RU1778892C - Устройство дл стабилизации переменного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к электротехнике, в частности преобразовательной технике. Сущность изобретени : стабилизаци  напр жени  осуществл етс  за счет попеременного включени  первого и второго ключей переменного тока на транзисторах , один из которых закорачивает первичную обмотку трансформатора, а другой подключает ее к сети. Управление транзисторами осуществл етс  блоком обратной св зи, блоком управлени  и трем  формировател ми импульсов с трансформаторами на выходе При перегрузках транзисторы выход т из насыщени , что приводит к уменьшению напр жени  на обмотках вспомогательного трансформатора, при этом уменьшаетс  базовый ток и происходит лавинный процесс выключени  бил

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности преобразовательной технике дл  стабилизации переменного напр жени  и может примен тьс  в качестве источника питани  потребителей переменного тока.

Стабилизатор переменного напр жени  содержит согласующий трансформатор , силова  вторична  обмотка которого подключена к выходным выводам, вспомогательный трансформатор, вторична  обмотка которого включена последовательно с питающей сетью, и ключи переменного тока, св зывающие отпайки первичной и вторичной обмоток вспомогательного и согласующего трансформатора. За счет ключей переменного тока осуществл етс  изменение напр жени  на вторичной обмотке вспомогательного трансформатора в зависимости от величины напр жени  на

входных выводах В качестве ключей переменного тока могут примен тьс  как тиристоры , так и транзисторы. На этой структуре может реализоватьс  дискретный стабилизатор и стабилизатор с ШИМ, обеспечивающий повышенную стабильность выходного напр жени .

Недостатком данного технического решени   вл етс  низка  надежность и КПД при реализации ШИМ особенно при малой мощности стабилизатора (до 200-300 Вт), когда блок управлени  достаточно сложный и требует дл  себ  вспомогательный источник .

Кроме того, здесь не рассмотрены вопросы устранени  сквозных токов и самозащиты транзисторов при перегрузке по току.

Стабилизатор переменного напр жени  содержит вспомогательный трансферVJ

4 00

оо

Ю

ю

матор, вторична  обмотка которого включена последовательно с питающей сетью в цепь нагрузки, фильтр переменного тока, согласующий трансформатор, вторична  обмотка которого подключена к выходным выводам, двухтактный реверсивный усилитель , вход которого через выпр митель св зан со вспомогательной вторичной обмоткой согласующего трансформатора, а выход- с первичными обмотками вспомогательного трансформатора, блок управлени , включающий датчик рассогласовани  и широтно-импульсный модул тор, обеспечивающий необходимый закон управлени  ключами усилител .

Недостатком данного технического решени   вл етс  низка  надежность и КПД особенно дл  стабилизаторов малой мощности (до 200-300 Вт), когда достаточно сложный блок управлени  требует вспомогательный источник питани  большой мощности . Кроме того рассматриваемый преобразователь работает до определенного соотношени  длительности режимов вольтодобавки и вольтоотбавки (при наличии конденсатора на выходе выпр мител ). Необходимым условием при этом должно быть, что длительность режима вольтоотбавки не должна превышать длительности режима вольтодобэвки.

Кроме того не рассмотрены вопросы устранени  сквозных токов и самозащиты транзисторов при перегрузках по току.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  стабилизатор переменного напр жени , содержащий трансформатор, первична  обмотка которого подключена через первый ключ переменного тока по входным выводам, а вторична  через фильтр переменного тока - к выходным выводам , и блок управлени . При этом вторична  обмотка указанного трансформатора эашунтировэна вторым ключом переменного тока, работающего в противофазе с первым ключом переменного тока, обеспечивающего протекание тока нагрузки при выключенном первом ключе переменного тока и сохран ющего форму напр жени  на входе фильтра переменного тока независимо от параметров нагрузки.

Недостатком данного технического решени   вл етс  низка  надежность и КПД особенно при малых мощност х стабилизатора (до 200-300 Вт). Обусловлено это во- первых, относительно сложным блоком управлени , дл  которого необходимо иметь источник питани , во-вторых, необходимо решать проблему устранени  сквозных токов в ключах переменного тока, обусловленную различным временем включени  и выключени  транзисторов ключей переменного тока, в-третьих, повышенными потер ми энергии за счет коммутации всей мощности нагрузки. Последний недостаток

при заданном диапазоне регулировани  выходного напр жени  в практических вариантах устран ют за счет введени  согласующего трансформатора, вторична  обмотка которого включена последователь0 но со вторичной обмоткой рассмотренного трансформатора.

