SU855641A1 - Система стабильного электропитани - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в полупроводниковых стабилизаторах импульЪного действи , работающих при повышенных питающих напр жени х.

Известен импульсный стабилизатор напр жени , содержащий регулирукмдий . элемент, блокирующий диод, индуктивно-емкостный фильтр, блок сравнени , усилитель посто нного тока и широтноимпульсный модул тор .

Недостатком данного устройства  вл етс  необходимость использовани  транзисторов в регулирудапем элементе с максимально допустилалми напр жени ми коллектором и эмиттером больше или равными максимальному питак цему напршкению. Кроме того, при питании импульсного стабилизатора от источника с напр жением, соизмеримым с максимально допустиквлм, коллектором и эмиттером транзисторов регулирующего элемента, работающего на индуктивную нагрузку, по вл етс  опасность вторичного пробо  транзисторов, а динамические по- тери возрастают пропорционально увеличению питающего напр жени . Это приводит к снижению надежности и КПД устройства.

Известна схема импульсного стабилизатора напр жени , содержаща  регулиругадий элемент, блокирующий диод , индуктивно-емкостной фильтр, блок сравнени , усилитель посто нного тока и широтно-импульсный модул тор, в данном устройстве обеспечиваетс  возможность работы транзисторов с максимально допустимым напр жением между

10 коллектором и эмиттером меньше напр жени  первичного источника питани f2}.

при этом эавьвиены габариты и статические потери, а динамические потери в регулирующем элементе растут

15 пропорционально увеличению напр жени  первичного источника питани . Креме тогю, дл  выравнивани  напр жени  на последовательно соединенных транзисторах , на которых выполнен регулирую20 щий элемент, необходимо вводить выравниваюише цепочки как дл  статического , так и дл  динамического режимов принимать специальные меры дл  управлени  последовательно срединенными

25 транзисторами, что значительно усложн ет схему устройства.

Наиболее близким к изобретению  в ,л етс  система стабильного электропитани , содержавша  импульсный стабили30 затор напр :2ени , состо щий из регулирующего элемента, силова  цепь которого включена между выводом дл  подключени  первичного источника питани  и дросселем силового Фильтра, конденсаторов силового фильтра, включенных по схеме делител , входом подключанного ко входу блока сравнени , выход которого через усилитель посто нного тока и широтно-импульсный модул тор соединен с управл кэдим входом регулирующего элемента, и блокирующег диода, один электрод которого подключен -к точке соединени  регулирующего элемента с дросселем силового фильтра и преобразователь посто нного напр жени  в переменное, состо щий из транзисторов , включенных по полумостовой схеме и управл ющими электродами, соединенных с выходами узла управлени , и силового трансформатора, первична  обмотка которого включена точкой соединени  силовых электродов транзисторов преобразовател  и выходом делител  на конденсаторах силового фильтра импульсногсэ стабилизатора напр жени , а вторична  обмотка соединена с выводами дл  подключени  нагрузки Сз.

Недостатком данной системы  вл етс  необходимость применени  транзисторов , используемых в составе регулирующего элемента с максимально допустигфам напр жением между коллектором и эмиттером больше или равным напр жению первичного источника питани , использование блокирз)Ю1дего диода с максимально обратным напр жением , равным напр жению источника питани , низкое значение КПД из-за повышенных динамических потерь в регулирующем элементе и блокирующем диоде, низка  надежность из-за критичности к вторичному пробою транзистора .

Цель изобретени  - повьндение КПД и улучшение выходных характеристик системы путем обеспечени  возможности использовани  низковольтных транвисторов и диодов.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в систему стабильного электропитани  введена цепь из последовательно соединенных вторичной обмотки силового дроссел  и коммутирующего диода , котора  подключена параллел|.но тому конденсатору упом нутого делител  , который включен между выходом делител  и выводом дл  .подключени  первичного источника питани , а второй электрод блокирующего диода подключен к выходу делител .

