SU1665350A1 - Устройство дл управлени регулирующим элементом импульсного стабилизатора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники и предназначено дл  использовани  во вторичных источниках питани , в частности в стабилизированных преобразовател х. Целью изобретени   вл етс  расширение области использовани  за счет обеспечени  нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительност х открытого состо ни  регулирующего элемента. Устройство содержит трансформатор 1 тока с управл ющей 5 базовой 2 и токовой 4 обмотками, три транзисторных ключа 8, 17 и 18, обеспечивающих подключение управл ющей обмотки 5 трансформатора 1 тока к источнику 10 напр жени  в соответствующие моменты времени. В результате происходит надежное отпирание регулирующего элемента 3. Одновременно за счет введени  дифференцирующей цепочки и контура быстрого ее восстановлени , а также соответствующих св зей, нормированное по амплитуде и форсированное по времени запирание регулирующего элемента 3 обеспечиваетс  при любых длительност х его открытого состо ни  с сохранением малой мощности потреблени  устройства, что существенно расшир ет область его использовани . 2 ил.

Description

О

О СП

Сл) СЛ О

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  во вторичных источниках питани , в частности в стабилизированных преобразовател х.

Целью изобретени   вл етс  расшире- ние области использовани  за счет обеспечени  нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительност х открытого состо ни  регулирующего элемента.

На фиг. 1 представлена схема устройства дл  управлени  регулирующим элементом импульсного стабилизатора; на фиг. 2 - эпюры в контрольных точках, по сн ющие принцип работы устройства в двух режимах: в режиме большой длительности управл ющего импульса (а) и в режиме малой длительности управл ющего импульса (б).

Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор 1 тока с базовой обмоткой 2 дл  под- ключени  управл ющего входа регулирующего элемента 3, токовой обмоткой 4, а также управл ющей обмоткой 5, первый вывод которой через последовательно включенные диод 6 и резистор 7 со- единен с коллектором транзисторного ключа 8, эмиттер которого подключен к плюсовому выводу 9 источника 10 питани , а между его эмиттером и базой включен резистор 11, причем катод диода б соединен с первым выводом управл ющей обмотки 5 трансформатора 1 тока, конденсатор 12 за- шунтирован диодом 13, анод которого соединен с минусовым выводом 14 источника 10 питани . Резистор 15 включен между ка- тодом диода 6 и плюсовым выводом 9 источника 10 питани . Катод диода 13 соединен с катодом диода 6. База транзисторного ключа 8 через резистор 16 соединена с коллектором транзисторного ключа 17. Коллек- тор транзисторного ключа 18 соединен с вторым выводом управл ющей обмотки 5 трансформатора 1 тока, а его база через резистор 19 подключена к клемме 20 дл  подключени  источника управл ющих им- пульсов. Эмиттеры транзисторных ключей 17 и 18 соединены с минусовым выводом 14 источника 10 питани , база транзисторного ключа 17 через резистор 21 и конденсатор 22 соединена с клеммой 20 дл  подключе ни  источника управл ющих импульсов, причем к точке соединени  конденсатора 22 и резистора 21 подключен катод диода 23, анод которого соединен с минусовым выводом 14 источника 10 питани 

Устройство работает следующим образом .

При высоком уровне входного управл ющего сигнала в установившемс  режиме транзисторный ключ 18 открыт а транзисторные ключи 17 и 8 закрыты. При этом через упра&л ющую обмотку 5 протекает ток, равный

-ВЙ

(1)

где En - напр жение источника 10 питани ;

RIS - сопротивление резистора 15.

В момент времени ц (фиг. 2) происходит запирание транзисторного ключа 18, в результате чего на обмотках трансформатора 1 тока возникают ЭДС самоиндукции, а ток намагничивани  трансформатора смещает эмиттер-базовый переход регулирующего элемента 3 в пр мом направлении. Значение отпирающего тока базы (фиг. 2) регулирующего элемента 3 соответствует точке А (фиг. 2) и определ етс  в соответствии с законом полного тока выражением

(2)

ISA

W2

где Ws - число витков управл ющей обмотки 5;

Л/2 - число витков базовой обмотки 2.

