RU2807298C1 - Стабилизатор напряжения постоянного тока - Google Patents
Стабилизатор напряжения постоянного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807298C1 RU2807298C1 RU2022132631A RU2022132631A RU2807298C1 RU 2807298 C1 RU2807298 C1 RU 2807298C1 RU 2022132631 A RU2022132631 A RU 2022132631A RU 2022132631 A RU2022132631 A RU 2022132631A RU 2807298 C1 RU2807298 C1 RU 2807298C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control system
- inputs
- stabilizer
- autonomous inverter
- transformer
- Prior art date
Links
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 102000004129 N-Type Calcium Channels Human genes 0.000 description 2
- 108090000699 N-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности. Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит автономный инвертор, однофазный трансформатор, выпрямитель, систему управления. Автономный инвертор содержит первый и второй МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа. Однофазный трансформатор содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках. Выпрямитель содержит первый и второй диоды. Система управления содержит генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, магнитодиод, RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор. 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока.
Уровень техники
Известно устройство стабилизации напряжения постоянного тока (патент RU №208070, МПК H02M 3/337) содержащее первый и второй МДП транзисторы с индуцированным каналом n-типа, однофазный трансформатор со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, первый и второй диод, систему управления. Система управления содержит делитель напряжения, генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов.
Недостатком устройства является невозможность принудительного регулирования выходного напряжения стабилизатора.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор напряжения постоянного тока (патент RU №2626462, МПК H02M 3/337).
Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит: автономный инвертор, однофазный трансформатор, выпрямитель, систему управления, при этом однофазный трансформатор содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов автономного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходным выводом стабилизатора, вторым и четвертым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов автономного инвертора соединены, соответственно, с началом и концом первичной обмотки трансформатора, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды выпрямителя соединены и являются первым выходным выводом стабилизатора и третьим входом системы управления, содержащей генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, магнитодиод, выполняющий функции делителя напряжения, RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения использованы в качестве первого и второго входов системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления, в воздушном зазоре магнитопровода, являющегося сердечником катушки в RL-цепи и дополнительной разомкнутой катушки, размещен магнитодиод, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока последовательно с резистором, при этом анод и катод магнитодиода соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов
Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная:
- реализацией автономного инвертора на базе биполярных транзисторов, приборов, управляемых током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим напрямую связан с величиной коммутируемого тока;
- сложностью системы управления, в силу использования усилителей импульсов.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности.
Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий автономный инвертор, однофазный трансформатор, выпрямитель, систему управления, при этом однофазный трансформатор содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, выпрямитель содержит первый и второй диоды, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, магнитодиод, выполняющий функции делителя напряжения, RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с первым и вторым входами автономного инвертора, со средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходным выводом стабилизатора, вторым и четвертым входами системы управления, первый и второй выходы автономного инвертора соединены, соответственно, с началом и концом первичной обмотки трансформатора, третий и четвертый входы автономного инвертора соединены, соответственно, с первым и вторым выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды выпрямителя соединены и являются первым выходным выводом стабилизатора и третьим входом системы управления, первый и второй входы генератора пилообразного напряжения использованы в качестве первого и второго входов системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым выходами системы управления, в воздушном зазоре магнитопровода, являющегося сердечником катушки в RL-цепи и дополнительной разомкнутой катушки, размещен магнитодиод, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока последовательно с резистором, при этом анод и катод магнитодиода соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов, введены первый и второй МДП транзисторы с индуцированным каналом n-типа, стоки которых служат, соответственно, первым и вторым входами автономного инвертора, истоки первого и второго МДП транзисторов с индуцированным каналом n-типа служат, соответственно, первым и вторым выходами автономного инвертора, затворы первого и второго МДП транзисторов с индуцированным каналом n-типа служат, соответственно, третьим и четвертым входами автономного инвертора.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения постоянного тока.
На фиг. 2 представлены диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы управления стабилизатором.
Осуществление изобретения
Стабилизатор напряжения постоянного тока (фиг. 1) содержит: автономный инвертор 1, однофазный трансформатор 2, выпрямитель 3, систему управления 4.
Автономный инвертор 1 содержит первый МДП транзистор 5 с индуцированным каналом n-типа, второй МДП транзистор 6 с индуцированным каналом n-типа, стоки которых служат, соответственно, первым и вторым входами автономного инвертора 1, истоки первого и второго МДП транзисторов с индуцированным каналом n-типа служат, соответственно, первым и вторым выходами автономного инвертора 1, затворы первого и второго МДП транзисторов с индуцированным каналом n-типа служат, соответственно, третьим и четвертым входами автономного инвертора 1.
Однофазный трансформатор 2 содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках.
Выпрямитель 3 содержит первый диод 7 и второй диод 8, аноды которых служат, соответственно, первым и вторым входами выпрямителя 3, а катоды, соединенные вместе, служат выходом выпрямителя 3.
