Стабилизированный источник питания

 

Союз Советских

Социалистических

Реснубпнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ "i888090

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 16) 179 (21} 2858496/24-07 (51) М КЛ

G 05 F 1/56 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и откр ыти й

Опубликовано р 71281 -Бюллетень М 4 5

Дата опубликования описания 07,1281 (S3) УДК 621. З16. .722.1(088.8) (72) Авторы (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротех-. нике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоаппаратуры и средств связи.

Известны стабилизированные источникй питания, позволяющие преобразовать переменное нестабилизированное напряжение в постоянное стабилизированное, содержащие в качестве неуправ-10 ляемого выпрямителя диодный мост., в диагональ постоянного тока которого последовательно с нагрузкой включен стабилизатор j1), 12).

Недостатком данных источников является их низкий КПД вследствие больших потерь мощности на выпрямительных диодах.

Кроме того, такие источники не позволяют стабилизировать изменяющееся по определенному закону однополярное или двухполярное выходное напряжение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является управляемый выпрямитель на полупроводниковых триодах, выполненный по однофазной двухполупериодной схеме выпрямителя со средней точкой силового трансформатора, в котором базовый электрод каждого полупроводникового триода подключен через сопротивление перекрестно к выводу обмотки трансформатора, к которой Подключен эмиттер другого триода (3).

Такой выпрямитель имеет значительно более высокий КПД однако, не обладает стабилизирующими свойствами, а также имеет низкую надежность вследствие того, что в нерабочий полупери"од к эмиттерному переходу транзистора через коллекторный переход прикладывается равное удвоенному напряжению на нагрузке обратное напряжение, ко торсе.при превышении допустимой величины приводит к выходу транзистора из строя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения стабилизации или формирования выходного напряжения или тока различной формы, полярности и изменения их во времени в широком диапазоне частоты.

Цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления и подключенные к концам вторичной обмотки силового трансформатора с от"

888090 водом от средней точки, и блок управления, выходом связанный с управляющими входами транзисторных ключевых элементов, а входами подключенный соответственно к источнику опорного напряжения, узлу синхронизации и цепи обратной связи, введен узел согласования, вход которого подключен к выходу блока управления, а выходы соединены с управляющими входами соответствующих транзисторных ключевых элементов, каждый из которых может быть выполнен на двух транзисторах, которые соединены между собой силовыми электродами последовательно и таким образом, что один из них включен нормально, а другой-ин- 15 версно по отношению к рабочему полупериоду входного напряжения, причем указанные транзисторы могут иметь одинаковый тип проводимости, а их эмиттеры объединены в общие точки, gQ кроме того узел согласования выполнен на маломощном и мощном транзисторах, согласующем трансформаторе, один из выводов вторичной обмотки которого подключен к базам соответствующих.тран- 2 зисторных ключевых элементов, второй вывод через токоэадающий резистор- к точке соединения эмиттеров транзисторов ключевых элементов, а первичная обмотка отводом от середины подключена к вновь введенному дополнительному источнику питания, при этом ее крайние выводы подключены через ограчичи. тельные резисторы соответственно к коллекторам маломощного и мощного транзисторов, эмиттеры которых соединены со З5 средним отводом вторичной обмотки силового трансформатора, причем параллельно эмиттерному переходу мошного транзистора включен резистор смещения, база мощного транзистора через ф) нагруэочный резистор подключена к коллектору маломощного транзистора, база которого соединена с выходом блока управления, при этом в качестве транзисторных ключевых элементов могут быть исгользованы транзисторы двусторонней проводимости.

На фиг.1 приведена схема стабилизированного источника питания; на фиг. 2 — схема узла согласования.

