Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 04,05;81. (>1) 3280465д4-07 (31) М КЛ Р

G 05 F lj56 с присоединением заявки HP— (23) Прноритвт—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (Щ УД 621, 316, .722.l(088.8) Опубликовано 2301.83. Бюллетень Ио 3

Дата опубликования описания 23.01.83 (72) Автор изобретения

В.И.Костылев

Чувашский государственный университет им.И.Н.ульянова (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания и может быть использовано для питания радиоприемных и раднопередающих устройств ° Особенно целесообразно применение его в тех случаях, когпа ток нагрузки изменяется от нуля до номи-,. .нального, Известен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий 7 транзистор, дроссель и конденсатор сглаживающего фильтра, в котором в

" качестве обратного диода используется шунтирующий транзистор, управляемый с помощью дополнительной обмотки дросселя. Применение шунтирующего транзистора вместо обратного диода позволило обеспечить непрерывность тока в дросселе и линейность регулировочной характеристики импульсного регулятора, поэтому такой стабилизатор напряжения работает устойчиво во всем диапазоне токов нагрузки Ll 3.

Однако на холостом ходу стабилизатора, когда ток в дросселе меняет свое направление, шунтирующий тран.зистор оказывается в инверсном режиме,недопустимом для современных транзисторов . Кроме того, в этом стабили= заторе при включении регулирующего. транзистора возникают больше "сквоз, ные" токи, так как шунтирующий транзистор может .закрыться только после

5 смены полярности на обмотках дросселя, а этому как раэ и препятствует сам шунтирующий транзистор."Сквозные" тд ки транзисторов приводят к большим динамическим потерям и снижают КПД

1О; стабилизатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ре15 гулирующий транзистор шунтированный диодом и включенный последовательно с выходом стабилизатора черезД1,С-фильтp, шунтирующий транзистор,1 включенный между одним иэ электродов

20 диода Д .С-фильтра и общей шиной стабилизатора, и блок управления, соединенный с базами упомянутых транзис- торов (2 ).

Однако и в этом импульсном стабилизаторе введение шунтирующего транзистора понижает era КПД, поскольку приводит к увеличению динамических . потерь обусловленных "сквозными токами. Особенно большие импульсы сквозного тока наблюдаются в моменты включения регулирующего транэис991390 тора в номинальном режиме и близком к нему. В этих режимах в паузах между включениями регулирующего транзис тора ток дросселя замыкается через диод QLC-фильтра, коллекторный ток шунтирующего транзистора равен нулю, и, следовательно, время рассасывания максимально. Для устранения сквозных токов, вызванных введением шунтирующвго транзистора, блок управления дополняется схемой, запрещающей щ его включение при прямом направлении. тока через дроссель и разрешающей при обратном. Это значительно усложняет блок управления. Недостатком является и то, что для управления шунтирующим транзистором требуется дополнительный формирователь импульсов.

Пелью изобретения является упрощение стабилизатора н повышение его

КП,1(°

Эта цель достигается тем,что в им-. пульсный стабилизатор постоянного напряжения введен дополнительный диод, включенный последовательно с диодом Д(.С-фильтра между другим его электродом и об щей ши ной, прич ем б аз а шу нтирующего .. транзистора подключена к соединенным электродам укаэанных диодов, змиттер подключен к общей шине, а между выходами блока управления и базами обоих З® транзисторов включены резисторы.

Кроме того, в стабилизатор может быть введен токоограничивающий дроссель, включенный между общей шиной и соединенными эмиттвром шунтирующв- 35 го транзистора и электродом дополнительного диода и шунтированный дополнительно введенной цепью иэ последовательно включенных резиотора и диода, при этом дроссель ДО:-фильтра 40 выполнен двухобмоточным и вго дополнительная обмотка образует выход блока управления, подключенный к базе шунтирующего транзистора.

Токоограничивающий дроссель может 45 быть выполнен двухобмоточным, причем его дополнительная обмотка включена последовательно с дополнительной обмоткой дросселя Д(.С-фильтра.