Система управления 4 содержит генератор пилообразного напряжения 9, формирователь импульсов 10, распределитель импульсов 11, магнитодиод 12, выполняющий функции делителя напряжения, RL-цепь 13, магнитопровод 14 с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку 15, источник постоянного тока 16, резистор 17, при этом первый и второй входы генератора пилообразного напряжения 9 использованы в качестве первого и второго входов системы управления 4, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи 13, выход генератора пилообразного напряжения 9 соединен с первым входом формирователя импульсов 10, выход формирователя импульсов 10 соединен через распределитель импульсов 11 с первым и вторым выходами системы управления 4, в воздушном зазоре магнитопровода 14, являющегося сердечником катушки в RL-цепи 13 и дополнительной разомкнутой катушки 15, размещен магнитодиод 12, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока 16 последовательно с резистором 17, при этом анод и катод магнитодиода 12 соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов 10.
Первый входной вывод стабилизатора соединен с первым и вторым входами автономного инвертора 1, со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 2 и первым входом системы управления 4, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора 2, вторым выходом стабилизатора, вторым и четвертым входом системы управления 4, первый и второй выходы автономного инвертора 1 соединены, соответственно, с началом и концом первичной обмотки трансформатора 2, третий и четвертый входы автономного инвертора 1 соединены, соответственно, с первым и вторым выходами системы управления 4, начало и конец вторичной обмотки трансформатора 2 соединены, соответственно, с первым и вторым входами выпрямителя 3, выход которого соединен с первым выходным выводом стабилизатора и третьим входом системы управления 4.
Стабилизатор напряжения постоянного тока работает следующим образом.
С выхода генератора пилообразного напряжения 9, вход которого соединен с входными выводами стабилизатора, сигнал UГПН (фиг.2, а) поступает на первый вход формирователя импульсов 10, на второй вход которого поступает сигнал от магнитодиода 12 UМД (фиг.2, а), подключенного в прямом направлении к источнику постоянного напряжения 16 последовательно с резистором 17. Когда UГПН>UМД на выходе формирователя импульсов 10 формируется управляющий сигнал UФИ (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 11 поступает на затворы МДП транзисторов 5, 6 с индуцированным каналом n-типа. К примеру, если напряжение на выходных выводах стабилизатора уменьшится, то и уменьшится ток в RL-цепи, следовательно, уменьшится магнитный поток через магнитопровод, что вызовет уменьшение напряжения магнитодиода UМД (фиг.2, в), уменьшится угол управления транзисторами с α1 до α2 (фиг.2, б, г). Временной интервал открытого состояния транзисторов 5 и 6 увеличится, значит, увеличится выходное напряжение выпрямителя UB и, соответственно, выходное напряжение стабилизатора UВЫХ.
Также в устройстве возможно принудительное регулирование выходного напряжения посредством подключения некоторой ЭДС к зажимам дополнительной разомкнутой катушки 15, при этом ток, протекающий в дополнительной разомкнутой катушке 15, индуцирует магнитный поток в магнитопроводе 14, который в зависимости от полярности подключаемой ЭДС может как увеличивать, так и уменьшать магнитный поток, падающий на магнитодиод 12, что будет вызывать или увеличение, или уменьшение временного интервала открытого состояния транзисторов 5 и 6, а значит, увеличится/уменьшится выходное напряжение стабилизатора.
В случае прототипа имеет место относительно низкий КПД. Это обусловлено реализацией схемы автономного инвертора 1 на базе биполярных транзисторов. Так как биполярные транзисторы - это приборы, управляемые током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим, напрямую связан с величиной коммутируемого тока. А попытка снижения транзисторами собственного энергопотребления (повышения КПД устройства) за счет использования транзисторов с меньшим током базы (а значит, и меньшей допустимой мощностью рассеивания - неизбежно повысит требования к увеличению теплоотвода), повлечет снижение надежности устройства.
В то же время МДП транзисторы с индуцированным каналом характеризуются рядом преимуществ относительно биполярных транзисторов (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с.19):
- управление напряжением (высокое сопротивление со стороны затвора, ток затвора практически равен нулю);
- высокая скорость переключения;
- почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость переключения);
- очень малая вероятность теплового саморазогрева;
- очень малая вероятность вторичного пробоя;
- допустимость резкого изменения тока стока.
А значит, предлагаемое устройство, в схеме автономного инвертора 1 которого использованы МДП транзисторы 5 и 6, при той же величине коммутируемой мощности, что и в случае прототипа, будет характеризоваться более высоким значением как КПД, так и, прежде всего, надежностью.
Немаловажный вклад в повышение как надежности, так и КПД предлагаемого устройства вносит факт упрощения схемы системы управления 4.
Система управления 4 предлагаемого устройства, в отличие от прототипа, не содержит двух усилителей импульсов, так как токи управления МДП транзисторов 5 и 6 практически равны нулю.
