Стабилизатор переключательного типа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗаВЕЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()945854 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 28.01.81 (2l) 3240001/24-07 с присоединением заявки М (23) П риоритет (5! )М. Кл.

G 05 F 1/56 фтсударстеенный комитет

СССР (53) УДК 621 ° 316. .722.1(088.8) но делам изобретений н открытнй

Опубликовано 23 ° 07.82. Бюллетень )ф 27

Дата опубликования описания 25.07.82 (72) Автор изобретения

В. А. Бычков (7! ) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕКЛОЧАТЕЛЬНОГО ТИПА

Изобретение относится к электро технике и в частности к стабилизаторам переключательного типа.

Известны стабилизаторы переключательного типа, включенные через выпрямитель непосредственно в сеть, со5 держащие управляемый ключевой стабилизатор на входе и подключенный к его выходу неуправляемый конвертор, в которых вход усилителя связан с выходом стабилизатора, а выход усилителя связан с входом коммутирующего транзистора ключевого стабилизатора, имеющего гальваническую связь с сетью.

При таком построении стабилизатора к управляющему усилителю предъявляются такие требования, как гальваническая развязка между входом и выходом усилителя.и низкое выходное сопротивление по постоянному току. го

Известно устройство однотактного управляемого конвертора, оконечный усилитель которого содержит выходной трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку и согласование. Вторичная обмотка трансформатора подключена непосредственно к переходу базаэмиттер коммутирующего транзистора.

Первичная обмотка трансформатора выполнена с отводом от части витков, один из крайних выводов которой подключен к средней точке двух разнопо" лярных источников питания, а отвод от обмотки и другой крайний вывод подключены через промежутки коллекторэмиттер двух транзисторов к разнополярным источникам питания fll.

Недостатком устройства является ограниченный верхний предел регулировки коэффициента заполнения периода импульсного тока в связи с односторонним намагничиванием магнитопровода выходного трансформатора рабочим управляющим импульсом, когда его длительность становится больше половины периода.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаевключена между базой и эмиттером регулирующего элемента, отвод от части витков первичной обмотки подключен. к одному из выводов для подключения источника питания, а ее крайние выводы связаны с коллекторами первого и второго транзисторов одного типа проводимости, эмиттеры которых соединены между собой, источник опорного напряжения, выходом подключенный к одному из входов усилителя сигнала ошибки, другой вход которого под50 мому результату является стабилиза" тор переключательного юипа, в кото" ром ключевой стабилизатор выполнен по двухтактной схеме и содержит два параллельно включенных коммутирующих транзистора, переходы база-эмиттер которых подключены к двум вторичным обмоткам выходного трансформатора оконечного усилителя. Первичная обмака, выполненная с отводом от час- ta ти витков, подключена крайними выводами к коллекторам двух транзисторов усилителя,а отвод первичной обмотки подключен к источнику пита.,ния через балластный резистор.

Стабилизатор не имеет принципиальных ограничений пределов регули ровки скважности, поскольку оба полу такта его работы являются рабочими и одновременно в каждый полутакт осуществляется размагничивание магнито" провода выходного трансформатора после воздействия предыдущего полутакта (?.1, Недостатком известного устройства является наличие второго силового коммутирующего транзистора, стоимость которого велика, поскольку к нему предъявляются требования по способ" ности выдерживать высокое напряжение на промежутке коллектор-эмиттер при высокой скорости переключения, и увеличение потерь мощности на одном из коммутирующих транзисторов при несовпадении их входных характеристик.

Цель изобретения - упрощение стабилизатора и повышение его КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе переключательного типа с ключевым стабилизатором на щ входе, содержащий включенные последовательно в одну из силовых шин регу" лирующий элемент и DLC"фильтр, оконечный усилитель, выходом подключенный к входу регулирующего элемента

45 и включающий в себя выходной трансформатор, вторичная обмотка которого клюнен к выходным выводам стабилизатора, генератор пилообразного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, выходом соеди ненного с входом оконечного усилителя, а другим входом соединенного с ,выходом усилителя сигнала ошибки, регулирующий элемент, выполнен на одном регулирующем транзисторе, а в оконечный усилитель стабилизатора введены источник опорного напряжения, третий транзистор, противоположный по типу проводимости первым двум, диод и резистор, включенный между отрицательным выводом для подключения источника питания и эмиттерами первого и второго транзисторов, из которых база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, база второго транзистора связана с выходом компаратора, а коллектор второго транзистора соединен с первичной обмоткой выходного трансформатора через переход база-эмиттер третьего транзистора, коллектор которого через диод связан с коллектором первого транзистора, На чертеже представлена функциональная схема стабилизатора.

