Импульсный стабилизатор напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Соцкапмсткческин

Респубпнк

954989 и лв о ском свидетельству (61) Дополнительное к авт. сввп-ву ¹ 817677

{22) Заявлено 26.03.81 (21) 3264549/24-07 (5! }М. Кл.

+05F 1/58 с присоединением заявки РЙ

9оударсткнны1 комитет

СССР но делак нзаарнтаннй н отнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.82. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08. 82 (53} УДК621.316. .722.1 (088. 8) (72) Авторы изобретения

М. Е. 1суцко, В. Н. Груздев и В. И. Орех в

1 1 1 !

) (7I) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротех- нике, в частности к автоматическим системам, регулирующим электрическую мощность, и может применяться в радиотехнической промышленности, приборострое5 нии, электронной промышленности и др.

По основному авт. св. № 817677 известен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий силовой трансформатор, мостовой выпрямитель коммутируемой первичной обмотки силового трансформатора, входная диагональ которого включена последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, а выходная диагональ замкнута на коммути-1 рующие зажимы первого коммутирукицего транзистора, управляющий электрод которого подключен к блоку управления, соединенному с блоком сравнения напряжения, первый вход которого подключен к 20 источнику опорного напряжения, а втс рой - к выходу для подключения нагрузки, размещенную HB магнитопроводе силово го трансформатора и включенную последовательно с первичной его обмоткой вапь тодобавочную противофазную обмотку, вольтодобавочный коммутирующий мостовой выпрямитель, входная диагональ ю торого включена последовательно с воль тодобавочной противофазной обмоткой, второй коммутирующий транзистор, коммутирующие зажимы которого подключены к выходной диагонали вольтодобавочного мостового коммутирутошего выпрямителя, а управляющий электрод— к выходу блока управления.

Регулирование, а следовательно, и стабилизация выходного напряжения в данном импульсном стабилизаторе осуществляется изменением коэффициента заполнения широтно-модулированного высокочастотного сигнала управления, строго поочередно открывающего и запирающего первый и второй коммутирующие транзисторы, подключая к первичной се-. ти то основную первичную обмотку силового трансформатора, то основную первичную обмотку с последовательно с ней

9S49

3 включенной вольтодобавочной обмоткой (1) .

Недостатком импульсного стабилизатора напряжения является сравнительно небольшой диапазон регулирования, определяемый величиной вольтодобавочной обмотки и ограничиваемый предельнодопустимыми напряжениями на первом и втором коммутирующих транзисторах. и пониженной величиной высокочастотных 10 пУльсаций, характеризующей данное устройство.

Бель изобретения — повышение надежности импульсного стабилизатора напряжения путем обеспечения зашиты от пере- 15 напряжений в первичной сети и поддержания на нагрузке требуемого стабилизируемого напряжения с заданной точностью во время кратковременных всплесков первичного напряжения. 20

Указанная цель достигается тем, что

B импульсный стабилизатор напряжения

Введены первый .и второй гасящие резисторы, первый и второй транзисторы зашиты, блок переключения и датчик напряжения 25 сети, причем первый гасящий резистор включен в выходную диагональ мостового выпрямителя коммутируемой первичной обмотки силового трансформатора последовательно с первым коммутирующим 30 транзистором, первый транзистор3 зашиты подключен параллельно первому гасящему резистору, второй гасящий резистор вклю чен в выходную дйагональ вольтодобавочного коммутирующего мостового выпрямителя последовательно со вторым комму тирукяцим транзистором, второй транзистор зашиты подключен параллельно второМу гасящему резистору, блок переключения, выходами подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов защиты, датчик напряжения сети выходом подключен к входу блока переключения, aего вход соединен с входиыМи cereus>Mx. клеммами импульсного ста- 45 билизатора постоянного напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения; на фиг. 2 а и б — кривые напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора при постоянном первичном напряжении и разомкнутой обратной связи до и после срабатывания схемы зашиты от перенапряжений соответствен55

Импульсный стабилизатор напряжения содержит силовой трансформатор с основной первичной обмоткой 1, мостовой.

89 4 выпрямитель 2 коммутируемой первичной обмстки, подключенный входной диагональю последовательно с первичной обмоткой 1, первый коммутирующий транзистор

3, включенный в выходную диагональ мостового выпрямителя 2, вольтодобавочную противофазную обмотку 4, соединенную последовательно с первичной обмоткой 1, вольтодобавочный мостовой выпрямитель

5, включенный входной диагональю последовательно с вольтодобавочной обмоткой

4, второй коммутирующий транзистор 6, включенный в выходную диагональ вольтодобавочного мостового выпрямителя 5, вторичную обмотку силового трансформатора 7, к которой подключается нагрузка, схему 8 сравнения напряжений, входы которой соединяются с клеммами для подключения нагрузки и с источником 9 опорного напряжения, блок 10 управления, вход которого соединен с выходом блока

8 сравнения напряжений, к выходам блока

lO управления подключаются управляющие электроды первого 3 и второго 6 коммутирующих транзисторов. Блок l 0 управления осуществляет поочередную коммутацию мостовых выпрямителей 2 и

5 с повышенной частотой с коэффициентом заполнения, определяемым разностным сигналом обратной связи от источника 9 опорного напряжения и с нагрузки.

