SU779994A1 - Импульсный параметрический стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в целях питания различной радиотехнической аппаратуры.

Известны импульсные параметрические стабилизаторы постоянного напряжения [1] и [2].

Первое из известных устройств (1J содержит ⁵ ключевой транзистор, сглаживающий LC-фильтр на линейном дросселе и конденсаторе, коммутирующий диод, насыщающийся трансформатор и источник опорного напряжения. Одним из недостатков устройства является повышенные потери электроэнергии в силовой цепи из-за введения в нее элементов схемы управления (обмотки насыщающегося трансформатора).

Второе из известных устройств [2], являющееся наиболее близким техническим решением к данному изобретению содержит ключевой транзистор, включенный между входной клеммой и дросселем LCD-фильтра, конденсатор которого подключен параллельно выходным клеммам, насыщающийся трансформатор, первичная обмотка которого одним выводом подключена к коллектору ключевого транзистора, другим выводом- к общей шине, а вторичная обмотка одним выводом соединена с базой ключевого транзистора, другим выводом через резистор с эмиттером этого транзистора и входной клеммой.

Недостатком данного устройства при питании от источника ограниченной мощности являются большие масса и габариты сглаживающего фильтра.

Действительно, индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра выбирается из расчета обеспечения допустимой величины амплитуды пульсаций выходного напряжения при наибольшей длительности разомкнутого состояния ключевого транзистора, т.е. при минимальной мощности нагрузки и максимальном напряжении питания. По мере увеличения мощности нагрузки возрастает длительность разомкнутого состояния ключевого транзистора, в результате чего амплитуда пульсаций уменьшается. Таким образом, при снижении напряжения питания, а также при работе стабилизатора на нагрузку, моща ность которой превышает минимальную, индуктивность дросселя и емкость конденсатора ³ фильтра остаются недоиспользованными, а их •масса и габариты являются завышенными.

Целью изобретения является уменьшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный параметрический стабилизатор постоянного напряжения снабжен датчиком амплитуда пульсаций, выпрямителем,, генератором линейного нарастающего напряжения, сравнивающим элементом, разрядным ключом, двумя , диодами, трансформатором, обратным диодом, дополнительной обмоткой дросселя LCD-фильтра, и ограничительным резистором, причем датчик амплитуды пульсаций подключен входом к выходным клеммам, а выходом через выпрямитель — ко входу генератора линейно нарастающего напряжения, выход которого через первичную обмотку трансформатора, шунтированную обратным диодом, соединен с силовыми электродами разрядного ключа, через сравнивающий элемент - с управляющим электродом этого ключа, а через ограничительный резистор с одним выводом дополнительной обмотки дросселя, другой вывод которой через первый диод подключен к управляющему электроду разрядного ключа, при этом один вывод вторичной обмотки трансформатора через второй диод подключен к базе ключевого транзистора, а другой Вывод - к другому выводу вторичной обмотки насыщающегося трансформатора.

Принципиальная электрическая схема стабилизатора представлена на чертеже.

Стабилизатор содержит ключевой транзистор I коммутирующий диод 2 LCD-фильтра, насыщающийся трансформатор 3 с магнитопроводом из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и двумя обмотками: первичной 4 и вторичной 5, источник опорного напряжения, образованный фильтрующим конденсатором 6 и стабилитроном 7, сглаживающий LCD-фильтр на конденсаторе 8 и линейном дросселе с обмоткой 9 и дополнительной обмоткой Ю, датчик пульсаций Н состоящий из конденсатора 12 и трансформатора 13, выпрямитель 14, сглаживающий конденсатор 15, генератор линейно нарастающего напряжения 16, образованный , например, конденсатором 17 и резистором 18, сравнивающий элемент стабилитрон 19, разрядный ключ - тиристор 20, трансформатор 21 с первичной обмоткой· 22 · и вторичной 23, обратный диод 24, первый диод 25, резистор 26 и второй диод 27.

Устройство работает следующим образом. В момент подачи входного напряжения за счет токов утечки транзистора I создается некоторое напряжение на обмотке 4 трансформатора 3. Напряжением на вторичной обмотке 5 транзистор I лавинообразно открывается и

779994 4 ^удерживается в замкнутом состоянии. Через транзистор 1 и обмотку 9 дросселя протекает нарастающий по величине ток. На выходе устройства появляется напряжение. Магнитопровод трансформатора 3 под действием приложенного к обмотке 4 напряжения начинает перемагничиваться. Выходное напряжение поступает на вход датчика пульсаций 11. Выделенное конденсатором 12 переменное напряжение повышается трансформатором 13, выпрямляется выпрямителем 14, сглаживается конденсатором 15 и поступает на вход генератора линейно нарастающего напряжения 16. Напряжение на выходе генератора 16 - конденсаторе 17 нарастает практически линейно во времени. После достижения этим напряжением уровня пробоя стабилитрона образуется цепь: положительная обкладка конденсатора 17 - стабилитрон 19 — управляющий переход тиристора 20 — отрицательная обкладка конденсатора 17. Тиристор 20 открывается. Конденсатор 17 начинает разряжаться по цепи: положительная обкладка 17 - обмотка 22 трансформатора 21' - тиристор 20 - отрицательная обкладка конденсатора 17. Напряжение конденсатора прикладывается к обмотке 22. Импульс напряжения положительной полярности, возникающий во вторичной обмотке 23, поступает через диод 27 к эмиттербазовому переходу транзистора 1 и закрывает его.