Кроме того, здесь не решены вопросы самозащиты транзисторов при перегрузке по току.

5 Целью предлагаемого технического решени   вл етс  повышение надежности и КПД за счет упрощени  блока управлени  со своим источником питани , устранени  сквозных токов в транзисторах при их ком0 мутации и самозащиты транзисторов при перегрузках по току.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  стабилизации переменного напр жени , содержащее повышающий

5 трансформатор, первична  обмотка которого подключена через первый ключ переменного тока на транзисторе к входным выводам, а вторична  обмотка включена последовательно в цепь между первым вход0 ным выводом и входным выводом фильтра, другой входной вывод которого соединен со вторым входным выводом, а его выходные выводы образуют выходные выводы, второй ключ переменного тока на транзисторе,

5 шунтирующий одну из обмоток повышающего трансформатора, блок обратной св зи, включающий датчик рассогласовани , соединенный входом через выпр митель и дополнительный трансформатор с выходными

0 выводэми а выходом с усилителем мощности и блок управлени , включающий генератор импульсов с выходным трансформатором, дополнительно введены три формировател  импульсов с трансфор5 маторами на выходе, два вспомогательных трансформатора, насыщающийс  трансформатор на двух магнитопроводах с пр моугольной петлей гистерезиса, на каждом из которых расположены обмотки управле0 ни , а рабоча  обмотка намотана на оба магнитопровода одновременно и имеет среднюю точку, подключенную к базе транзистора первого ключа переменного тока, блок управлени  выполнен в виде последо5 вательно соединенных генератора импульсов , триггера, разноименные выходы которого соединены через соответствующие одновибраторы с сумматором, выход которого образует первый выход блока управлени  и св зан со входом третьего формировател  импульсов, кроме того разноименные выходы триггера соединены через соответствующие предварительные усилители со входом основного усилител , трансформатор на выходе которого  вл етс  выходным трансформатором блока управлени , при этом концы рабочей обмотки на- сыщаюицегос  трансформатора через введенные коммутирующие диоды подключены к концам первой вторичной обмотки выходного трансформатора блока управлени , средн   точка которой подключена к эмиттеру транзистора первого ключа переменного токз, две первичные обмотки первого вспомогательного трансформатора соединены последовательно со второй и третьей вторичными обмотками выходного трансформатора блока управлени , сформированна  цепь через введенные первые отсекающие диоды подключена к коллек- торно-эмиттерному переходу транзистора первого ключа переменного тока и через введенные вторые отсекающие диоды - ко входу первого формировател  импульсов, вторична  обмотка трансформатора которого через введенный первый вспомогательный диод св зана с базо-змиттерным переходом транзистора второго ключа переменного тока, а две вторичные обмотки первого вспомогательного трансформатора через введенные первые выпр мительные диоды св заны с базо-змиттеркым переходом транзистора первого ключа переменного тока, первичные обмотки второго вспомогательного трансформатора соединены последовательно с четвертой и п той вторичными обмотками выходного трансформатора блока управлени  и образованна  цепь через введенные третьи отсекающие диоды подключена к коллек- торно-эмиттерному переходу транзистора второго ключа переменного тока и через четвертые отсекающие диоды - ко входу второго формировател  импульсов вторична  обмотка трансформатора которого через введенный второй вспомогательный диодсв зана сбазо-эмиттерным переходом транзистора первого ключа переменного тока, а две вторичные обмотки второго вспомогательного трансформатора через введенные вторые выпр мительные диоды св заны с базо-эмиттерным переходом транзистора второго ключа переменного тока , вторична  обмотка трансформатора третьего формировател  имгульсов через введенный третий вспомогательный диод подключена к бэзо-змиттерному переходу транзистора второго ключа переменного тока , обмотки упргвлени  насыщающегос  трансформатора соединены встречно-последовательно между собой и подключены к выходу усилител  мощности блока обратной св зи.

На фиг. 1 представлена схема предлага- емого устройства; на фиг. 2 - блок управлени  и третий формирователь импульсов; на фиг. 3 - первый формирователь импульсов (второй выполнен на этой же схеме); на фиг.

0 4-блок обратной св зи; на фиг. 5-диаграммы напр жений на элементах схемы; на фиг. 6 - диаграммы импульсов управлени .