Claims (1)
- Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит автономный инвертор, однофазный трансформатор, выпрямитель, систему управления, при этом однофазный трансформатор содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, выпрямитель содержит первый и второй диоды, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, магнитодиод, выполняющий функции делителя напряжения, RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с первым и вторым входами автономного инвертора, со средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходным выводом стабилизатора, вторым и четвертым входами системы управления, первый и второй выходы автономного инвертора соединены, соответственно, с началом и концом первичной обмотки трансформатора, третий и четвертый входы автономного инвертора соединены, соответственно, с первым и вторым выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды выпрямителя соединены и являются первым выходным выводом стабилизатора и третьим входом системы управления, первый и второй входы генератора пилообразного напряжения использованы в качестве первого и второго входов системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым выходами системы управления, в воздушном зазоре магнитопровода, являющегося сердечником катушки в RL-цепи и дополнительной разомкнутой катушки, размещен магнитодиод, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока последовательно с резистором, при этом анод и катод магнитодиода соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов, отличающийся тем, что в устройство введены первый и второй МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа, стоки которых служат, соответственно, первым и вторым входами автономного инвертора, истоки первого и второго МДП-транзисторов с индуцированным каналом n-типа служат, соответственно, первым и вторым выходами автономного инвертора, затворы первого и второго МДП-транзисторов с индуцированным каналом n-типа служат, соответственно, третьим и четвертым входами автономного инвертора.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807298C1 true RU2807298C1 (ru) | 2023-11-13 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7130203B2 (en) * | 2002-04-30 | 2006-10-31 | Det International Holding Limited | Switching power supply with a snubber circuit |
| RU2367081C1 (ru) * | 2008-01-09 | 2009-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (ФГУП "ВНИИ "Сигнал") | Двухтактный транзисторный преобразователь |
| US8885366B2 (en) * | 2011-12-06 | 2014-11-11 | Industrial Technology Research Institute | DC-to-DC voltage regulator and its operating method thereof |
| RU2626462C1 (ru) * | 2016-09-27 | 2017-07-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" | Стабилизатор напряжения постоянного тока |
| RU208070U1 (ru) * | 2021-09-28 | 2021-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» | Устройство стабилизации напряжения постоянного тока |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7130203B2 (en) * | 2002-04-30 | 2006-10-31 | Det International Holding Limited | Switching power supply with a snubber circuit |
| RU2367081C1 (ru) * | 2008-01-09 | 2009-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (ФГУП "ВНИИ "Сигнал") | Двухтактный транзисторный преобразователь |
| US8885366B2 (en) * | 2011-12-06 | 2014-11-11 | Industrial Technology Research Institute | DC-to-DC voltage regulator and its operating method thereof |
| RU2626462C1 (ru) * | 2016-09-27 | 2017-07-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" | Стабилизатор напряжения постоянного тока |
| RU208070U1 (ru) * | 2021-09-28 | 2021-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» | Устройство стабилизации напряжения постоянного тока |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6563725B2 (en) | Apparatus and method for control and driving BJT used as synchronous rectifier | |
| US5818704A (en) | Synchronizing/driving circuit for a forward synchronous rectifier | |
| US6356059B1 (en) | Buck converter with normally off JFET | |
| CN110707930B (zh) | Dc/dc变换器 | |
| US11342843B2 (en) | Boost converter and control method | |
| AU2017394665A1 (en) | Transformer based gate drive circuit | |
| US11095229B1 (en) | High switching frequency direct AC to AC converter | |
| RU2807298C1 (ru) | Стабилизатор напряжения постоянного тока | |
| US20200266726A1 (en) | Rectifier circuit and power supply unit | |
| US10263533B2 (en) | Gated thyristor power device having a rapid turn off time | |
| JP6803993B2 (ja) | 直流電圧変換器、および直流電圧変換器の作動方法 | |
| RU208070U1 (ru) | Устройство стабилизации напряжения постоянного тока | |
| CN115776245A (zh) | 电压转换器 | |
| US11223281B2 (en) | Rectifier circuit and power supply unit | |
| US11107936B2 (en) | Output voltage control circuit device for plurality of power supply cells connected in series | |
| RU2190293C2 (ru) | Источник питания | |
| RU2818293C1 (ru) | Двухтактный преобразователь постоянного напряжения | |
| RU2818294C1 (ru) | Двухтактный преобразователь постоянного напряжения с удвоением тока | |
| WO2019039064A1 (ja) | 半導体電力変換回路、並びにそれを用いた半導体装置及びモータ駆動装置 | |
| JPS6059973A (ja) | スイツチングレギユレ−タ | |
| SU1725352A1 (ru) | Преобразователь переменного напр жени в посто нное | |
| RU2809335C1 (ru) | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
| RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
| RU2794751C1 (ru) | Импульсный стабилизатор напряжения | |
| RU2331961C1 (ru) | Двухтактный инвертор |