Импульсный регулятор постоянногонапряжения

 

I бт блио и;к- т

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И Е

ИЗОБР ЕТЕ Н И Я

>794623

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.01.79 (21) 2708767/24-07 (51) М.Кл. б 05 F 1/56 с присоединением заявки— (23) Пр.иоритет—

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.01.81 Бюллетень №1 (53) УДК 62!.316.722.1 (088.8) (45) Дата опубликования описания 20.02.81 (72) Авторы из о, 6ретен,и.я

Г. А. Белов и С. А. Кузьмин (71) Заявитель Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова (54) ИМПУЛЪСНЪ1Й РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО

HAIl РЯ)КЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых стабилизаторах напряжения, усилителях мощности,и др .Известны:регуляторы,и стабилизаторы напряжения с последовательно соединенными регулирующими транзисторами, в которых для равномерного распределения напряжений между транзисторами используются источники питания, состоящие из отдельных секреций (1), (2).

В таких регуляторах указанные источники питания выполнены в виде последовательно соединенных выпрямителей, подключенных к вторичным обмоткам трансформатора, первичная обмотка которого подключена к сети либо к высокочастотному инвертору, вход которого подсоединен к входным выводам регулятора, что усложняет схему .и увеличивает массу и объем 20 регулятор а.

Из известных регуляторов напряжения наиболее близким к предлагаемому по технической сущности,и достигаемому результату является регулятор постоянного .на- 25 пряжения, содержащий цепочку .из последовательно соединенных транзисторов, один конец которой подсоединен к первому входному .выводу регулятора для подключения основного источника питания, а другой ее конец связан с выходным выводом регулятора, группу вспомогательных источников питания, образующих последовательную цепь, первый крайний вывод которой связан через диод со .вторым выводом регулятора, образующим общую точку с другим выходным выводом регулятора, а второй крайний вывод — с общей точкой транзистора, подключенного к первому входному выводу регулятора, и следующего транзистора цепочки, а промежуточные выводы цепи подключены через диоды к соответствующим общим точкам транзисторов цепочки 13).

При этом группа вспомогательных источников питания выполнена в виде последовательно соединенных выпрямителей, подключенных к вторичным обмоткам трансформатора, первичная обмотка, которого подключена к высокочастотному инвертору, вход которого подсоединен к входным выводам регулятора.

В таком .импульсном регуляторе максимально допустимое входное напряжение определяется допустимыми напряжениями элементов инвертора, что ограничивает возможность последовательного соединения транзисторов. Наличие дополнительной цепи преобразования энергии, состоящей,из инвертора, трансформатора, выпрямителей, 794623

65 уменьшает КПД и увеличивает массу .и объем импульсного .регулятора.

Целью изооретения является повышение входного напряжения, уменьшение его массы и объема, а также упрощение схемы импульсного регулятора.

Для этого в и1мпульсном регуляторе, который содержит сглаживающий дроссель, цепочку из последовательно соединенных ключевых транзисторов, один конец кото,рой подсоединен к первому входному выводу регулятора для подключения основного ,источника питания, а другой ее конец связан с выходным выводам регулятора, и группу вспомогательных источников питания, образующих последовательную цепь, inepвый крайний вывод которой соединен через диод с общей точкой входного и выходного выводов регулятора, второй крайний вывод — с общей точкой транзистора, подключенного к первому вхюдному .выводу регулятора,,и .следующего транзистора цепочк и, а промежуточные выводы цепи подключены через диоды к соответствующим общим точкам транзисторов цепочки, каждый из указанных вспомогательных .источников питания содержит два однополупериодных выпрямителя, выходные, выводы которых включены последовательно и согласно, а входные выводы подключены к разным дополнительным обмоткам сглаживающего дросселя, причем первый входной вывод одного из указанных выпрямителей подключен к началу соответствующей допол HHTeJIbHoH обмотки дросселя, а соответствующий первый входной вывод другого вы,прямителя — к концу дополнительной 00мотки дросселя, На фиг. приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого импульсного регулятора в случае последовательного соединения четырех регулирующих транзисторов; на фиг. 2 — диаграммы напряжений и токов, поясняющие его работу; на фиг. 3 — осциллограмы напряжений и токов, которые наблюдались в эксперименте.