Стабилизированный источник питания содержит силовой трансформатор 1, вторичная обмотка которого имеет отвод от середины, два ключевых транзисторных элемента, первый из которых состоит иэ транзисторов 2,3, а вто- 55 роф - иэ транзисторов 4,5, причем коллекторы транзисторов 2 и 4 подключены к соответствующим крайним от" водам вторичной обмотки трансформатора 1, а коллекторы транзисторов 3 и щ

5 объединены в общую точку и через фильтр б и нагрузку 7 подключены к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора, блок управления ключами 8, на входы которого подается напряжение источника огорного нггряжения 9, синхроимпульсы узла.синхрони-. зации 10 и напряжение цепи обратной связи 11. Блок управления 8 через узел согласования 12 производит управление ключевыми элементами.

Стабилизированный истбчник питания работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда на выходе необходимо получить постоянное стабилизированное напряжение определенной полярности.

В положительный полупериод входного напряжения (фиг.1) блок управления 8 через узел согласования 12 производит отпирание транзисторов 2 и 3, причем транзистор 2 работает в нормальном включении, а транзистор

3 — в инверсном включении, и запирание транзисторов 4 и 5.

Положительное напряжение вторичной полуобмотки через открытые транзисторы 2 и 3 и через фильтр б прикладывается к нагрузке 7. Стабилизация производится блоком управления 8, например, методом широтно-импульсной модуляции путем изменения длительности открытого состояния транзисторов, причем схема управления синхронизована при помощи узла синхронизации 10 частотой входного напряжения.

В отрицательный полупериод входного напряжения блок управления 8 через узел согласования 12 производит отпирание транзисторов 4 и 5, причем транзистор 4 работает в нормальном включении, а транзистор

5 — в инверсном, и запирание транзисторов 2 и 3.

Таким образом на нагрузке формируется стабилизированное напряжение определенной полярности.

При необходимости получения на нагрузке напряжения противоположной полярности достаточно изменить полярность напряжения источника опорного напряжения 9.

В этом случае в положительный по лупериод входного напряжения блок управления 8 через узел согласования 12 производит отпирание транзисторов 4 и 5, причем транзистор 5 работает в нормальном включении, а транзистор 4 — в инверсном. В отрица" тельный полупериод отпираются транзисторы 2 и 3, причем транзистор 3 в нормальном включении, а транзистор

2 — в инверсном.

Если по определенному закону изменять величину или полярность напряжения на выходе источника опорного напряжения 9, на нагрузке 7 можно получить напряжение различной формы или полярности.

Если на вход блока управления 8 подавать напряжение обратной связи

11, пропорциональное току нагрузки (например, с датчика тока, включенного последовательно в цепь нагрузки), BSB090 то предлагаемый источник может выполнять функцию стабилизированного источника тока, причем ток, может- быть как постоянный любой полярности, так и переменный с возможным изменением формы и частоты.

На фиг. 2 раскрыта принципиальная схема узла согласования 12..

Узел согласования (фиг.2) каждого из двух ключей содержит маломощный 13 и мощный 14 транзисторы, согласуииаий трансформатор 15, один из двух отводов вторичной обмотки которого подключен к базам транзисторов ключевого элемента, а второй— через токозадающий резистор 16 — к точке соединения эмиттеров транзисторов ключевого элемента,а первичная обмотка имеет отвод от середины, подключенный. к дополнительному источнику питания, крайние отводы первичной обмотки подключены .через ограничительные резис- 20 торы 17,18 соответственно к коллекторам маломощного 13 и мощного 14 транзисторов,эмиттеры которых соединены со средним выводом силового трансформатора

1, причем параллельно эмиттерному пе- реходу транзистора 14 включен резистор смещения 19, а база мощного транзистора через нагрузочный резистор 20 подключена к коллектору маломощного транзистора 13.

База маломощного транзистора 13 подключена к выходу блока управления

Блок управления вырабатывает две последовательности положительных импульсов, сдвинутых по фазе друг относительно друга на полпериода входного напряжения, причем длительность импульсов, выбираемая в соответствии с методом широтно-импульсной 40 модуляции, не менее половины периода входного напряжения.

