SU754386A1 - Стабилизированный источник питания 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к вторичным источникам электропитания, и может быть использовано для электропитания различных устройств.

Известен мостовой преобразователь, содержащий источник постоянного напряже- ₅ ния, мостовую схему, содержащую четыре транзистора одного типа с выходным трансформатором, причем первичная обмотка трансформатора включена в диагональ моста, а вторичная соединена с выходным выпрямителем. На выходы указанных транзис- 10 торов поступают управляющие сигналы, при этом поочередно открываются по два транзистора мостовой схемы и через превичную обмотку трансформатора протекает переменный ток. С целью уменьшения габаритов выходного выпрямителя и трансформатора ¹⁵ для известного мостового преобразователя частоту переключения транзисторов выбирают равной 10 кГц и более [1].

Недостатком преобразователя является наличие существенных динамических потерь ₂₀ за время включения транзисторов, вызванных резкими возрастаниями амплитуды коллекторных токов транзисторов в процессе включения.

2

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стабилизированный источник питания, содержащий источник постоянного нестабилизированного напряжения, задающий генератор, выпрямитель и мостовой усилитель мощности с выходным трансформатором, выполненный на четырех транзисторах одного типа, причем коллекторы первого и третьего транзисторов подключены к первой клемме, а эмиттеры второго и четвертого транзисторов — ко второй клемме источника постоянного нестабилизированного напряжения, параллельно цепи коллектор-эмиттер каждого транзистора включен диод в обратной полярности, эмиттер третьего и коллектор четвертого транзисторов подключены к первому выводу первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входами выпрямителя. На первичную обмотку трансформатора поступают положительные и отрицательные импульсы напряжения в зависимости от того, какая пара транзисторов усилителя мощности включена. При включении первой пары транзисторов, коллектор одного из транзисторов которой подключен к первому выходу источни754386

ка постоянного нестабилизированного напряжения, а эмиттер другого транзистора — ко второму входу, на обмотку трансформатора поступают положи тельные импульсы, амплитуда которых не регулируется. При включении другой пары транзисторов регулировка амплитуды отрицательных импульсов, поступающих на обмотку трансформатора, осуществляется за счет регулирующего транзистора входного стабилизатора. Выработку управляющих сигналов для включения и выключения транзисторов осуществляют задающим генератором, работающим в режиме автоколебаний [2].

Указанный регулирующий транзистор работает в активном режиме, что приводит к значительным потерям мощности и снижению КПД преобразователя. Недостатком устройства, также снижающим КПД, является наличие значительных динамических потерь мощности на переходах транзисторов усилителя мощности при включении транзисторов. Динамические потери вызваны резкими возрастаниями амплитуды коллекторных токов при включении пары транзисторов мостового усилителя, т. е. в моменты времени, когда транзисторы находятся в активном режиме. Выбросы коллекторных токов транзисторов происходят вследствие того, что эквивалентное сопротивление первичной обмотки трансформатора в моменты включения имеет небольшие значения. Наличие высокочастотных сигналов в схеме преобразователя вызвано малым временем переключения транзисторов, что является необходимым условием работы схемы. Вторичная обмотка выходного трансформатора подключена ко входу выпрямителя и в моменты включения оказывается закороченной через сопротивление выходного фильтра, вследствие чего индуктивное сопротивление первичной обмотки уменьшается. Кроме того, паразитные параметры первичной обмотки с учетом вносимого сопротивления образуют колебательный контур, имеющий на высоких частотах при включении транзисторов малое сопротивление. Для уменьшения потерь в трансформаторе при работе с частотой задающего генератора в качестве сердечника выходного трансформатора используются материалы с высокой относительной магнитной проницаемостью, например ферриты, при. этом значение проницаемости, а следовательно, и величина индуктивного сопротивления первичной обмотки при поступлении на нее импульса напряжения имеют переменные значения, а в начальный момент принимают небольшие значения.

Цель изобретения — увеличение КПД стабилизированного источника питания.

Указанная цель достигается тем, что стабилизированный источник питания, снабжен первой и второй схемой управления, конденсаторами и дросселем, а задающий генератор выполнен на указанных третьем и

четвертом транзисторах и второй схеме управления, причем коллекторы, базы и эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соединены со входами второй схемы управления, выход которой присоединен к одному входу первой схемы управления, а к двум другим входам которой подключены выходы выпрямителя, а выходы первой схемы управления соединены с коллекторами, базами и эмиттерами первого и второго транзисторов, эмиттер первого и коллектор второго транзисторов соединены с коллекторами, базами и эмиттерами первого и второго транзисторов. эмиттер первого и коллектор второго транзистора соединены через последовательно включенные дроссель и конденсатор со вторым выводом первичной обмотки выходного трансформатора, параллельно которой подключен конденсатор.