Значение ЭДС самоиндукции в трансформаторе при этом определ етс  (ограничиваетс ) значением падени  напр жени  на управл ющем входе регулирующего элемента , которое в соответствии с входными характеристиками на транзисторы мало мен етс  при изменении отпирающего базового тока регулирующего элемента 3 в широких пределах. Поэтому с достаточной дл  практики точностью можно считать, что значение напр жени  на базовой обмотке 2 в течение интервала времени действи  входного управл ющего сигнала низкого уровн  ti-ta посто нно и равно значению напр жени  пр мосмещенного перехода эмиттер - база регулирующего элемента:

U2 иЭбз;(3)

Us УЭБЗ щ,

(4)

После некоторой задержки, вызванной инерционностью регулирующего элемента, он открываетс  в момент времени t2. Через его силовую цепь начинает протекать ток нагрузки, а в его базовой цепи начинает протекать дополнительна  составл юща  тока ба, равна  Л/4

ба I3

W21

(5)

где Л/2 - число витков токовой обмотки;

1з - ток через силовую цепь регулирующего элемента.

Таким образом, регулирующий элемент поддерживаетс  в открытом состо нии под действием отпирающего базового тока

+ %

(6)

При этом сердечник трансформатора 1 тока перемагничиваетс , а ток Намагничивани  спадает по линейному закону согласно выражению

d .

U2

dt

(7)

где L2 - индуктивность трансформатора тока со стороны базовой обмотки.

1/Ј - ток намагничивани  трансформатора со стороны базовой обмотки.

В момент времени 1з входной управл ющий сигнал становитс  равным высокому уровню, что соответствует закрытому состо нию регулирующего элемента. При этом открываютс  все.три транзисторных ключа 8, 18 и 17 устройства управлени . К управл ющей обмотке 5 прикладываетс  через транзисторный ключ 8, резистор 7, диод 6 и транзисторный ключ 18 напр жение источника 10 питани , под действием которого возникает ток запирани  регулирующего элемента 3. Величина этого тока ограничиваетс  резистором 7.

Дл  изменени  уровн  запирающего тока достаточно изменить величину сопротивлени  резистора 7.

Транзисторный ключ 17, а следовательно , и управл емый им транзисторный ключ 8 включаютс  только на врем , определ емое посто нной времени цепочки из конденсатора 22 и резистора 21. Длительность открытого состо ни  транзисторного ключа 17 выбираетс  из расчета максимально возможной длительности времени рассасывани  регулирующего элемента. Это позвол ет иметь минимальное потребление мощности по цепи управлени  транзисторного ключа 8, а также исключить режим глубокого насыщени  трансформатора 1 тока при воздействии входного управл ющего сигнала высокого уровн . Таким образом, от источника 10 питани  потребл етс  повышенна  мощность только в моменты запирани  регулирующего элемента 3, в остальных режимах работы уровень мощности потреблени  минимален. После окончании процесса рассасывани  избыточных носителей в регулирующем элементе 3 происходит резкое возрастание входного сопротивлени  регулирующего элемента, что в конечном итоге приводит к уменьшению уровн  тока, протекающего через управл ющую обмотку 5, до уровн  тока намагничивани . Этот момент времени на фиг. 2 а обозначен t4. После этого происходит намагничивание трансформатора 1 тока до значени тока намагничивани , определ емого выражением (1). Причем величина сопротивлени  резистора 15 может быть

существенно больше сопротивлени  резистора 7, поскольку обычно ток намагничивани  в трансформаторах тока должен быть много меньше рабочего тока. Эпюры, изо- 5 браженные на фиг. 2а, соответствют режиму максимальной длительности открытого состо ни  регулирующего элемента. Дл  регулируемых преобразователей эта величина примерно равна половине периода npeooV

10 разовани . В режимах пуска и при коротких замыкани х в цепи нагрузки стабилизаторов и преобразователей происходит ограни- чение тока нагрузки, вследствие чего длительность открытого состо ни  регули15 рующего элемента должна быть минимальной . На п рактике длительность сигнала управлени  на открытие регулирующего элемента может составл ть 0,5-1 мкс при длительности периода 30-50 мкс. В данном

