CS258977B1 - Zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého nebo stejnosměrného napětí - Google Patents

Abstract

Výstup qapájecího obvodu je přes hlavní usměrňovač a sekundární obvod transformačního bloku připojen k filtru, který je dále spojen s výstupními svorkami, Primární obvod transformačního bloku je připojen gřes pomocný usměrňovači blok k výstupu řídicího obvodu, jehož vstup je sgojen s výstupními svorkami. Transformační blok lze nejjednodušeji vytvořit transformátorem, jehož sekundární vinutí tvoří sekundární obvod transformačního bloku a primární vinutí transformátoru představuje primární obvod transformačního bloku. Do serie s primárním vinutím může být zapojen pomocný střídavý zdroj.

Description

Vynález se týká zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého nebo stejnosměrného napětí, u něhož se řeší regulační obvod.

Zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí sestávají ze střídavého napájecího obvodu a usměrňovače s filtrem nebo ze zdroje stejnosměrného napětí, které jsou '5 výstupními svorkami pro odběr stabilizovaného napětí spojeny přes regulační člen řízený zpětnovazebním obvodem. Zpětnovazební obvod je uspořádán tak, že podle velikosti výstupního napětí řídí regulační člen takovým způsobem, aby změny výstupního napětí se zmenšovaly. Takovéto zapojení je jednoduché, ale jeho nevýhodou je, še regulační člen musí být dimenzován na plný proud stabilizovaného zdroje. Další nevýhodou je, že reálné regulační členy, např. tranzistory, pracují teprve tehdy, je-li na nich dostatečný úbytek napětí, který se s rostoucím proudem většinou zvětšuje. Tím je při daném proudu určen i základní ztrátový výkon v regulačním členu, který nelze zmenšit. Tato nevýhoda se uplatňuje hlavně při malém regulačním rozsahu, tj. při malém kolísání vstupního napájecího napětí, kdy základní ztrátový výkon může být srovnatelný s celkovým výkonem ztraceným na regulačním členu. Pro snížení ztrát se také užívají impulzní stabilizátory. Jejich nevýhodou je však velká složitost, protože obsahují obvod převádějící napětí na délku

Ϊ impulzu.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení na výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého nebo stejnosměrného napětí podle vynálezu. Sestává z napájecího obvodu, který je přes hlavní usměrňovač připojen k výstupnímu zařízení tvo2

258 977 řenému výstupními svórkami nebo filtrem a výstupními svorkami. Napájecí obvod může být střídavý jednofázový i vícefázový nebo stejnosměrný. Podstatou vynálezu je, že mezi napájecí obvod a hlavní usměrňovač je zapojen sekundární obvod transformačního bloku, přičemž jeho primární obvod je propojen přes pomocný usměrňovači blok s výstupem řídícího obvodu, jehož vstup je spojen s výstupními svorkami.

Vyššího účinku podle vynálezu je dosaženo tím, že regulace napětí se provádí pomocí regulace střídavého napětí a proudu v primárním obvodu transformačního bloku. Jeho převod lze volit tak, aby napětí a proudy v primárním obvodu měly velikost odpovídající parametrům pomocného usměrňovacího bloku a řídícího obvodu. Vhodným převodem transformačního bloku lze např. docílit toho, že proudy v primárním obvodu jsou menší než v sekundárním obvodu, takže řídící obvod pracuje 3 malými proudy. Z tohoto důvodu se zmenší i základní ztrátový výkon regulačního členu řídícího obvodu určený jeho nejmenším napěťovým úbytkem. Tento nejmenší napěťový úbytek je např. u tranzistorů ve funkci regulačního členu přibližně stejný. Rovněž tak výkonová ztráta na pomocném usměrnovacím bloku je malá vzhledem k malým proudům. Lze tedy použít řídící obvod dimenzovaný na malý proud, zvýší se účinnost a zmenší se oteplení zařízení.

Další podrobnosti vynálezu jsou zřejmé z následujícího popisu a vyobrazení na výkrese.

Při popisu zapojení se bude nejprve uvažovat zapojení pro výrobu stejnosměrného napětí ze střídavého napětí, tj. bude se předpokládat, že napájecí obvod dodává střídavé napětí.

V závěru popisu bude ukázáno, že uvedené zapojení lze využít i při výrobě stejnosměrného stabilizovaného napětí ze stejnosměrného napětí, tj. i tehdy, když napájecí obvod dodává stejnosměrné napětí.