Импульсный:регулятор содержит регулирующие транзисторы 1 — 4, соединенные последовательно, при этом первый транзистор подключен к основному источнику питания 5, а последний транзистор соединен с Г-образным LC-фильтром, состоящим из дросселя б, конденсатора 7 и нагрузки 8. Вход фильтра зашунтирован обратным диодом 9. Импульсный регулятор содержит также группу вспомогательных источников питания 10 — 12, образующих последовательную цепь. Отрицательный полюс этой цепи подключен к общей точке транзисторов 1 и 2, положительный полюс подсоединен через диод 18 к положительному полюсу основного источника питания

5. Тачки соединения междууказанными источниками питания подсоединены через

l0

40 диод 14, 15 к общим точкам транзисторов

2, 8 и 8, 4. Каждый из вспомогательных источников питания содержит два однополупериодных выпрямителя соответственно с диодом 1б и .конденсатором 17 и диодом 18, и конденсатором 19, имеющих емкостные фильтры. Выходы этих выпрямителей соединены последовательно и согласно. Входные выводы однополупериодных выпрямителей подключены к обмоткам 20 и 21, расположенным на дросселе б. При этом катод диода 1б подключен к началу соответствующей обмотки, а катод диода 18 подключен к концу обмотки дросселя, то есть,на входы однополупериодных выпрямителей подаются напряжения, находящиеся в противофазе, Регулирующие транзисторы управляются блоком управления 22, который имеет вход 28 для сигнала отпирания транзисторов и вход 24 для сигнала запирания транзисторов. Блок управления содержит четыре формирователя 25 — 28 управляющих.импульсов регулирующих транзисторов. Этн формирователи представляют собой двухвходовые двухпозиционные элементы, у которых входы для сигнала отпирания соединены вместе, а запирающий вход каждого формирователя, начиная с формирователя управляющих импульсов транзистора 2, подсоединены к участку коллектор — эмпттер предыдущего транзистора. При этом запирающий вход формирователя 25 служит для подачи сигнала запирания транзисторов импульсного регулятора, а соединенныс вместе отпирающие входы формирователей образуют вход 28 для подачи сигнала отпирания этих транзисторов.

Предлагаемый импульсный регулятор работает следующим образом.

В установившемся режиме работы напряжение на конденсаторе 17 равно (! — 1) U,, а напряжение на конденсаторе

19 равно 7У„, где у — относительная длительность импульсов йапряжения на входе фильтра U,, q, по уровню 0,5 U„ — напряжение основного источника питания импульсного регулятора, приведенное к дополнительной обмотке дросселя. Суммарное напряжение на конденсаторах 17, 19 (и на выходе каждого вспомогательного источника питания1 Увп=-U„ .

Таким образом, в данной схеме соблюдается пропорциональная зависимость между напряжением на выходе каждого вспомогательного источника питания и нагряжением основного источника питания, что требуется для правильного распределения напряжения между последовательно соединенными регулирующими транзисторами. Напряжение на выходе каждого вспомогательного источника питания должно быть равно U„ln (n — число транзисторов, соединенных последовательно).

794623

Включение всех транзисторов происходит одновременно в момент (см. фиг, 2), соответствующий моменту подачи сигнала отпирания на отпирающий вход 28 блока управления. В интервале, когда все транзисторы открыты и напряжения на них

U„, ... У„„близки к нулю, диоды 18 — 16 закрыты, к диоду 14 приложено обратное напряжение, равное U„ln с конденсаторов

17 и 19, к диоду 15 — обратное напряжение 2U„ n с выходов вспомогательных источников питания 10 и 11, а к диоду † обратное напряжение U„ — U„,„. Таким образом, когда все транзисторы открыты, группа вспомогательных источников питания отключена от остальной части схемы.