Кроме того, индуктивность дросселя составляет от 2 до 3 процентов от индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора, измеренной в режиме холостого хода трансформатора на частоте работы задаю щего генератора, причем сердечник дросселя выполнен из магнитодиэлектрика.

На чертеже представлена схема предлагаемого стабилизированного источника питания.

Стабилизированный источник питания со держит мостовой усилитель мощности, выполненный на первом транзисторе 1, втором транзисторе 2, третьем транзисторе 3 и четвертом транзисторе 4 с выходным трансформатором 5. Коллектор третьего транзистора подключен к первому выходу источника 6 постоянного нестабилизированного напряжения, второй выход которого соединен с эмиттерами второго и четвертого транзисторов 2 и 4. Эмиттер третьего и коллектор четвертого транзисторов 3 и 4 подключены к пер вому выводу первичной обмотки выходного трансформатора 5, вторичная обмотка которого соединена со входами выпрямителя 7. Задающий генератор выполнен на третьем и четвертом транзисторах 3 и 4 и второй схемы 8 управления, коллекторы, базы и эмиттеры третьего и четвертого транзисторов 3 и 4 присоединены ко входам второй схемы 8 управления, выход которой подключен к одному входу первой схемы 9 управления, к двум другим входам которой присоединены выходы выпрямителя 7, а выходы первой схемы 9 управления соединены с коллекторами, базами и эмиттерами первого и второго транзисторов 1 и 2, коллектор пер вого транзистора 1 присоединен к коллектору третьего транзистора 3, а параллельно коллектору и эмиттеру каждого транзистора 1—4 подключены диоды 10, причем анод диода 10 соединен с эмиттером соответствующего транзистора. Эмиттер первого транзистора 1 и коллектор второго транзистора 2 сое динены через последовательно включенные

754386

дроссель 11 и конденсатор 12 со вторым выводом первичной обмотки выходного трансформатора 5, параллельно которой подключен конденсатор 13.

Работа стабилизированного источника питания осуществляется следующим образом.

Первый и второй транзисторы 1 и 2, вместе с третьим и четвертым транзисторами 3 и 4, являющимися элементами задающего генератора, образуют мостовой усилитель, нагрузкой которого является первичная обмотка выходного трансформатора 5. Длительность импульсов, поступающих на трансформацию и далее на выходной выпрямитель, зависит от широтно-модулируемых сигналов, поступающих на транзисторы 1 и 2 с выхода первой схемы 9 управления.

При появлении напряжения на выходе источника 6 постоянного нестабилизированного напряжения запускается задающий генератор, образованный транзисторами 3 и 4 и второй схемой 8 управления, и работающий в режиме автоколебаний На базы транзисторов 3 и 4 со второй схемы 8 управления поступают в противофазе прямоугольные импульсы со скважнбстью, равной двум, и транзисторы 3 и 4, поочередно открываются и закрываются с постоянной частотой, определенной задающим генератором.

С выхода второй схемы 8 управления прямоугольные импульсы поступают на вход первой схемы 9 управления, которая вырабатывает широтно-модулированные сигналы, поступающие на- базы транзисторов 1 и 2, причем эти сигналы сфазированы с управляющими сигналами транзисторов 3 и 4 таким образом, что одновременно открываются транзисторы противоположных плеч моста. Например, в одну половину периода открыты первый транзистор 1 и четвертый транзистор 4, в другую половину периода открываются второй и третий транзисторы 2 и 3. При этом через обмотку выходного трансформатора протекает переменный ток. Таким образом, время, в течение которого открыты и закрыты третий и четвертый транзисторы 3 и 4 является постоянным и составляет половину периода работы задающего генератора. Время, в течение которого открыты первый и второй транзисторы 1 и 2 зависит от ширины отпирающих импульсов, поступающих с-первой схемы 9 управления. Так как первый и четвертый транзисторы 1 и 4, а также второй и третий транзисторы 2 и 3 включены последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 5, то время, в течение которого протекает ток через обмотку, зависит от длительности импульсов, отпирающих первый и второй транзисторы 1 и 2.

Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. Выходное напряжение с нагрузки 14 поступает на входы первой схемы 9 управления, которая осуществляет сравнение величины выходного напряжения с определенным опорным стабилизированным напряжением и на основе появившегося сигнала рассогласования между этими напряжениями вырабатывает широтно-модулированные импульсные сигналы. Эти сигналы поступают на первый и второй транзисторы 1 и 2 и осуществляют управление мостового усилителя. Увеличение или уменьшение выходного напряжения на нагрузке 14 приводит соответственно к уменьшению или увеличению ширины импульсов я, как следствие, к пропорциональному уменьшению или увеличению напряжения на выходе выпрямителя 7.

Для уменьшения динамических потерь при включении транзисторов 1 и 4- и транзисторов 2 и 3 в диагональ моста последовательно с первичной обмоткой трансформатора 5 включен дроссель 11, а параллельно обмотке присоединен конденсатор 13. Наличие конденсатора 13, имеющего небольшое значение порядка сотен пикофарад, устраняет высокочастотные колебания в контуре, образованном паразитными параметрами первичной обмотки трансформатора 5. Конденсатор 12, имеющий значение порядка единиц микрофарад, служит для развязки цепи первичной обмотки трансформатора 5 по постоянному току. Наличие дросселя 11 в силовых цепях транзисторов 1—4 устраняет броски коллекторных токов транзисторов в моменты включения, при этом переключение напряжения на коллекторах каждой пары транзисторов происходит значительно быстрее, чем переключение коллекторных токов транзисторов. Устранение в начальный момент малого эквивалентного сопротивления нагрузки мостового усилителя, вызванного малой начальной величиной относительной магнитной проницаемости сердечника выходного трансформатора 5 осуществляется за счет использования в качестве сердечника дросселя 11 магнитодиэлектрика, например альсифера, при этом обеспечивается и линейный режим работы дросселя 11. Между величиной индуктивности дросселя 11 и величиной индуктивности первичной обмотки трансформатора 5 существует оптимальное соотношение. При малом значении индуктивности дросселя 11 его влияние на характер коллекторных токов транзисторов незначительно, при большом значении индуктивности дросселя 11 падение напряжения на нем становится соизмеримо с падением напряжения на обмотке трансформатора 5. Установлено, что оптимальный режим работы транзисторов 1—4 с точки зрения уменьшения динамических потерь осуществляется, когда величина индуктивности дросселя 11 составляет 2—3 процента от величины индуктивности первичной обмотки трансформатора 5, причем значеΊ

754386

8

ние индуктивностей необходимо измерить на частоте работы задающего генератора, а индуктивность первичной обмотки трансформатора 5 определяется при разомкнутой вторичной обмотке.

Применение изобретения позволяет создать мощный стабилизированный источник питания с ‘высоким КГ1Д небольшими габаритными размерами, так как уменьшение динамических потерь на силовых транзисторах устраняет необходимость в радиаторах большой площади. Это позволяет использовать изобретение в качестве мощного стабилизированного источника питания в устройствах с ограниченными конструктивными размерами.

Claims (3)

1. Формула изобретения

   1. Стабилизированный источник питания, содержащий источник постоянного нестабилизированного напряжения, задающий генератор, выпрямитель и мостовой усилитель мощности с выходным трансформатором выполненный на первом, втором, третьем и четвертом транзисторах одного типа, причем коллекторы первого и третьего транзисторов подключены к первой клемме, а эмиттеры второго и четвертого транзисторов — ко второй клемме источника постоянного нестабилизированного напряжения, параллельно цепи коллектор-эмиттер каждого транзистора включен диод в обратной полярности, эмиттер третьего и коллектор четвертого транзисторов подключены к первому выводу первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входами выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД, стабилизированный источник питания снабжен первой и второй схемой управления, конденсаторами и дросселем, а задающий генератор выполнен на указанных третьем и четвер том транзисторах и второй схеме управления

   5 причем, коллекторы, базы и эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соединены со входами второй схемы управления, выход которой присоединен к одному входу первой схемы управления, к двум другим входам которой подключены выходы выпрямителя, ю а выходы первой схемы управления соединены с коллекторами, базами и эмиттерами первого и второго транзисторов, эмиттер первого и коллектор второго транзисторов соединены через последовательно включенные дроссель и конденсатор со вторым выводом первичной обмотки выходного трансформатора, параллельно которой подключен конденсатор.
2. 2. Источник по π. 1, отличающийся тем, что индуктивность дросселя составляет от

   20 2 до 3 процентов от индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора, измеренной в режиме холостого хода трансформатора на частоте работы задающего генератора.
3. 3. Источник по π. 1, отличающийся тем, что сердечник дросселя выполнен из магнитодиэлектрика.