Устройство содержит ключевой стабилизатор 1, подключенный непосредственно к питающей сети, к выходу которого подключен нерегулируемый конвертор 2. Ключевой стабилизатор 1 содержит выпрямитель 3 с конденсатором фильтра 4, в цепь выпрямленного напряжения которого включен регулирующий транзистор 5 с дросселем фильтра 6 и конденсатором фильтра 7; а общая точка коллектора регулирующего транзистора 5 с дросселем 6 соединена через диод 8 с положительным полюсом конденсатора 7. В цепь эмиттера регулирующего транзистора 5 включен диод 9. Управление регулирующим транзистором 5 осуществляется оконечным усилителем 10, управляемым компаратором 11, входы которого подключены к генератору 12 пилообразного напряжения и выходу усилителя 13 сигнала ошибки. Входы усилителя 13 сиг" нала ошибки подключены к источнику 14 опорного напряжения и выходу нерегулируемого конвертора 2.

В выходной цепи оконечного усилителя 10 включен трансформатор 15, содержащий вторичную обмотку 1б с отводом от части витков и первичную обмотку. состоящую из рабочей и размаг9458 ничивающей обмоток 17 и 18, Первич ные обмотки трансформатора связаны с коллекторами первого транзистора 19 и второго транзистора 20, вместе с резистором 21 включенных .по схеме диф-5 ференциального усилителя. База первого транзистора 19 подключена к источнику 22 опорного напряжения, а между базой второго транзистора 20 и входной клеммой оконечного усилителя 10 включена цепочка из резистора 23 и диода 24, ограничивающая величину входного сигнала. В цепь коллектора второго транзистора 20 включен переход база-эмиттер третьего транэисто- 15 ра 25, эашунтированныфеви ра 25, эашунтированный резистором 26, Промежуток коллектор-эмиттер третьего транзистора 25 через диод 27 и источник 28 напряжения подключен параллель.го но первичной обмотке трансформатора 15. Источник 28 напряжения содержит источник ЭДС 29, балластный резистор 30, накопительный конденсатор 31 и блокировочный диод 32. Питание око- 25 нечного усилителя осуществляется от источника 33 напряжения.

Стабилизатор работает следующим образом.

Регулирующий транзистора 5, рабо- зо тая в ключевом режиме и управляя величиной среднеro тока, поступающего на фильтр 6 и 7 от выпрямителя 3 и конденсатора фильтра 4, поддерживает такую величину напряжения на входе неуправляемого конвертора 2, при котором величина выходного напряжения стабилизатора при воздействии всех дестабилизирующих факторов сохраня- . ется в заданных пределах. В интервалы 4О времени, когда регулирующий транзистор 5 переходит в запертое состояние, ток дросселя 6 не прерывается, а- благодаря накопленной в дросселе 6 энергии продолжает поступать на вход неуправляемого конвертора, замыкаясь через диод 8.

Управление коммутирующим транзистором осуществляется следующим образом.

Сигнал ошибки выходного напряжения стабилизатора выделяется в результате сравнения его выходного напряжения, поступающего на один вход усилителя 13 дифференциального типа, с напряжением источника 14 опорного напряжения, по55 ступающего на другой вход усилителя.

Величина его выходного напряжения пропорциональна сигналу ошибки. Коэффи54 6 циент заполнения периода выходного импульсного тока компаратора 11, импульсы положительной полярности которого соответствуют паузе тока кол" лектора регулирующего транзистора 5, определяется в результате сравнения двух напряжений, приходящих на его дифференциальный вход, одним из которых является выходное напряжение усилителя 13 сигнала ошибки, а вторым - напряжение, поступающее с генератора 12 пилообразного напряжения.

Когда с выхода компаратора 11 поступает импульс отрицательной полярнос" ти, второй транзистор 20 запирается, а первый транзистор 19 открывается напряжением, поступающим с источника 22 опорного напряжения. Действую" щим при этом на вторичной обмотке 16 трансформатора 15 напряжением поло" жительной полярности коммутирующий транзистор выводится из режима от" сечки тока, а, благодаря положительной обратной связи по току между базовой цепью и цепью эмиттера, регулирующий транзистор 5 достигает режима насыщения, формируя таким образом импульс тока, поступающего в цепь дросселя фильтра 6. Величина тока коллектора первого транзистора .обеспечивающая лишь выход из режима отсечки тока регулирующего транзистора 5, ограничена на заданном уровне в результате включения первого транзистора 19, источника 22 опорного напряжения и резистора 21 по схеме стабилизатора тока. При поступлении с выхода компаратора ll импульса положительной полярности отпирается второй транзистор 20, который, создавая более высокое падение напряжения на резисторе 21, запирает первый транзистор 19 и одновременно отпирает третий транзистор 25, шунтирующий пер" вичную обмотку трансформатора 15, выключая таким образом регулирующий транзистор 5. Включенный в цепь коллектора третьего транзистора 25 источник 28 напряжения выполняет вспомогательную Функцию, уменьшая время выключения регулирующего транзистора 5, причем эа это время реализует" ся заряд накопительного конденсатора 31. Одновременно второй транзис" тор 20 подключает размагничивающую обмотку 18 трансформатора 15 к источнику 33 напряжения, в результате чего после завершения запирания регулирующего транзистора 5 осуществляется раэ945854

