Ключевой стабилизатор напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмх

Соцмаимстмчеснмх

Реснубимн

< 961473 (6l ) Дополнительное х авт. сеид-ву (22) Заявлено 31.07.79 (2l ) 2803604/24 07 с прмсоелннением заявим,р1в (51)IVL. Кд.

G 05 F 1/56 тееударстасллый кенитет

CCCP ие аллан лзебретеиий и открытий (23) П рморнтет

Опублмковано 23.11.82. Бюллетень М 43

Дата опубликования. описания 23.12.82 (53) УД К 621.316..722.1 (088.8) (71) Заявитель (54) КЛЮЧЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве стабилизированного источника питания в раз, личных радиотехнических устройствах.

Иэвестены ключевые стабилизаторы, состоящие из ключевого элемента, бС вЂ” фильтра и пре- 5 образователя с трансформатором, имеющим первичную и выходную обмотки t1).

В этих устройствах при высокой частоте переключения возникают значительные потери при тО переключении за счет больших сквозных юков иэ — за инерционности ключевого элемента и разрядного (рекурационного) диода, что снижает

КПД устройства. При высоких входных напряf5 жениях необходимо выбирать ключевой элемент, разрядный (рекуперационный) диод, элементы

LC — фильтра на напряжение, равное Ов» . Уве. личение рабочих напряжений приводит к использованию высоковольтных полупроводниковых приборов, обладающих низкими частотными свойствами (значительными временами восстановления закрытого состояния), что также пртьводит к снижению КПД. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ключевой стабилизатор напряжения (2), состоящий из ключевого элемента, подключенного входом к одной входной клемме, а выходом — к точке соединения коммутирующего элемента и .LС-фильтра, а другая входная клемма подключена к другому выводу коммутирующего элемента, и преобразователя напряжения с трансформатором, имеющим первичную обмотку и вторичнуто, подключенную к выходным клеммам, а вход преобразователя подсоединен к выходу 1С вЂ” фильтра.

Недостатками данного ключевого стабилизатора являются значительные потери мощности прн переключении за счет больших "сквозных" токов из-за инерционности ключевого элемента и разрядного диода, что снижает КПД устройства, а также значительные рабочие напряже- ния на элементах устройства.

Целью изобретения является повышение

КПД и уменьшение рабочих напряжений на эле ментах схемы.

Поставленная цель достигается тем, что в него введены дроссель и коммутирующий эле3 961473 мент, выполненный в виде двух параллельных цепочек из соединенных последовательно двух диодов, точки соедюнеиия которых подключены к дополнительно введенным отводам первичной обмотки трансформатора, при этом обе цепочки g включены параллельно 1 С-фильтру, а дополнительный дроссель включен между другим выводом коммутирующего элемента и конденсатором

1 С вЂ” фильтра.

На фиг. 1 — 10 представлены схемы конкрет- 10 ного выполнения ключевого стабилизатора, в который входят ключевой элемент 1, LC— фильтр 2, преобразователь 3 с трансформатором

4, имеющим первичную (W,+II>+W>) и выход- ную обмотки, дроссель 5 и дв6 пары диодов 6 15 и 7, соединенных последовательно и точками соединения подклченных к дополнительного введенным отводам первичной обмотки трансформатора 4, при этом пары диодов 6 и 7 включены параллельно 1 С вЂ” фильтру 2, а дроо:- 20 сель 5 включен между точкой соединения пар диодов" 6 и 7 иасонденсатором 1С вЂ” фильтра 2.

Устройство работает следующим образом.