Положительные импульсы блока управления отпирают транзистор 13, что приводит к снижению потенциала 45 базы транзистора 14 и его запиранию.

Ток полуобмотки трансформатора 15 протекает через транзистор 13. На вторичной обмотке трансформатора 15 появляется напряжение, запирающее транзисторы ключевого элемента.

Отсутствие импульса блока управления приводит к запиранию транзистора

13, потенциал базы транзистора 14 повышается, он отпирается. Ток полуобмотки транзистора меняет направление, 55 замыкаясь через транзистор 14, что приводит к появлению напряжения на вторичной обмотке трансформатора 15, отпирающего транзисторы ключевого элемента. 60

Причем ток через ключевой элемент может протекать в любом направлении.

При этом один из его транзисторов работает в нормальном включении а второй — в инверсном. 65

По сравнению с прототипом, который позволяет получить выходное нап ряжение по величине не выше половины допустимого напряжения эмиттер-база транзисторов, т.е. не более 5-7 В для мощных кремниевых транзисторов, предложенный источник стабилизированного питания позволяет получить выходное напряжение на два пОрядка выше, вследствие того, что запертые ключе" вые элементы защищены переходами коллектор-база, для которых допустимое напряжение для мощных кремниевых транзисторов достаточно 600-700 В.

Кроме того, предложенный источник питания позволяет стабилизировать (или формировать f напряжение или ток, которые могут быть постоян ными любой полярности, или переменными с изменяемой во времени формой и частотой.

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник питания, содержащий транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления и подключенные к концам вто

-ричной обмотки силового трансформатора с отводом от средней точки,и блок управления, выходом связанный с управляющими входами транзисторных ключе-. вых элементов, а входами подключен-, ный соответственно к источнику опорного напряжения, узлу синхронизации и цепи обратной связи, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения стабилизации или формирования выходного напряжения или тока различной формы и полярности и изменения их во времени в широком диапазоне частоты, в него введены узел согласования, вход которого подключен к выходу блока управления, а выходы соединены с управляющими входами соответствующих транзисторных ключевых элементов.

2. Источник питания по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что транзисторные ключевые элементы выполнены на двух транзисторах, которые соединены между собой силовыми электродами последовательно и таким образов, что один из них включен нормально, а другой — инверсно по отношению к

I рабочему нолупериоду входного напряжения.

3.Источник питания по п.2, о т— л и ч а ю шийся тем, что указан-. ные транзисторы имеют одинаковый тий проводимости,а их эмиттеры объедине- ны в общую точку.

4. Источник питания по п.3, о т л и ч а ю шийся тем, что узел согласования выполнен на маломощном я мощном транзисторах, согласующем

888090 трансформаторе, один из выводов вторичной обмотки которого подклю чен к базам соответствующих транзисторных ключевых элементов, второй вывод через токозадающий резистор к точке соединения эмиттеров транзисторов ключевых элементов, а первичная обмотка отводом от середины подключена к вновь введенному дополнительному источнику питания, при этом ее крайние выводы подключены через ограничительные резисторы соответственно к коллекторам маломощного и мощного транзисторов, эмиттеры которых соединены со средним отводом вторичной об-. мотки силового трансформатора, причем параллельно эмиттерному переходу мощного транзистора включен резистор смещения, база мощного транзистора через нагрузочный резистор подключена к коллектору маломощного транзистора, база которого соединена с выходом блока управления.

5, Источник питания по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что в качестве транзисторных ключевых элементов использованы транзисторы двусторонней проводимости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 124565, кл. Н 02 М 7/20, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

У 464944, кл. H 02 M 7/20, 1974. 5 3. Авторское свидетельство СССР

Р 410369, кл. G 05 F 1/44, 1973.

Составитель С.Ситко

Редактор Т.КУзнецова Техред 3.Фанта Корректор Г.Назарова

Заказ 10724/13 Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

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

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