Na výkrese je znázorněno základní blokové zapojení, které objasňuje podstatu vynálezu. Výstup napájecího obvodu J je přes hlavní usměrňovač 2 a sekundární obvod transformačního bloku 2 připojen k filtru J, který je dále spojen s výstupními svorkami 6. Primární obvod transformačního bloku je propojen

- 3 258 977 přes pomocný usměrňovači blok J. k výstupu řídícího obvodu Jj, jehož vstup je spojen s výstupními svorkami 6. Transformační blok 2 3® ^v nejjednodušším případě tvořen transformátorem 30« Jeho sekundární vinutí 32 vytváří sekundární obvod transformačního bloku 2 ^a primární vinutí 31 představuje primární obvod transformačního bloku 2· Primární obvod transformačního bloku 2 však může být i složitější a může obsahovat např. i pomocný střídavý zdroj 33 zapojený do serie s primárním vinutím 31 transformátoru 30. s pomocným usměrňovacím blokem 4 a s výstupem řídícího obvodu 2·

Zapojení pracuje dále popsaným způsobem. Nejprve je uvažován případ, kdy není použit pomocný střídavý zdroj 33» ZmŠny výstupních elektrických parametrů řídícího obvodu 2» např. napětí nebo proudu, vnitřního odporu, jsou úměrné odchylkám výstupního napětí na výstupních svorkách jS od požadovanéh hodnoty a působí na pomocný usměrňovači blok Proud tekoucí z napájecího obvodu J přes hlavní usměrňovač 2 směrem k výstupním svorkám 6 protéká i sekundárním obvodem transformačního bloku 2t tj. sekundárním vinutím 32, ^a indukuje do jeho primárního vinutí 31 napětí, které působí rovněž na pomocný usměrňovači blok £ a jeho usměrněná část je přivedena na výstup řídícího obvodu 2· P° dobu vodivosti pomocného usměrňovacího bloku J se tak spojí výstup řídícího obvodu 5 s primárním obvodem transformačního bloku 2· J^e vhodné, aby orientace primárního a sekundárního obvodu transformačního bloku 2 byla volena tak, aby v části periody napájecího střídavého napětí z napájecího obvodu _1, kdy vede hlavní usměrňovač 2, mělo i napětí indukované do primárního obvodu transformačního bloku 2 takovou polaritu, že pomocný usměrňovači blok J. se stane vodivým á výstup řídícího obvodu Ji se tak připojí přes pomocný-usměrňovači blok J. k primárnímu obvodu transformačního bloku 2· Výstupem řídícího obvodu 2 prochází po dobu vodivosti pomocného usměrňovacího bloku JL proud vyvolaný napětím na primárním vinutí 31 transformačního bloku 2*

Tomuto proudu odpovídá napětí na výstupu řídícího obvodu 2 určené jeho výstupními elektrickými parametry, tj. jeho výstupní voltampérovou charakteristikou. Po dobu vodivosti pomocného

- 4 258 977 usměrňovacího bloku J; se tedy napětí na výstupu řídícího obvodu 2 propojí na primární vinutí 31 transformačního bloku 2» napěťový úbytek na pomocném usmerňovacím bloku J. ve vodivém stavu lze při popisu funkce zanedbat. Z primárního vinutí 31 transformačního bloku 2 ^se P^ak toto napětí transformuje do jeho sekundárního vinutí 32, kde působí proti napětí napájecího obvodu J. Stručně lze říci, že po dobu vodivosti pomocného usměrňovacího bloku 2 se do sekundárního vinutí 32 transformačního bloku 2 transformuje odpor, který se jeví na výstupu řídícího obvodu 2· Změnou elektrických parametrů na výstupu řídícího obvodu 2 lze proto řídit přenos napětí z napájecího obvodu J přes hlavní usměrňovač _2 směrem k výstupním svorkám 6* ^Po změně polarity střídavého napětí na výstupu napájecího obvodu J se uzavře hlavní usměrňovač 2. Současně se však změní i polarita napětí indukovaného do primárního vinutí 31 transformačního bloku 3 a uzavře se i pomocný

M * usměrňovači blok 2*

Řídící obvod 2 může být uspořádán tak, že na svém výstupu obsahuje proměnný vnitřní odpor, který se mění v závislosti na změnách napětí na výstupních svorkách j>. Výstupem řídícího obvodu 2 protéká proud usměrněný pomocným usmerňovacím blokem 2 a proto proměnný vnitřní odpor může být vytvořen polovodičovým prvkem, např. tranzistorem.