Первый гасящий резистор 11 с шунтирующим его первым транзистором 12 защиты включен в выходную диагональ мостового выпрямителя 2 коммутируемой первичной обмотки последовательно с первым коммутирующим транзистором 3.

Второй гасящий резистор 13 с шунтируюшим его вторым транзистором защиты

14 включен в выходную диагональ вольтодобавочного мостового выпрямителя 5: последовательно с вторым коммутирующим транзистором 6. Управляющие электроды первого 12 и второго 14 транзистора зашиты подключены к выходам блока 15 переключения . Вход блока 15 переключения соединен с выходом датчика 16 напряжения сети, вход которого подключен к входным сетевым клеммам импульсного стабилизатора напряжения. Блок 15 переключения по сигналу с датчйка 16 напряжения сети о превышении сетевым напряжением определенного уровня запи.рает ранее открытые первый 12 и второй 14 транзисторы защиты, включая последовательно с первым 3 и вторым

6 коммутирующими транзисторами первый

11 и второй 13 гасящие резисторы соответственно.

5 95498

Стабилизатор напряжения работает 1. следующим образом.

В cTBllHoHBpHQM режиме коммутирующие транзисторы 3 и 6 .открываются и запираются поочередно с повышенной точностью. В гот момент, когда мостовой выпрямитель 2 открыт, а вольтодобавочный мостовой выпрямитель 5 закрыт, во вторичной обмотке 7 силового

| трансформатора индуктируется напряже- 10

1 4/ ние с амплитудой 3 = (./ где 9/„и

«пЬ 9l„1щ

%1- числа витков первичной и вторичной обмоток силового трансформатора соответственно, 0 „ - амплитуда напряжения питания.

В момент времени, когда мостовой выпрямитель 2 заперт, а вольтодобавочный мостовой выпрямитель 5 открьгг, во вто10 ричной обмотке 7 индуктируется напря 1 жение с амплитудой у у rae

%me % 1Щ 1щ

Д g — число витков вольтодобивочной противофазной обмотки. Знак (+) отно2S сится к согласному, а знак (-) — к встречному включению первичной 1 и вольто- добавочной 4 обмоток. При периодической и противофазной коммутации транзисторов

3 и 6 во вторичной обмотке силового трансформатора 7 образуется напряжение, форма которого показана на фиг. 2а. Среднее и действующее значение этого напря-. жения зависит от коэффициента заполнеЕ 3$ ния импульсову = |где Т вЂ” период к квантования, С ц — длительность импульса, открывающего первый коммутирующий транзистор 3 при согласном включении, или длительность импульса, открываюше40 го второй коммугируюший транзистор 6 при встречном включении первичной 1 и вольтодобавочной 4 обмоток. (Bce дальнейшие рассуждения приводятся для случая согласного включения основной первичной 1 и вольтодобавочной 4 обмоток).

Диапазон регулирования стабилиза40„ тора О"„— —,где 00 суммарная ве1М 50 личина дестабилизирующих факторов, приведенных к первичному напряжению, О. номинальное первичное напряжение, onn+ ределяется по формуле + „> где

" "д, -3 55

A где Tl = коэффициент вольтодобавоч й1 ной оомотки. Из формулы видно, что, увеличивая коэффициент волнгодобавочной обмотки п, что приводит к увеличению амплитуды высокочастотных пульсаций токов и напряжений стабилизатора и, следовательно, увеличиваются сетевые и электромагнитные помехи, увеличивается величина выходного фильтра и т.д. Кроме того, увеличение п, приводит к увеличению напряжения на коммутирующих зажимах транзисторов 3 и 6 и запертом состоянии. Таким образом, нецелесообразно увеличивать диапазон регулирования стабилизатора за счет увеличения коэффициента вольтодобавочной обмотки п, для зашиты и обеспечения работоспособности и поддержания требуемого выходного напряжения при кратковременных перенапряжениях в первичной сети. Дополнительное изобретение позволяет сделать это без ухудшения основных показателей импульсного стабилизатора напряжения.

В. стационарном режиме гасящие резисторы 11 и 13 шунтированы полностью открытыми транзисторами 12 и 14 защиты соответственно и не оказывают влияния на работу схемы по вышеили -же иному.