В некоторый момент подается сигнал на запирающий вход 24 блока управления и формирователь 25 вырабатывает запирающее напряжение на базе транзистора 1. По истечении времени рассасывания, в момент

t, этот транзистор выключается, и перепад напряжения на его коллекторе воздействует на запирающий вход формирователя 26.

На выходе этого формирователя появляется запирающее напряжение, поэтому через время рассасывания в момент 1 выключается транзистор 2 и т. д. Таким образом, транзисторы 1 — 4 выключаются поочередно в моменты t„4, 4, 14 с интервалами, равными времени рассасывания соответствующего транзистора. При этом после выключения первого транзистора (с момента t< до t>) ток дросселя 6 замыкается через транзисторы 2 — 4, группу вспомогательных источников питания 10 — 12 и диод 18, ко входу фильтра приложено суммарное напряжение всех вспомогательных источников питания U„„, к выключенному транзистору 1 прикладывается напряжение

U„— У„,. После выключения второго транзистора (с момента t> до 4) ток дросселя

6 замыкается через транзисторы 8 и 4, диоды 18, 14, два вспомогательных источника питания 11 и 12, к транзистору 2 прикладывается напряжение U„ln с выхода вспомогательного источника питания 10 и т. д.

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

В режиме, когда все транзисторы выключены, напряжение на первом транзисторе поддерживается равным U„— U «, à на остальных U„ln ввиду того, что диоды

18 — 15 открыты.

Предлагаемый импульсный регулятор по сравнению с известным может иметь принципиально более высокое входное напряжение, так как из него исключен инвер5

60 тор, подключенный непосредственно к входным выводам регулятора (а это, как отмечалось, приводило к тому, что максимально допустимое входное напряжение определялось допустимыми напряжениями для элементов инвертора).

КПД рассмотренной схемы при прочих равных условиях больше, чем у известной, так как из нее исключена дополнительная цепь преобразования энергии, состоящая из инвертора и трансформатора.

По этой же причине предлагаемый импульсный регулятор имеет меньшую массу, объем и стоимость.

Формула изобретения

Импульсный регулятор постоянного напряжения, содержащий сглаживающий дроссель, цепочку из ряда последовательно соединенных транзисторов, один конец которой подсоединен к первому входному выводу регулятора для подключения основного источника питания, а другой ее конец связан с выходным выводом регулятора, группу вспомогательных источников питания, образующих последовательную цепь, первый крайний вывод которой соединен через диод с общей точкой входного и выходного выводов регулятора, второй крайний вывод — с общей точкой транзистора, подключенного к первому входному выводу регулятора, и следующего транзистора цепочки, а промежуточные выводы цепи подключены через диоды к соответствующим общим точкам транзисторов цепочки, отличающийся тем, что, с целью повышения входного напряжения, каждый из указанных вспомогательных источников питания содержит два однополупериодных выпрямителя, выходные выводы которых включены последовательно и согласно, а входные выводы подключены к разным дополнительным обмоткам сглаживающего дросселя, причем первый вывод одного из указанных выпрямителей подключен к началу соответствующей дополнительной обмотки дросселя, а первый входной вывод другого выпрямителя — к концу дополнительной обмотки дросселя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 906838, G 05 F 1/56, 1976.

2. Патент США № 3262015, кл, 317-20, 19бб.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 296089, G 05 F 1/56, 1971.

794623

Ь.г. Ф сзяр

Составитель Л. Стрелкин

Техред А. Камышникова

Редактор Т. Загребельная

Корректор С. Файн

Заказ 1762/130 Изд. № 132 Тираж 951 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Тип. Харьк. фил, пред. «Патент»