5Устройство содержит (см. фиг.1) повышающий трансформатор 1, первична  обмотка которого подключена через первый ключ переменного тока на транзисторе 2 к входным выводам 3,4, а вторична  обмотка

0 5 включена последовательно в цепь между первым входным выводом 3 и первым входным выводом фильтра 6, другой входной вывод которого соединен со вторым входным выводом 4. а его выходные выводы об5 разуют выходные выводы, второй ключ переменного тока на транзисторе 7, шунтирующий одну из обмоток согласующего трансформатора 1, блок обратной св зи 8 и блок управлени  9, три формировател  им0 пульсов 10, 11, 12 с. трансформаторами 13, 14, 15 на выходе, два вспомогательных трансформатора 13, 17, насыщающийс  трансформатор на двух магнитог.роводах 18, 18с пр моугольной пптлей гистерезиса,

5 на каждом из которых распслохены обмотки управлени  20, 21, а ра5о1.Јч иЗмотка 22 намотана на оба магчитсмровода 18, 19 одновременно и :-,меет среднюю точку, подключенную к базе транзистора 2 первого

0 ключа переменного тока, концы рабочей обмотки 22 насыщающегос  трансформатора через коммутирующие диоды 23.24 подключены к концам первой вторичной обмотки 25 выходного трансформатора 26 блок управлени  9, средн   точка которой подключена

5 к эмиттеру транзистора 2 первого ключа переменного тока, дзе первичные обмотки 27, 28 первого вспомогательного трансформатора 16 соединены последовательно со второй 29 и третьей 30 вторичными обмотками

0 выходного трансформатора 26 блока управлени , сформированна  цепь через первые отсекающие диоды 31, 32 подключена к кол- лекторно-э ииттерному переходу транзистора 2 первого ключа переменного тока и

5 через вторые отсекающие диоды 33, 34 - ко входу первого формировател  импульсов 10, вторична  обмотка 35 трансформатора 13 которого через первый вспомогательный диод 3G св зана с базо-змиттерным переходом транзистора 7 второго ключа переменного тока, а две вторичные обмотка 37, 38 первого вспомогательного трансформатора

16через первые выпр мительные диоды 39, 40 св заны с базо-эмиттерным переходом транзистора 2 первого ключа переменного тока, первичные обмотки 41, 42 второго вспомогательного трансформатора 17 сое- динены последовательно с четвертой 43 и п той 44 вторичными обмотками выходного трансформатора 26 блока управлени  9 и образованна  цепь через третьи отсекающие диоды 45, 46 подключена к коллектор- но-эмиттерному переходу транзистора 7 второго ключа переменного тока и через четвертые отсекающие диоды 47, 48 - ко входу второго формировател  импульсов

11, вторична  обмотка 49 трансформатора 14 которого через второй вспомогательный диод 50 св зана с базо-эмиттерным переходом транзистора 2 первого ключа переменного тока, а две вторичные обмотки 51, 52 второго вспомогательного трансформатора

17через вторые выпр мительные диоды 53, 54 св заны с базо-эмиттерным переходом транзистора 7 второго ключа переменного тока, вторична  обмотка 55 трансформатора 15 третьего формировател  импульсов 12 через третий вспомогательный диод 56 подключена к базо-эмиттерному переходу транзистора 7 второго ключа переменного тока, обмотки управлени  20, 21 насыщающегос  трансформатора соединены встречно-по- следовательно между собой и подключены

к выходу усилител  мощности блока обратной св зи 8.

При этом блок управлени  9 (см. фиг. 2) выполнен в виде последовательно соеди- ненных генератора импульсов 57, триггера 58, разноименные выходы которого соединены через соответствующие одновибрато- ры 59, 60 с сумматором 61, выход которого образует первый выход блока управлени  9 и св зан со входом третьего формировател  импульсов 12, выполненного на основе транзистора 62, кроме того разноименные выходы триггера 58 соединены через предварительные усилители мощности 63 64 со входом основного усилител  мсгЩности 65 с трансформатором 26.

На фиг. 3 представлен вариант выполнени  первого (второго) формировател  импульсов 10, который включает делитель напр жени  на резисторах 66, 67, источник опорного напр жени  на резисторе 68 и стабилитроне 69, амплитудный компаратор 70, одновибратор 71 и оконечный усилитель мощности на основе транзистора 72.

На фиг.4 представлен блок обратной св зи 8, включающий датчик рассогласовани  на резисторах 73,74, 75 и стабилитроне 76, соединенный входом через выпр митель и дополнительный трансформатор 77 с

выходными выводами, а выходом - с усилителем мощности, выполненном на операционном усилителе 78 и транзисторе 79.

