткого ийтервала времейи от tt до tq. Счи- 45 тая, что ток дросселя imp при выключении всех транзисторов изменяется мало и равен

2 + — @ -, а времена рассасывания траизистоЬЗ

50 ров одинаковы и равны tp, находим мощность, отдаваемую вспомогательным источником питания в силовую цеПь

Р = — (Э»+ ) -р . 55 где Оя .— среднее значение тока нагрузки иМпульсного регулятора;

А 9gp — размах пульсаций ТоК3 дросселя;

Формула изобретения

1. Импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий цепочку иэ и последовательно соединенных транзисторов, ogtttt конец которой. подсоединен к первому входному выходному выводу регулятора для подключения основного источника питания, а другой ее конец связан с выходным выводом регулятора и группу вспомогательных блоков питания. образующих последовательную цепь, первый крайний вывод которой связан со вторым входным выводом регулятора, образующим общую точку с другим выходным выводом регулятора, а другой конец цепи — с соответствующим из силовых электродов транзистора цепочки, подключенного к первому входному выводу регулятора, а промежуточные выводы цепочки поцключенй через диоды к соответствующим общим т0чкам.транзисторов цепочки, причем базовые цепи транзисторов последнии соединены с вы. ходами блока управления о т л и ч а юшийся тем, что .е целью уменьшения массогабаритных показателей, первый, крайний вывод последовательной цепи вспомогательных блоков питания.соединен через диод с общей точкой вхопного и выходного выводов регулятора, второй кранний вывод — с общей точкой транзистора, подключенного к первому входному . выводу регулятора, и следующего транзистора ,цепочки, а блок управления состоит из двух-! входовых двухпознционных элементов, по числу транзисторов цепочки, одни иэ входов которых объединены вместе, а другие входы

n— - 1 элементов подсоединены к переходу колле ктор-эмиттер соответствующего предыдущего транзистора

-2. Регулятор по п, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что группы вспомогательных блоков

675554

7 йнтания выполнена в виде последовательно м: единенных выпрямителей, подключенных ко вторичным обмот кам трансформатора, первичная обмотка которого подключена к инвер тору, а вход которого подсоединен к входным выводам регулятора.

Источники информации, принятые во внима-" ние при экспертизе

1. Патент США И 326215, кл. 317-20, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР У 296089, кл. G 05 F 1/56, 1971.

3, Авторское свидетельство СССР Р 506838, кл. G 05 F 1 56, 1976.

675554

Фиг. 2

Составитель И. Никитин, Тщ>ед М. Петка Корректор М. Пожо

Редакгор О. Степина

Заказ 4225/47

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 85б Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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