При подключении ключевого стабилизатора к постоянному напряжению ключевой эле- 2$ мент 1 открывается, а ранее открытьй диод 6 находится в режиме рассасывания .неосновных носителей (интервал 1 фиг. 5). Ток через ключевой элемент 1 протекает по цепи: диод 6— часть первичной обмотки (ЧЧз ИМз) трансформа- ЗО тора 4 — транзисторы преобразователя 3— дроссель 5. Величина "сквозного" тока ключевого элемента 1 ограничивается дросселем 5 до величины

Е U-5 ц ° 7 р

"5

rpe L5,— индуктивность дросселя 5;

Тр — время рассасывания неосновнЫх носителей в области без диода 6;

Š— напряжение на входе стабилизатора; ц2 ™1

40 п ц" цазффцццент хрвнсформиццц;

%2+2 W4

U — напряжение на части первичной обмотки (W> ÈÌ< ) трансформатора.

Далее диод 6 переходит в режим восстанов- ления обратного сопротивления (интервал 11, 4> фиг. 6), энергия, накопленная в дросселе 5, возвращается через диод 7 в нагрузку (протекает ток через диод 7). Ток через ключевой элемент 1 спадает эксноненциально с постоянной времени, пропорциональной времени восста-® новления диода 6. Далее возврат энергии в нагрузку прекращается (U<< U (.1-и)) (интервал

И1, фиг. 7), диод 6 восстанавливает закрытое состояние, диод 7 закрыл. При отключении ключевого элемента 1 начинается разряд основ- ss ного дросселя 1С-фильтра 2 через диод 6 и вспомогательного через диод 7 (интирвал 1Ч, фиг. 8). После разряда дросселя 5 диод 7.ф отключается, а дроссель 1С-фильтра 2 продол жает разряжаться через диод 6 (интервал Ч, фиг. 9). Рабочие напряжения на элементах схемы приведены на фиг. 2, 3, 4.

Максимальное рабочее напряжения на ключевом элементе не превышает Š— U(2n-1) с E.

Выходное напряжение определяется (на вход преобразователя 3)

Т -9

U = Е у где Т вЂ” период переключения;

9 — длительность паузы.

Ток через транзистор (ключевой элемент 1)

Е Т1" -6) ц Т

1о (т-n8) 2> Т- В где Н3 —. приведенное сопротивление нагрузки в выходы бС-фильтра.

Коэффициентзпульсаций, связанный с небесконечностью 1 LC — фильтра 2

TQ 11 164 С.

"э(-ЬИТ- 6)

При 1 о пульсации, связанные с небесконечностью L

LС вЂ” фильтра 2, не проявляются.

В дальнейшем все процессы повторяются с тем лишь исключением, что задействуются два других диода 6 и 7 и транзистор преобразователя 3. Изменением ве жчины паузы в рабочем периоде Т стабилизируется выходное напряжение ключевого „стабилизатора. Введение дросселя

5 позволяет ограничивать импульс "сквозного" тока ключевого элемента 1 до любой необходимой величины (1, = " Т ).

"5

Формула изобретения

Ключевой стабилизатор напряжения, содержащий ключевой элемент, подключенный входом к одной входной клемме, а выходом — к точке соединения одного вывода коммутирующего элемента и 1.С-фильтра, а другая входная клемма подключена к другому выводу коммутирующего элемента, и преобразователь напряжения с трансформатором, имеющим первичную обмотку и, вторичную, подключенную к выходным клеммам, а вход преобразователя подсоединен. к выходу . С-фильт1 ра, о т л и ч,а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения рабочих напряжений- на элементах схемы, в него введены дополнитецльный дроссель, коммутирующий элемент выполнен в виде двух параллельных цепочек, каждая из которых выполнена из соединенных последовательно двух диодов, % 961473 точки соедяненял которых подклввяы к введеняым отводам первячяой обмотка траясфор матора, прн этом обе цепочкя вклювяы параллелмю Ы-фильтру, а дополнятельяый дроссель включен между друтям выводом коммутярующего элемента н конденсатором С-.филира.

Источнякя информация, .ЩНИйтые во внимание прн экспертяэе

1. Алаорское свядетапатво СССР У 467338, кл. G 06 F 1 56, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР Н .665299, кл. 6 06 F 1 56, 1978.