На фиг. 5 представлены входное напр жение 80, напр жение 81 на обмотках повышающего трансформатора 1, напр жение 82, подаваемое на фильтр 6,

На фиг. 6 представлены напр жени : 83 - на обмотках трансформатора 26, 84 - на обмотках трансформатора 15 третьего фомрировател  импульсов, 85 - на вторичных обмотках трансформатора 14 второго формировател  импульсов, 86 - на переходе коллектор-эмиттер транзистора 2 первого ключа переменного тока, 87 - на вторичных обмотках трансформатора 13 первого формировател  импульсов, 88 - на переходе эмиттер-коллектор транзистора 7 второго ключа переменного тока.

Стабилизатор работает следующим образом . Предположим, что до момента времени to открыт транзистор 7 за счет протекани  тока от обмотки 43 трансформатора 26 блока управлени  9 по цепи 42-46-7- 43 и, следовательно, базового тока транзистора 7 за счет напр жени  вторичной обмотки 52 вспомогательного трансформатора 17, В момент времени to (см. фиг,6) по переднему фронту напр жени  83 одновибратор 60 (см. фиг,2) формирует импульс напр жени  84, обеспечивающий на вторичной обмотке 55 трансформатора 15 запирающее напр жение дл  транзистора 7 длительностью to-t2 достаточной дл  выключени  указанного транзистора при любой нагрузке. Выключение транзистора 7, например , в момент времени ti, приводит к сн тию управл ющего напр жени  с обмоток 51-52 вспомогательного трансформатора 17. При этом второй формирователь импульсов 11 формирует по фронту напр жени  запираемого транзистора 7 на вторичной обмотке 49 трансформатора 14 импульс напр жени  85, который обеспечивает включение транзистора 2 и подачу управл ющего напр жени  вторичную обмотку 3 7 вспомогательного трансформатора 16 за счет подключени  его первичной обмотки 27 к обмотке 30 трансформатора 26 блока управлени  9. При этом к правой полуобмотке 22 насыщающегос  трансформатора прикладываетс  напр жение, пропорциональное сумме напр жений обмоток 37 и правой лолуобмотки 25. В момент времени t3 насыщаютс  магнитопроводы 18, 19 насыщающегос  трансформатора и до момента времени м к базо-эмиттерному переходу транзистора 2 прикладываетс  запирающее напр жение правой полуобмотки 25, точнее (U25-U24U22 ). В момент выключени  t3 транзистора 2 первый формирователь импульсов 10 формирует на вторичной обмотке 35 трансформатора 13 импульс напр жени  87, который обеспечивает включение транзистора 7. При включении указанного транзистора к первичной обмотке 41 вспомогательного трансформатора 17 прикладываетс  напр жение обмотки 44 трансформатора 26 блока управлени , что обеспечивает поддержание базового тока транзистора 7 за счет напр жени  обмотки 51 вспомогательного трансформатора 17. 8 момент времени t4 измен етс  пол рность напр жени  на обмотках трансформатора 26 блока управлени  9, на выходной обмотке 55 трансформатора 15 третьего формировател  импульсов 12 формируетс  импульс 84 длительностью t4-te и подаетс  в-запирающей пол рности на транзистор 7. В момент времени ts транзистор 7 выключаетс , снимаетс  напр жение с обмоток 51 и 52 трансформатора 17, второй формирователь импульсов выдает на вторичную обмотку 49 трансформатора 14 импульс напр жени  85, который обеспечивает включение транзистора 2. Далее рабочий цикл повтор етс . Дл  стабилизации выходного напр жени  заведена отрицательна  обратна  св зь по выходному напр жению следующим образом . Выходное напр жение (см. фиг,4)через трансформатор и выпр митель 77 поступает на датчик рассогласовани  73-76, выходное напр жение которого усиливаетс  по мощности операционным усилителем 78 и транзистором 79 и подаетс  на обмотки управлени  20, 21. Предположим, что выходное напр жение по каким-то причинам увеличилось, что приводит к увеличению тока подмагничивзни  насыщающегос  трансформатора и, следовательно, к уменьшению времени насыщени  ti-t3(cM, фиг. 6) транзистора 2 и уменьшению выходного напр жени . Рассмотренна  обратна  св зь реализует классическую отрицательную обратную св зь по отклонению выходного параметра .