7 магничивание магнитопровода трансформатора. С целью обеспечения неискаженного трансформирования рабочего им" пульса, длительность которого прибликается к длительности периода следова-з ия управляющих импульсов, приняты меры по принудительному перемагничиванию магнитопровода до насыщения за цикл размагничивания, отрезок време" ни которого значительно меньше перио- 10 да. Для этого число витков обмотки размагничивания 18 выбирается значительно меньше числа витков рабочей обмотки 17 при примерно равных величинах напряжения, действующего на ра- 15 бочей и размагничивающей обмотках. Во избежание неограниченного роста тока после перемагничивания магнитопровода трансформатора 15 размагничивающим импульсом, источник 28 напряжения со- щ держит балластный резистор ЗО. После окончания цикла размагничивания второй транзистор 20, оставаясь открытым на протяжении паузы, удерживает в открытом состоянии третий транзистор 25 as устраняющий возникающий по окончании цйкла размагничивания паразитный выброс, обусловленный накоплением энер" гии в индуктивности обмоток трансформатора 15, при этом цепь замыкается зв

l через диод 32 в случае наличия в.схеме источника 28 напряжения. Включенный в цепь эмиттера регулирующего транзистора 5 диод 9 устраняет в режиме размагничивания магнитопровода трансформатора 15 опасные напряжения обратной полярности на его переходе база-эмиттер. По окончании паузы выходное напряжение компаратора 11 меняет свой знак, в результате чего 4О второй транзистор 20 запирается и тогда вновь рткроется первый транзис" тор 19, формирующий начало работы управляющего импульса регулирующего транзистора 5. В этом режиме диод 27 в цепи коллектора третьего транзистора 25 устраняет поступление на его промежуток коллектор-эмиттер напряжения нерабочей полярности.

Предлагаемое техническое решение стабилизатора переключательного типа с ключевым стабилизатором и входящим в его состав оконечным усилителем отличается от известного упрощенной конструкцией и, как следствие, более низкой стоимостью, благодаря сокраще"

we числа дорогостоящих коммутирующих транзисторов, лучшим КПД стабилизатора и меньшими габаритами выходно го трансформатора, благодаря более полному использованию кривой намагничивания магнитопровода в результате заведомого насыщения сердечника во время короткого цикла размагничивания следующего за рабочим циклом.

Формула изобретения

Стабилизатор переключательного типа с ключевым стабилизатором на входе, содержащий включенные последовательно в одну из силовых шин регулирующий элемент и 0LC-фильтр, оконечный усилитель, выходом подключенный к входу регулирующего элемента и включаюций в себя выходной транс" ,форматор, вторичная обмотка которого включена между базой и эмиттером регулирующего элемента, отвод от части витков первичной обмотки подключен к одному из выводов для подключения источника питания, а ее крайние выводы связаны с коллекторами первого и второго транзисторов одного типа проводимости, эмиттеры которых со" единены между собой, источник опорного напряжения, выходом подключенный к одному из входов усилителя сигнала ошибки, другой вход которого подключен к выходным выводам стабилизатора, генератор пилообразного напряжения, выходом соединенный с одним из входов компаратора, выходом соединенного с входом оконечного усилителя, а другим входом - с выходом усилителя сигнала ошибки, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения стабилизатора, регулирующий элемент выполнен на одном регулирующем транзисторе, а в оконечный усилитель стабилизатора введены источник опорного напряжения, третий транзистор, противоположный

llo типу проводимости пеовым двум. ,диод и резистор, включенный между отрицательным выводом для подключения источника питания и эмиттерами первого и второго транзисторов, из которых база первого подключена к источнику опорного напряжения, база второго связана с выходом компаратора,,а коллектор второго транзистора соединен с первичной обмоткой выходного трансформатора через переход базаэмиттер третьего транзистора, коллектор которого через диод свя9 945854 зан с коллектором первого транзистора..

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1, Заявка ФРГ Р 2543409 л. Н 02 P 13/32. 1978.

2, Патент США и 4030015, кл. 321-2, 1978.

Составитель О. Мещерякова

Редактор Л. Гратилло Texgeg E.Харитончик Корректор Г.Решетник

Заказ 5331/6 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-35 Рамшская наб. д. 4/5

»»»«с» в ° Л «2»»ьйЛв Л»аале ь» е

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