Řídící obvod 2 může být uspořádán také tak, že na svém výstupu vytváří stejnosměrné napětí úměrné odchylkám napětí na výstupních svorkách či taková polarity, že uzavírá pomocný usměrňovači blok J.. Je vhodné, když vnitřní odpor na výstupu řídícího obvodu £ je nyní malý, takže se výstup řídícího obvodu 2 chová jako zdroj napětí. Pomocný usměrňovači blok 2 ^se nyní stane vodivým teprve tehdy, až napětí na primárním vinutí 31 transformačního bloku 2 bude větší než uzavírací stejnosměrné napětí na výstupu řídícího obvodu 2* dobu vodivosti pomocného usměrňovacího bloku 2 ^se připojí stejnosměrné napětí na výstupu řídícího obvodu 2 na primární vinutí 21 transformačního bloku 2 ^a transformuje se tak opět na jeho sekundární vinutí 32, kde působí proti napětí napájecího obvodu _1.

Dosud popsaný ..způsob činnosti lze nazvat pasivním režimem, protože proud pomocným usmerňovacím blokem 4 a výstupem řídícího obvodu 2 ^se získává z napájecího obvodu J a napětí na sekundárním vinutí 32 vždy zmenšuje napájecí střídavé napětí z napájecího obvodu 1.

258 977

Transformační blok 2 lze rozšířit o pomocný střídavý zdroj 22· ^T ento zdroj je možné zapojit do jeho primárního nebo sekundárního obvodu. Při zapojení do sekundárního obvodu však lze pomocný střídavý zdroj 33 funkčně zahrnout do napájecího obvodu J, takže zapojení bude pracovat již popsaným způsobem. Vhodnější je zapojit pomocný střídavý zdroj 33 do primárního obvodu transformačního bloku 2 a to do serie s primárním vinutím 31 transformátoru 22» ^a pomocným usměrňovacím blokem 4 a s výstupem řídícího obvodu 2 jak již bylo uvedeno ^a jak je i znázorněno na obr. 1.

Tak jako dříve vzbuzovalo proud pomocným usměrňovacím blokem a výstupem řídícího obvodu napětí indukované do primárního vinutí 31 transformačního bloku 2» vzbuzuje nyní tento proud napětí pomocného střídavého zdroje 33« V období, kdy je pomocný usměrňovači blok £ vodivý, je na primárním vinutí 21 transformačního bloku 2 připojeno napětí, které se rovná rozdílu okamžité velikosti napětí pomocného střídavého zdroje 33 a napětí na výstupu řídícího obvodu j>. Napětí z primárního vinutí 31 transformačního bloku 2 ^se transformuje do jeho sekundárního vinutí 32 a při vhodné orientaci tohoto vinutí působí souhlasně s napájecím střídavým napětím z napájecího obvodu

Z uvedeného popisu vyplývá, že část střídavého napětí z pomocného střídavého zdroje 33 dodává prostřednictvím transformátoru 22 po dobu vodivosti pomocného usměrňovacího blokil· 4 energii potřebnou k regulaci výstupního napětí na výstupních svorkách 6. Velikost této energie lze ovládat výstupními parametry řídícího obvodu ji. Tento režim činnosti lze proto nazvat aktivním režimem. Je opět výhodné volit poměry v zapojení tak, aby hlavní usměrňovač 2 a pomocný usměrňovači blok byly ve vodivém stavu současně. To lze dosáhnout volbou orientace prvků v zapojení.

Lze shrnout, že výstupem řídícího obvodu 5 protéká vždy stejnosměrný proud, protože je vždy zařazen pomocný usměrňovači blok 4. Řídící obvod 2 ^se stejnosměrným výstupem lze poměrně snadno realizovat. Dále z popisu činnosti plyne, že přenos napětí z napájecího obvodu J přes hlavní usměrňovač 2 k výstupním

- 6 258 977 svorkám 6 lze řídit stejnosměrnými parametry na výstupu řídícího obvodu což je opět výhodné. Změny stejnosměrných parametrů na výstupu řídícího obvodu % jsou úměrné odchylkám výstupního napětí na výstupních svorkách od požadované hodnoty a při správně volené polaritě celkového přenosu stabilizační smyčky tvořené řídícím obvodem pomocným usměrňovacím blokem 2, transformačním blokem 2» hlavním usměrňovačem 2, filtrem 2 a výstupními svorkami 6 se potlačují změny výstupního napětí na výstupních svorkách jó.

Je výhodné, když napětí napájecího obvodu 2 i napětí pomocného střídavého zdroje 33 jsou obdélníková a mají stejný tvar i kmitočet, protože pak jsou prvky zapojení rovnoměrněji proudově zatěžovány a rovněž filtrace výstupního napětí je jednodušší.