20 устройстве из-за наличи  диода 23 даже при столь коротких длительност х происходит полный разр д конденсатора 22, что гарантирует включение транзисторных ключей 17 и 8 на требуемое врем  при последующем

25 по влении входного управл ющего импульса высокого уровн . На фиг. 26 представлены эпюры дл  режима минимальной длительности открытого состо ни  регулирующего элемента. Момент времени tecooT30 ветствует возникновению в базовой цепи регулирующего элемента 3 отпирающего тока намагничивани , t - момент включени  регулирующего элемента и возникновени  тока в его силовой цепи, ts - момент по вле35 ни  запирающего управл ющего сигнала, tg - окончание процесса рассасывани  избыточных носителей регулирующего элемента 3, tio - момент запирани  транзисторного ключа. Диод 6 защищает транзисторный

40 ключ 8 от инверсного режима, который возможен при максимальной длительности открытого состо ни  регулирующего элемента 3, когда трансформатор 1 успевает перемагнититьс  до отрицательного значе45 ни  тока намагничивани . Диод 13 образует совместно с транзисторным ключом 18 шунтирующий контур, который преп тствует возникновению отпирающей регулирующий элемент ЭДС самоиндукции при пере50 ходи ых режимах в его силовой цепи, а также при возрастании тока намагничивани  трансформатора 1 выше значени , определ емого выражением (1).

Указанный режим работы трансформа55 тора возможен при малых длительност х открытого состо ни  регулирующего элемента. При этом длительность интервала размагничивани  сердечника трансформатора 1 мала, и за врем  открытого состо ни  транзисторного ключа (интервал времени

, фиг, 26) происходит его дополнительное намагничивание. При этом после запирани  транзисторного ключа 8 возникает ЭДС самоиндукции, котора  шунтируетс  диодом 13 и транзисторным ключом 18.

Таким образом, в предложенном устройстве по сравнению с прототипом обеспечиваетс  режим нормированного форсированного запирани  при любых длительност х открытого состо ни  регулирующего элемента 3. Следствием этого  вл етс  существенное повышение надежности в работе регулирующего элемента 3, особенно в пусковых режимах, а также при коротком замыкании в цепи нагрузки, что способствует повышению эксплуатационной надежности импульсных стабилизаторов и преобразовани  в целом.

9

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  регулирующим элементом импульсного стабилизатора, содержащее трансформатор тока с базовой обмоткой дл  подключени  управл ющего входа регулирующего элемента, токовой обмоткой , а также управл ющей обмоткой, первый вывод которой через последовательно включенные первый диод и первый резистор соединен с коллектором первого транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к плюсовому входному выводу, а между эмиттером и базой включен второй резистор, причем катод первого диода соединен с первым выводом управл ющей обмотки , первый конденсатор зашунтирован

   вторым диодом, анод которого соединен с минусовым входным выводом, а катод через третий резистор подключен к плюсовому входному выводу, база первого транзисторного ключа через четвертый резистор соединена с коллектором второго транзисторного ключа, третий транзисторный ключ, эмиттер которого подключен к минусовому входному выводу, вывод дл  подключени  источника управл ющих импульсов, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области использбвани  за счет обеспечени  нормированного по амплитуде запирающего тока при любых длительност х открытого состо ни  регулирующего элемента, в него введены второй конденсатор, третий диод, п тый и шестой резисторы, причем коллектор третьего транзисторного ключа соединен с вторым выводом управл ющей обмотки

   трансформатора тока, а база его через п тый резистор подключена к выводу дл  под- ключени  источника управл ющих импульсов, эмиттер второго транзисторного ключа соединен с минусовым входным выводом , а его база через шестой резистор и второй конденсатор соединена с выводом дл  подключени  источника управл ющих импульсов, причем к точке соединени  второго конденсатора и шестого резистора

   подключен катод третьего диода, анод которого соединен с минусовым входным выводом , при этом обща  точка третьего резистора и второго диода подключена к первому выводу управл ющей обмотки

   трансформатора тока.

   а

   5

   -j:

   /Ч

   Vt

   JO

   -

   Фиг.2