Таким образом, предлагаемое техническое решение выгодно отличаетс  от прототипа повышенным КПД и надежностью за счет отсутстви  в схеме сквозных токов, упрощенным блоком управлени , не требующего дл  себ  мощного вспомогательного источника питань , и самозащитой транзисторов при коротких замыкани х в нагрузке. Последнее свойство про вл етс  а том, что при перегрузках транзистор выходит из насыщени , что приводит к уменьшению напр жени  на обмотках 37, 38. (51. 52} вспомогательного трансформатора. Это

еще больше приводит к уменьшению базового тока, т.е. происходит лавинный процесс выключени  транзистора при перегрузках. Фор мула изобретен и  

Устройство дл  стабилизации переменного напр жени , содержащее повышающий трансформатор, первична  обмотка которого подключена через первый ключ пе0 ременного тока на транзисторе к входным выводам, а вторична  обмотка включена последовательно в цепь между первым входным выводом и входным выводом фильтра, другой входной вывод которого соединен с

5 вторым входным выводом, а его выходные выводы образуют выходные выводы, второй ключ переменного тока на транзисторе, шунтирующий одну из обмоток согласующего трансформатора, блок обратной св зи,

0 включающий датчик рассогласовани , соединенный входом через выпр митель и дополнительный трансформатор с выходными выводами, а выходом - с усилителем мощности и блок управлени , включающий гене5 ратор импульсов с выходным трансформатором, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и КПД, дополнительно введены три формировател  импульсов г, трансформаторами нз выходе,

0 два вспомогательных трансформатора, насыщающийс  трансформатор на двух маг- нитопроводах с пр моугольной петлей гистерезиса, на каждом из к ел орых расположены обмотки управлени , з оабочз  обмот5 ка намотена на оба мггч топроаода одновременно и имеет среднюю точку, подключенную к базе транзистора первого клю ча переменного тока, блок управлени  выполнен в виде последовательно соеди0 ненных генератора импульсов, триггера, разноименные выходы которого соединены через соответствующие одновибрзторы с сумматором, выход которого образует первый выход блока управлени  и св зан с вхо5 дом третьего формировател  импульсов, кроме того разноименные выходы триггера соединены через соответствующие предварительные усилители с входом основного усилител , трансформатор на выходе кото0 рого  вл етс  выходные трансформатором блока управлени , при этом концы рабочей обмотки насыщающегос  трансформатора через введенные коммутирующие диоды подключены к концам первой вторичной об5 мотки выходного трансформатора блока управлени , средн   точка которой подключена к эмиттеру транзистора первого ключа переменного тока, дзе первичные обмотки первого вспомогательного трансформатора соединены последовательно с

второй и третьей вторичными обмотками выходного трансформатора блока управлени , сформированна  цепь через введенные первые отсекающие диоды подключена к коллекторно-эмиттерному переходу транзистора первого ключа переменного тока и через введенные вторые отсекающие диоды - к входу первого формировател  импульсов , вторична  обмотка трансформатора которого через введенный первый вспомогательный диод св зана с базоэмнт- терным переходом транзистора второго ключа переменного тока, а две вторичные обмотки первого вспомогательного трансформатора через введенные первые выпр - мительные диоды св заны с базоэмиттерным переходом транзистора первого ключа переменного тока, первичные обмотки второго вспомогательного трансформатора соединены последовательно с четвертой и п той вторичными обмотками выходного трансформатора блока управлени  и образованна  цепь через введенные третьи отсекающие диоды подключена к коллекторно-эмиттерному переходу транзистора второго ключа переменного тока и через четвертые отсекающие диоды - к входу второго формировател  импульсов.

вторична  обмотка трансформатора которого через введенный второй вспомогательный диод св зана с базоэмиттерным переходом транзистора первого ключа переменного тока, а две вторичные обмотки

второго вспомогательного трансформатора через введенные вторые выпр мительные диоды св заны с базоэмигтерным переходом транзистора второго ключа переменного тока, вторична  обмотка трансформатора третьего формировател  импульсов через введенный третий вспомогательный диод подключена к базоэмиттерному переходу транзистора второго ключа переменного

тока, обмотки управлени  насыщающегос  трансформатора соединены встречно последовательно между собой и подключены к выходу усилител  мощности блока обратной св зи.

Pvr.

IM

/А,

Uпи г.}

Фиг. 3

t/ы/х

tS

ФигЛ

&.

81

л ft

Par 5

/

&