На чертеже представлена функциональна  системы стабильного электропитани ,

Система содержит импульсный ста билизатор 1 напр жени  и преобразователь 2 посто нного напр жени  в переменное,  вл ющегос  нагрузкой дл  стабилизатора 1. Преобразователь

состоит из трансформатора 3 с первичной 4 и вторичной 5 обмотками, причем последн   подключена к нагрузке 6, транзисторов 7 и 8, включенных по полумостовой схеме и базами соединенных с узлом 9 управлени . Импульсный стабилизатор 1 состоит из регулирующего транзистора 10, широтно-ймпульсного модул тора 11, усилител  12 посто нного тока, узла 13 сравнени , силового фильтра 14, включающего блокирующий диод 15, KONW yтирующий диод 16, конденсаторы 17 и 13, дроссель 19 с первичной 20 и вторичной 21 обмотками. Источник питани  и преобразователь 2 одну общую шину, друга  шина источника подключена к преобразователю 2 через регулирующий элемент 10 и первичную обмотку 20 дроссел  19, вторична  обмотка 21, котора  в данном случае выбираетс  с количеством витков, равным количеству витков обмотки 20, обмотка 21, через коммутирующий диод 16 подключена параллельно конденсатору 18, который вместе с конденсатором 17 выполн ет функции фильтрации в силовом фильтре 14 и используетс  дл  создани  емкостного делител  напр жени  полумостовой схемы преобразовател , транзисторы 7 и 8 подключены последовательно между собой и параллельно емкостному делителю, между средней точкой которого и общей точкой соединени  транзисторов 7 и 8 подключена первична  обмотка 4 силового трансформатора 3, блок сравнени , содержащий источник опорного напр жени , подключен ко входу преобразовател  2, выход блока 13 сравнени  подключен через усилитель 12 посто нного тока ко входу широтно-импульсного модул тора 11, выход которого подключен ко входу регулирующего элемента 10. Система работает следуюгцим обраэ ул .

Блок 13 сравнени  в зависимости от возмущающего воздействи  (изменени  выходного напр жени  первичного источника 1 питани , сопротивлени  гсшьванически разв занной нагрузки 6, параметров элементов стабилизатора и преобразовател ) измен ет через усилитель 12 посто нного тока коэффициент заполнени  широтно-импульсного модул тора 11 таким образом, чтобы .сохранить напр жени-з на преобразователе прежним( до возмущающего воздействи ) установленной величины (пренебрегаем статической ошибкой).

Рассмотрим квазиустановившийс  режим - регулирующий элемент 1U переключаетс  с посто нным коэффициентом заполнени . При замкнутом состо нии регулирующего элемента 10 энерги  от первичного источника питани  поступает через регулирующий элемент 10 и первичную обмотку 20 дроссел  19 в преобразователь. При этом в интервале открытого состо ни  регулирующего элемента 10 ток в первичной обмотке 20 увеличитс  от минимального значени  (меньше среднего тока нагрузки до максимального значени  (больше г среднего тока нагрузки). При токе в первичной обмотке 20 меньше, чем срений то преобразовател  напр жение н конденсаторах 17 н 18 уменьшаетс , а при токе в первичной обмотке 20 больше , чем средний ток преобразовател , напр жение на конденсаторах 17 и 18 увеличиваетс . Номинальные значени  конденсаторов 17 и 18 не превышают задай-ной величины. Напр жени  на обмотках первичной 20 и вторичной 21 дроссел  19 при открытом сост нии регулирующего элемента 10, пол рности которых указаны на чертеже без скобок, по величине равные друг другу, определ ютс  разностью напр жени  первичного источника питани  и выходного напр жени  стабилизатора Ufouc Соответственно напр жени ,приложенные к закрытым блокирующему 15 и коммутирующему 16 диодам, также и по величине определ ютс  суммой половины напр жени  на входе преобразовате   напр жени  на первичной 20 (вторичной 21)обмотке дроссел  19.Таки образом, напр жени , приложенные к закрытому блокирующему 15 и коммутирующему 16 диодам, равны по величине чем в классической схеме. Причем в случае необходимости применени  низковольтного диода в классической схеме импульсного стабилизатора потребуетс  последовательное их включение , это в ,,свою очередь приведет к необходимости введени  выравнивающих RC-цепочек, вызыва  усложнени  схемы и y лeньшeниe КПД. При включенном состо нии регулирующего элемента 10 напр Жени  на обмотках 20 и 21 дроссел  19 смен ет пол рность на противоположную (на чертеже показано в скобках и накопленна  энерги  в дросселе 19 отдаетс  в преобразователь через обмотки 20 и 21 и открытые блокирующий 15 и кo Фtyпирующий 16 диоды. Так как число витков обмоток 20 и 21 равно, то энерги , отдаваема  ими равна, равны и напр жени  на конденсаторах 17 и 18. При 3jOM напр жение/ приложенное к закрытому регулирующему элементу 10, определ етс  разностью напр жений первичного источника питани  и половины напр жени  на входе преобразовател , что меньше напр жени , прикладываемого к регулирующему элементу 10 в классической схеме импульсного стабилизатора, равного напр жению источника питани . Необходимо подчеркнуть, что на этапе включени  регулирующего элемента, когда неосновные носители в области базы блокирующего диода 15 рассасываютс , динамические потери в регулирующем элементе 10 меньше, чем в классической схеме. В общем случае нагрузкой импульсного стабилизатора напр жени  может  вл тьс  и не полумостова  схе ма преобразовател , а люба  друга , не имеюща  общей точки соединени  со средней точкой емкостного делител  на конденсаторах 17 и 18, т. е, подключенной непосредственно к выходу стабилизатора. Кроме того, дроссель 19 может быть выполнен с п обмотками как с равными количествами витков, так и не равными. Например, в случае равного количества витков по вл етс  возможность использовани  низковольтных конденсаторов в высоковольтных импульсных стабилизаторах, максимально допустимое напр жение которых по техническим услови м больше или равн величине в п раз меньшей напр жени  на преобразоватале 2. При этом отпадает необходимость выравнивани  напржени  с помощью параллельно включенных резисторов, понижающих КПД устройства . К кo лмyтирующим диодам 16 (количество которых равно п-1) при этом также, как и к регулирукичему , в закрытом состо нии прикладываетс  напр лсение