Таким образом, время tj замкнутого состояния транзистора 1 определяется временем заряда конденсатора 17 до напряжения пробоя (стабилизации ) to где C₁₇ ^Γ1β

Uqp

U_cr стабилитрона

19:

^UCP

-- емкость конденсатора 17;

- сопротивление резистора 18;

- величина среднего напряжения на входе генератора 16.

Время ΐ_ρ разомкнутого состояния транзистора определяется временем перемагничивания магнитопровода трансформатора 3 в исходное состояние под действием напряжения U_on источника опорного напряжения. Это обеспечивается следующим образом.

В момент закрытия транзистора I полярность ЭДС самоиндукции на обмотке 9 линейного дросселя изменяет знак. Коммутирующий диод открывается. К обмотке 4 прикладывается напряжение 1)_оп , обеспечиваемое источником опорного напряжения, выполненным на конденсаторе 6 и стабилитроне 7. Ток намагничивания обмотки 4 протекает по цепи: положительная обкладка конденсатора 6 обмотка 4 ... диод 2 — отрицательная обкладка конденсатора 6.

К эмиттер-базовой цепи транзистора 1 прикладывается напряжение, переводящее транзистор 1 в режим глубокой отсечки. Магнитопровод трансформатора 3 перемагничивается в исходное состояние. Конденсатор 17 разряжается до нуле- ₅ вого напряжения через тиристор 20, пребывающий в замкнутом состоянии в течение времени разомкнутого состояния транзистора 1.

Замкнутое состояние тиристора 20 в течение времени ΐ_ρ обеспечивается током, протекающими) по цепи: дополнительная обмотка 10 линейного дросселя-диод 25-ограничительный резистор 26обмотка 10, и возникающим в момент изменения полярности на обмотках дросселя при закрытии транзистора 1.

При достижении магнитопроводом исходного насыщенного состояния, напряжение на первичной 4, а значит и на вторичной 5 обмотках трансформатора 3 падает практически до нуля. Транзистор 1 приоткрывается. За счет токов утечки на обмотках 4 и S появляется напряжение и транзистор 1 лавинообразно открывается. Ток, проходящий через обмотку 9 дросселя, увеличивается. Полярность ЭДС самоиндукции на дросселе меняет знак. Диод 25 защищает управляющий электрод тиристора 20 от отрицательного потенциала при изменении полярности на обмотке 10. Тиристор 20 закрывается. Возникающее при этом перенапряжение на обмотке 22 устраняется за счет обратного диода 24. Диод 27 развязывает цепи обмоток 5 и 23. В момент начала роста тока в обмотке 9 дросселя и закрытия тиристора 20 конденсатор 17 генератора 16 начинает заряжаться. В дальнейшем процессы в устройстве повторяются.

За время замкнутого состояния транзистора 1 индукция в магнитопроводе ра 3 изменяется на величину

Коэффициент заполнении импульсного цикла ' t= (4)

Замена и t_p в (4) выражениями (1) и (3) дает трансформатоИспользуя известное соотношение между входным и выходным напряжениями импульсного однотактного преобразователя понижающего типа, получим

Чвых ~ * ^вх~ Чин т.е. выходное напряжение преобразователя не зависит от входного и по своей величине равно опорному. В то же время, устройство обеспечивает стабилизацию амплитуды пульсаций выходного напряжения на минимальном уровне. Постоянство амплитуды пульсаций достигается автоматически изменением частоты работы ключевого транзистора. Это осуществляется следующим образом.

Предположим, что устройство работает на максимальную нагрузку(при минимальном вхоц ном напряжении). Очевидно, что переменное напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора 13 датчика пульсаций и напря_; жение U_cp на выходе выпрямителя 14 будут обладать строго определенной величиной. Ей соответствует некоторое время t₃ заряда конденсатора 17 и замкнутого состояния транзистора 1. При снижении мощности личении входного напряжения) денция и увеличению пульсаций пряжения. Напряжение на входе увеличивается, соответственно уменьшается время заряда конденсатора 17, время замкнутого и разомкнутого состояния транзистора 1. Частота широтно-импульсного регулирования увеличивается и амплитуда пульсаций сохраняется практически неизменной с точностью ошибки регулирования. Так как амплитуда пульсаций стабилизируется на минимально возможном уровне, свойственном для минимальной нагрузки (минимального напряжения), масса и габариты фильтра получаются минимальными.

Таким образом, изобретение позволяет достичь поставленной цели, т. е. уменьшить габариты и массу сглаживающего фильтра, что особенно важно в системах электроснабжения автономных объектов.

нагрузки (увесуществует тенвыходного генератора 16 на(I) устройства; сечения магнигде U_ex - напряжение на входе S,W - площадь поперечного топровода и количество витков первичной обмотки трансформатора 3 соответственно.

Подставляя в (2) выражение (1) получим:

СР ^оп

Тогда время разомкнутого тора 1 состояния транзис55

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР N 415649, кл. G 05 F 1/56, 1971.

2.Мак B.C. и Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энерги , 1971, с. 295, рис.8-18а.