На фиг.1 изображена схема предла; гаемого импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2— схема с дополнительными элементами, существенно улучшающими работу предло-. женного импульсного стабилизатора.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения содержит (Фиг.1) ре-, гулирующий транзистор 1,диод 2 gLC- фильтра, дополнительно введенный ди-. од 3, шунтирующий транзистор 4, дроссель 5 с обмоткой б и конденсатор 7 сглаживающего QLC-фильтра, блок 8 уп, равления, входом подключенный к выходу импульсного стабилизатора, а выходом — к управляющим переходам регу= лирующего l и шунтирующвго 4 транэис-65 торов.Для улучшения работы предложен ного импульсного стабилизатора в схеМу могут. быть введены (фиг.2) дополнительная обмотка 9 дросселя 5 сглажйва- . кицего Фильтра, которая подключена

fc управлякщему переходу шунтирующвго транзистора 4 через резистор 10, токоограничивающий дроссвль 11 с обмоткой 12; эашунтированной вспомогательным диодом 13, и дополнительной обмоткой 14, соединен последовательно с дополнительной обмоткой 9 дросселя

5 сглаживающего фильтра.

Предлагаемый импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

После подключения импульсного ста" илизатора к источнику постоянного пряжвния начинает работать блок 8 управления, который в зависимости от уровня выходного напряжения формирует противофазные импульсы управления для регулирующего 1 и шунтирующего 4 транзисторов. Во время включенного состо-. яния регулирующего транзистора 1 ток протекает от положительного вывода источника питания через транзистор 1, обмотку б сглаживающего дросселя 5, конденсатор 7 и нагрузку к отрицательному выводу источника. На этом этапе ток нарастает со скоростью, зависящей от индуктивности обмотки б дросселя

5 и разности напряжений источника питания и выхода импульсного стабилиза-, тора. Полярность напряжения на обмотке б показана иа Фиг.2 бвэ скобок. В это же время блок 8 управления поддер" живает шунтирующий транзистор 4 в закрытом состоянии.

На следующем этапе работы блок управления производит эапирание регулирующего транзистора 1 и подает отпи-, рающий ток на управляющий переход — - шунтирующего транзистора 4. После запирания регулирующего транзистора 1 намагничивающий ток дросселя 5 сохраняет cioe направление и протекает по контуру: конденсатор 7 и нагрузка, дополнительный диод 3, диод 2. Поскольку напряжение на обмотке б дросселя 5 меняет свою полярность (на фиг.1 показана в скобках),то ток в обмотке б начинает уменьшаться по ве" личине,протекая в прежнем направлении.

В номинальном режиме импульсного стабилизатора запас энергии, накопленной в дросселв 5, достаточно большой, так что эа время выключенного состояния регулирующего транзистора ток в дросселе 5 не успевает снизиться до нуля. Поэтому на протяжении всего этапа дополнительный диод 3 остается открытым и падение напряжения иа нем, несмотря на подачу с блока 8 управления отпирающего тока, поддерживает шунтирующий транзистор 4 в закрытом состоянии. При

991390 включении регулирующего транзистора

1 сквозной ток, обусловленный временем рассасывания в шунтнрующем . транзисторе 4, отсутствует.

На холостом ходу импульсного

Стабилизатора энергия, накопленная 5 . в дросселв 5, невелика и ток в обмотке б спадает до нуля. Это приводит к тому, что диоды.2 и 3 запираются. В этом случае отпирающий ток блока 8 управления может включить 1О шуитирующий транзистор 4, и ток. дросселя 5, изменяя овое направление, протекает по контуру обмотка 6дросселя 5, шунтирующий транзистор

4, конденсатор 7 и нагрузка. В начале следующего периода блок 8 уп-(. равления.ароиэводит выключение шунтирующегр 4 и включение регулирующего 1 транзисторов. При этом в транзисторах 1 и 4 возникает сквозной ток и динамические потери, но поскольку происходит это в режиме . холостргр хода, то суммарные потери мсщности в транзисторах небольшие.