е.ыуЧпн)и п

образом,при увеличении числа (т. е. количества вторичных обмоток дроссел  19) напр жение, прикладываемое к закрытым силовым коммутирующим элементам, уменьшаетс . При этом преобразователь 2 может подключатьс  непосредственно к выводам дл  подключени  нагрузки.

Проведенные исследовани  показывают , что данна  система обладает по сравнению с известной следующими преимуществами: повышенным КПД из-за уменьшени  динамических потерь в регулирующем элементе, блокируюгцем диоде , а также за счет исключени  выравнивакнцих резисторов, на которых тер етс  энерги  первичного источника питани , по вл етс  возможность использовани  низковольтных регулирующих транзисторов, выполн кн4их функции р€ гулирую1чего элемента, параметры которых, как правило, значительно лучше высоковольтных транзисторов, по вл етс  возможность использовани  низковольтных силовых диодов и конденсатора без применени  цепей выравнивани , уменьшакхпих КПД системы.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   Система стабильного электропитани , содержаща  икшульсный стабилизатор напр жени , состо щий из регулирующего элемента, силова  цепь которого включена между выводом дл  подвключени  первичного источника питани  и дросселем силового фильтра.

   конденсаторов силового фильтра, включенных по схеме делител , входом подключенного ко входу блока сравнени , выход которого через усилитель посто нного тока и широтно-импульсный модул тор соединен с управл ющим входом регулирующего элемента, и блокирующего диода, один электрод которого подключен к точке соединени  регулирующего элемента с дросселем силового. фильтра, и преобразователь посто нного напр жени  в переменное,, состо щий из транзисторов, включенных по полумостовой схеме и управл ющими электродами соединенных с выходами узла управлени , и силового трансформатора , первична  обмотка которого включена мелоду точкой соединени  силовых электродов транзисторов преобразовател  и выходом делител  на конденсаторах силового фильтра импульсного стабилизатора напр жени , а вторична  обмотка соединена с выводами дл  подключени  нагрузки, отличающа с  тем, что, с целью повышени  КПД и улучшени  выходных характеристик системы путем обеспечёни  . возможности использовани  нйЭковольтных транзисторов и диодов, в нее введена цепь из последовательно соединенных вторичной обмотки, силового дроссел  и коммутирующего диода, J котора  подключена параллельно тому конденсатору, упом нутого делител , который включен между выходом делител  и выводом дл  подключени  первичного источника питани , а второй электрод блокирующего диода подключен к выходу делител .

   Источники информацни, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Мелешин В. И, и др. Стабилизи-. рованный преобразователь переменного

   5 напр жени  в низкое посто нное. Сб. Электронна  техника в автоматике. Под ред. 10. И. Конева, М. , Советское радио, 1974, вып. 5, с. 58.
2. 2.Буденный А. П. и др. Мощный ключевой стабилизатор. Сб. Электронна 

   техника в автоматике. Под ред.

   10. И. Конева, М. , Советское радио,

   1974, вып. 5, с. 65-66.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 5 308426, кл. G 05 F 1/56, 1973.