Zapojení v aktivním režimu lze použít i tehdy, když napájecí obvod J má nulové výstupní napětí, tj. napájecí obvod J není použit, je nahrazen vodivým spojem. Pak ovšem veškerou energii na výstup dodává pomocný střídavý zdroj 33.

Dosud popisované zapojení předpokládá, že napájecí obvod 2 je proveden jako jednofázový a využívá se pouze jedna polarita střídavého napájecího napětí, takže hlavní usměrňovač 2 je realizován jako jednocestný. V tomto případě může být napájecí obvod 2 vytvořen jednoduše napájecím střídavým zdrojem 11. Pomocný usměrňovači blok 2 pak jo podobně jako hlavní usměr ňovač 2 v jednocestném provedení a je realizován nej jednodušeji prvou pomocnou diodou 411. Piltr 7 lze realizovat obvyklým způsobem, např. pouze kondenzátorem nebo obvodem LC, případně i s rekuperační diodou na vstupu.

Při vhodném provedení transformačního bloku 2» pomocného usměrňovacího bloku £ a případně i řídícího obvodu 2 lze zapojení aplikovat i tehdy, vyžaduje-li se využití obou polarit střídavého napětí napájecího obvodu 2» který může být jednofázový nebo i dvoufázový.

Doposud bylo uvažováno zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého napětí. Nyní bude ukázáno, že zapojení pracující v aktivním režimu, u kterého transformační blok 2 obsahuje pomocný střídavý zdroj 22» může pracovat i tehdy, když napájecí obvod dodává stejnosměrné napětí.

- 7 25Θ 977

Funkce obvodu se nezmění. Napětí- indukované na sekundární vinutí 32 z pomocného střídavého zdroje 33, který je připojen k primárnímu vinutí 21» se složí se stejnosměrným napětím napájecího obvodu J. Výsledné napětí nabije přes hlavní usměrňovač 2 filtr 7.

Zapojení podle vynálezu lze využít např, u vícehladinových impulzních zdrojů napětí, které jsou řešeny tak, že jednotlivá výstupní stejnosměrná napětí se získávají usměrněním a vyfiltrováním střídavých napětí získaných ze sekundárních vinutí transformátoru.' Stabilizační obvod snímá velikost napětí na jednom stejnosměrném výstupu, který má pokud možno konstantní nebo i prakticky nulový proudový odběr. Podle velikosti tohoto napětí je ovládán regulační člen, který řídí energii dodávanou na primární vinutí transformátoru. Tímto způsobem je zajištěna stabilizace všech výstupních napětí vzhledem ke změnám napájecího napětí. Výstupní napětí, ke kterému je připojen stabilizační obvod, je stabilizováno i vzhledem k proměnnému odběru proudu. Na ostatní výstupní napětí mají nepříznivý vliv úbytky napětí na usměrňovačích diodách a odporech vinutí, případně i rozptylové magnetické toky transformátoru. Nejnepřiznivěji se uplatňují usměrňovači diody, které způsobují při. proměnné zátěži změny výstupního napětí až 0,5 V, při změně zátěže na výstupu, ke kterému je připojen stabilizační obvod, mohou být změny napětí na ostatních výstupech ještě větší.Vliv odporu vinutí a rozptylového magnetického toku lze vhodnou konstrukcí transformátoru omezit.

V praxi je většinou potřebná dobrá stabilizace jenom na části výstupů, na zbývajících výstupech bývá povoleno větší kolísání napětí. U těch výstupních napětí, která mají být lépe stabilizována a je u nich nutný malý vnitřní odpor, lze použít dodatečnou stabilizaci podle vynálezu. Potřebné střídavé zdroje se snadno získají pomocí vinutí na transformátoru vícehladinového zdroje.

- 8 258 977

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Zapojení pro výrobu stejnosměrného stabilizovaného napětí ze střídavého nebo stejnosměrného napětí sestávající z napájecího obvodu, který je přes hlavní usměrňovač připojen k výstupnímu zařízení tvořenému výstupními svorkami nebo filtrem a výstupními svorkami, vyznačené tím, že mezi napájecí obvod (1) a hlavní usměrňovač (2) je zapojen sekundární obvod transformačního bloku (3), přičemž jeho primární obvod je propojen přes pomocný usměrňovači blok (4) s výstupem řídícího obvodu (5), jehož vstup je spojen s výstupními svorkami (6).

2« Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že transformační blok (3) obsahuje pomocný střídavý zdroj (33), který je zapojen do serie s primárním vinutím (31), s prvou pomocnou diodou (411) a s výstupem řídícího obvodu (5).