Независимо -от нагрузки стабилизатора ток дросселя 5 сохраняет свою

Непрерывность, а импульсный регулятор - линейность рвгулировочной характеристики, которая необходима для устойчивой работы стабилизатора., Работа импульсного стабилизатора может быть. значительно улучшена, если управление шунтирующим транзистором 4 осуществлять,с помощью допол-. нительной обмотки 9 дросселя 5 сгла-, 55 живающвго фильтра (фиг.2) . Bo включениом состоянии. регулирующего транзистора 1 напряжение дополнительной обмотки 9 .поддерживает шунтнрующий транзистор 4 в закрытом состоянии. На следующем этапе блок 8 управлейия подает на регулирующий транзистор 1 запирающее напряжение и в нем начинается процесс рассаоывания избыточных носителей заряда. Только после выхода транзистора 1 из насыщения происходит45 смена полярности напряжений на обмотках 6 и 9 дросселя 5(на фиг.2 показана в скобках) и на транзистор 4 подается открывающее напряжение. Бла:годаря наличию дополнительного диода 50

3 отпирание шунтирунщвго транзистора

4 возможно только при изменении направления намагничивающвго тока в обмотке б дросселя 5 на обратное.

В следующем периоде блок 8 управ- 55 ления открывает регулирующий транзистор 1. Появление сквозного тока, обусловленного процессом рассасывания в обратном диоде 2, если. режим номинальной йагрузки, или в шунтирующвм транзисторе 4, вслн режим холостого хода, предотвращается индуктивностью обмотки 12 токоограни чивающего дросселя 11. Однако только на этом роль дросселя ll нв заканчивается. В отличив от известного устройства назначение дросселя 11 заключается н в том, чтобы дать возможность напряжению на обмотке б и соответственно -на обмотке 9 сменить полярность. Быстрая смена полярности на обмотке 9 помогает форсировать процесс эапирания шунтнрующего транзистора 4, если на предыдущем этапе он был открыт. Еще в большей степени уменьшить вероятность возникновения сквозного тока можно с помощью дополнительной обмотки 14 токоограничивающего дросселя 11, включенной последовательно с дополнительной обмоткой 9 дроссвля 5 сглаживающего фильтра.

Появляккаився напряжения на обмотках 9 и 14 прн включении регулирующего транзистора 1 складываются и интенсивно запирают шунтирующнй тран зистор 4.

Диод 13 служит для ограничения перенапряжвння, создаваемого обмоткой

12 прн разряде нндуктнэности дросселя 11.

По сравнению с известным предлагаеьвнй импульсный стабилизатор и и ряжения проще, так как блок управления имеет только один выход для рвгулирунщвго транзистора. Отпадает необходимость в спвциальном формирователе импульсов для шунтнрунщего транзистора, qxeMe, предотвращающей вго включение при прямом направлении тока через дроссель сглаживающего фильтра, предложенный импульсный стабилизатор имеет больший КПД, поскольку в нем исключены динамические потери мощности, обусловлвнныв сквоэнымн . токами через транзисторы.

Формула изобретения

1. Импульсный стабилизатор посто янного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, шунтнрованный диодом и включвнный последовательно с выходом стабилизатора через Д(„Сфильтр, шунтирующий транзистор, включенный между одним из электродов диода Д(.С-фильтра и общей шиной стабилизатора, н блок управления, соединенный с базами упомянутых транэио. торов, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения КПД и упрощения стабилизатора, в него введен дополнительный диод, включенный последовательно с диодом Д(,С-фильтра между другим его электродом к общей шиной, причем база шунтирующвго транзистора подключена к соединенным . электродам указанных диодов, эмиттер подключен к общей шинв, а между выходами блока управления и базами обоих транзисторов включены резисторы, 2. Стабилизатор по п.l, о т-л ич а ю щ н и с я тем, что в него введен токоограничнвающий дроссель, 7 ° 991390 8 включенный между общей шиной и сое-. токоограничивающий дроссель выполней диненными эмиттером шунтирукщего двухобмоточным, причем его дополнитранзистора и электродОм дополнительно тельная,обмотка включена последова го диода и шунтированный дополнительно тельно с дополнительной обмоткой введенной цепью из последовательно вклю- дросселя д С-фильтра. ченных резистора и диода, при этом 5 дроссель Д4С-фильтра выполнен двух- Источникк информации, обмоточным и его дополнительная об- принятые во внимание при экспертизе мотка образует выход блока управле- 1. Авторское свидетельство СССР ния, подключенный к базе шунтирующего в 235113, кл. 6 05 9 1/56, 1965 ° транзистора. Щ 2. Авторское свидетельство СССР

3. Стабилизатор по nn.l и 2, Р 160729, кл, G: 05 F 1/54, 1962 отличающийся тем, что,. (прототип) .

ЭНИИПИ Заказ 131/65 Тираж S72 . Подписное

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