Пусть сетевое напряжение возрастает, стабилизатор отрабатывает это измене- . ние за счет уменьшения коэффициента заполнения у так, чтобы напряжение на нагрузке оставалось неизменным. Какомуто значению первичного напряжения 01р соответствует значение =О, дальнейшая стабилизация выходного напряжения за счет основного регулятора невозмож-. на. При достижении сетевым напряжением значения 0 срабатывает блок 15 переключения йо сигналу с датчика 16 напряжения сети, запирая первый 12 и второй 14 транзисторы защиты. При этом последовательно с первым 3 и вторым

6 коммутирующими транзисторами включаются гасящие резисторы 11 и 13 соот ветственно. Так как в первый момент времени у 0, что соответствует открытому коммутирующему транзистору 6, падение напряжения на втором гасящем резисторе 13 вызовет уменьшение выходного напряжения. Разностный сигнал между напряжением от источника 9 опорного напряжения и напряжением на на.грузке поступает с блока 8 сравнения напряжений на блок 10 управления, вызывая увеличение коэффициента запол-; нения у . Коммутирующие транзисторы

3 и 6 снова открывак гся и запираются. поочередно с повышенной частотой, но и нижний, и верхний уровни выходного напряжения стали ниже за счет падения

954989 8 напряжения на гасящих сопротивлениях, что компенсирует увеличение питающего напряжения, Так, если Питающее напря.жение и коэффициент заполнения неизменны, обратная связь с нагрузки разомкнута и вторичное напряжение имеет форму, приведенную на фиг. 2 а, то при срабатывании блока 1 5 переключения н звпирвння транзисторов 12 и 14 защиты вторичное напряжение имело бы форму, 10 приведенную не фиг, 25 .

Величина первого гасящего транзистора 1 1 определяется из условия равенства вторичного нвпряжешщ при у =0 и полностью открьггых транзисторах 12 и 14 15 зашиты, и вторичного напряжения при р =1 и закрытых транзисторах защиты, т.е. с включенными последовательно с

f коммутирующими транзисторами 3 и 6 гасящими резисторами 11 и 12 соответ- 20 ственно.

Величина второго гасящего резистора

13 определяется из условия равенства максимального напряжения сети, ствбилизируемого основным стабилизатором 25

U p, и разности между максимвльно возможным сетевым напряжением и падением напряжения на гасящем резисторе

13 при з" ==О.

Нв первом 11 и втором 13 гасящих резисторах при перенапряжениях В первич ной сети вьщеляется большая мощность, но, учитывая, что перенвпряжения крат ковременны и что через них протекает не постоянный, а импульсный ток за счет работы регулятора, гасящие резисторы выбираются на меньшую рассчитываемую мощность, чем следует из расчета, Б общем случае величина -асящих резисторов 11 и 13 зависит от диапазона ствбилизируемых напряжений, коэффициенте трансформации трансформаторе

%,1

= — i коэффициента вольтодобавочной

Ф„ обмотки п,. используемой схемы выход-

\ ното выпрямителя и тока нагрузки.

Ус гройство целесообразно использовать в случаях, когда ток нагрузки не падает до нуля и не изменяется в больших пределах. Рассчитывая значения гасящих резисторов для минимального тока нагрузки, можно обеспечить стабилизацию выходного напряжения во всем диапазоне гоков нагрузки, но учитывая при этом,. что с увели ением токе нагрузки растет

p Ac<: еи наем ая н а и Bc HItlMx резисторах м ощн ость.

К дос гоинствам предлагаемого импульсного стабилизатора напряжения следует отнести стабилизацию выходного нвпряжения с заданной точностью при большом диапазоне изменения питающего напряжения, повышение надежности устройства, идентичность схемы при лкбой фазности питающего напряжения и возможность использовать стабилизатор с выходом на переменном токе (без выходного выпрямителя) и на постоянном токе (с выходным выпрямителем) .

Введенные новые элементы — первый и второй гасящие резисторы, шунтироввнные первыми и вторыми транзисторами защиты соответственно, блок переключения и датчик напряжения сети — в совокупности с общими с прототипом позволяют увеличить надежность стабилизаторов и расширить диапазон стабилизируемых сетевых напряжений.

Формула изобретения

Имп чтьсный стабилизатор напряжения по авт, св. № 817677, о т л и ч е ю— щ и и с, я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения защиты от перенапряжений в первичной сети, в него введены первый и второй гасящие резисторы, первый и второй транзисторы защиты, блок переключения и двтчик напряжения сети, при этом первый гасящий резистор включен в выходную диагональ мостового выпрямителя коммутируемой первичной обмотки силового трансформатора последовательно с первым коммутирующим транзистором, первый транзистор защиты подключен параллельно первому гасящему резистору, второй гасящий резистор включен в выходную диагональ вольтодобавочного коммутирующего мос тового выпрямителя п ледовательно с вторым коммутирующим транзистором, второй транзистор защиты подключен параллельно второму гасящему резистору, блок переключения выходами подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов зашиты, датчик напряжения сети выходом подключен к входу блока переключения, а его вход соединен с входными сетевыми клеммами ими ульсного стабилизатора напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

¹ 81 7677, кл. G 05 1 56, 1 978.

Составитель О. Мешерякова

Редактор С. Тараненко Техред М.Надь Корректор О.

О. Билак

Заказ 6434/50 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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