SU928329A1 - Импульсный стабилизатор напр жени (его варианты) - Google Patents

Description

(5) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Изобретение относитс  к преобразо .вательной технике и может быть исполь зовано при разработке вторичных источников питани , Известно устройство, содержащее мостовой статический преобразователь с широтни-регулируемыми транзисторами , в ,1ходной трансформатор и линейный однообмоточный дроссель, включенный последовательно с обмоткой выходного трансформатора 1, Обмотка линейного дроссел  позво- л ет ограничивать ток к первичнбй обмотке зыходного трансформатора во вре м  открывани  транзисторов статического преобразовател  напр жени , однако она не обеспечивает нагрузку энергией во врем  выключенного состо ни  транзисторов статического преобразовател . Обеспечение энергией нагрузки в это врем  осуществл етс  реактивными элементами, подключенными параллельно выпр мителю, чт ведет к снижению КПД устройства и увеличению его габаритов.t Известно также устройство, содержащее мостовой статический преобразсйватель с широтно-регулируемыми транзисторами , выходной трансформатор, выходной выпр митель с Фильтром и линейный двухобмоточный дроссель, одна обмотка которого включена в цепь пи- . тани  статического преобразовател , а втора  обмотка св зана через коммутирующий диод с выходным фильтром. Во врем  V открытого состо ни  транзисторов преобразовател , через перовую обмотку дроссел  протекает ток и в ее индуктивности запасаетс  энерги . После выключени  транзисторов преобразовател , в обмотках дроссел  возникает ЭДС такой пол рности , что открываетс  коммутирующий диод и обеспечиваетс  передача энергии , накопленной дросселем в нагрузку , диоды выходного выпр мител  в это воем  закрыты и напр жение на

обмотках выходного трансформатора равно нул10 Г21.

Устройство не позвол ет одновременно стабилизировать выходное напр жение трансформатора по амплитудному , среднему и эффективному значени м. Следовательно такое устройство не может быть использовано дл  питани  нескольких гальванически не св занных нагрузок. Кроме tO того , недостатком этого устройства  вл етс  то, что перва  обмотка дроссел  гальванически св зана с питающей сетью, а втора  - с нагрузкой. В случае высоковольтной нагрузки это требует применени  соответственно и двух (транс Ьорматор и дрос- ; сель) высоковольтных элементов. ; Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результат у  вл етс  импульсный стабилизатор напр жени , который содержит мостовой статический преобразователь с двум  полностью и двум  не полностью управл емыми транзисторами (т.е. с двум  широтно-регулируемыми и двум  нерегулируемим транзисторами), выходной трансформатор, первична  обмотка которого выполнена со средней точкой, выходной выпр митель с фильтром, модул тор управл ющих импульсов , дроссель, подключенный ко входу .стабилизатора и коммутирующий диод, катод которого подключен ко входу стабилизатора, а анод - к сред ней точке первичной обмотки выходног трансформатора t3. Такое устройство обеспечивает ча стичную стабилизацию выходного нап р жени  в течение полупериода, но не позвол ет поддерживать выходное напр жение с одинаковой степенью ТОЧНОСТИ по среднему, эффективному и амплитудному значени м. I Цель изобретени  - расширение . функциональных возможностей путем преобразовани  широтно-импульсной модул ции в амплитудно-импульсную. Поставленна  цель достигаетс  те что в импульсный стабилизатор напр Жени ,.. содержащийлюстовой усилител мощности с двум  последователено со единенными широтно-регулируемым и двум  последовательно соединенными нерегулируемыми транзисторами, диаг наль посто нного тока которого подключена к входным выводам, а в диагональ переменного тока включен вы9283294

j ходной трансформатор, gjioK управлени , входом подключенный к выходным выводам, .а выходом - к управл ющим пе реходам транзисторов усилител  мощности, дроссель и первый коммутирующий диод, подключенный одним из электродов к входному выводу, в- направлении, обратном протеканию тока, введен второй коммутирующий диод, одним из Электродов подключенный к второму входному выводу..в направлении, обратном протеканию тока, а вторым - к эмиттеру первого широтног-регулируемого транзистора, св занного с первым входным выводом, причем второй электрод первого коммутирующего диода подключен.к коллектору второго широтно-регулируемого транзистора, а упом нутый дроссель выполнен в первом и втором варианте с отводом от средней точки обмотки, который соединен с соответствующим выводом упом нутого выходного трансформатора и включен в первом варианте разрыв соединени  широтно-регулируемых транзисторов, во втором варианте-в разрыв нерегулируемых транзисторов ,а в третьем варианте упом нутый дроссель выполнен двухрбмоточным, при том перва  обмотка включена в разрыв соединени  широтно-регулируемых, а втора  г в разрыв соединений нерегулируемых транзисторов. На фиг. 1-3 приведены электрические схемы вариантов выполнени , импульсного стабилизатора напр жени , на фиг. -6 - эпюры напр жени , по сн ющие работу вариантов импульсного стабилизатора напр жени . Стабилизатор содержит дроссель 1, с двум  полуобмотками (или обмотками ) 2 и 3, мостовой усилитель мощности с двум , последовательно сое .диненными широтно-регулируемь1ми Ц и 5 и нер1эгулируемыми 6 и 7 транзисторами , первый коммутирующий диод 8 и второй коммутирующий диод 9, выходной трансформатор 10, включенный в диагональ переменного тока мостового усилител  мощности, блок управлени  11, нагрузку 12, первый 13 и второй 14 входные выводы, к которым подключена диагональ посто нного тока моста усилител  мощности, в первом варианте {фиг. 1) дроссель 1 включен в разрыв соединени  широтно-регулируемых транзисторов Ц , и 5 и вывод от средней точки обмотки

дроссел  1 соединен с началом первичной обмотки выходного трансформатора 10, первый коммутирующий диод 8 подключен к первому входному выво ду 13 и коллектору второго широтнорегулируемого транзистора 5, второй коммутирующий диод 9 подключен ко второму входному выводу 1 и эмиттеру первого широтно-регулируемого транзистора t. Блок управлени  11 входом подключен к выходным выводам нагрузки 12, а выходами - к управл ющим переходам транзисторов -7 усилител  мощности,.

Во втором варианте (фиг, 2) дроссель 1 включен в разрыв соединени  нерегулируемых транзисторов 6 и 7, а вывод от средней точки обмотки дроссел  1 подключен к концу первичной обмотки выходного трансформатора 10

В третьем варианте (фиг. З) дроссель 1 выполнен двухобмоточным, при этом перва  обмотка 2 включена °в разрыв соёдиненн  широтно-регулируемых транзисторов 4 и 5, а втова  обмотка 3 - в разрыв соединени  нерегулируемых транзисторов 6 и 7,

Остальные соединени  во втором и третьем вариантах такие же как и в первом варианте.

На фиг, k приведены эпюры напр жени  дл  первого варианта :15.эпюра напр жени  на коллекторном переходе транзистора 4; 16 - эпюра напр жени  на коллекторном переходе транзистора 5; 17 - эпюра напр жени  на коллекторном переходе транзистора 6; 18 - эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора 7; 19 - эпюра напр жений на первичной обмотке трансформатора 10; 20 - эпюра напр жений на обмотках 2 и 3 дроссел  1. .

На фиг, 5 приведены эпюры напр жени  дл  второго варианта : 21эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора ; 22- эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора 5; 23 - эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора 6; эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора 7.

На Лиг, 6 приведены эпюры напр жений дл  третьего варианта: 25эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора k; 26- эпюранапр жений на коллекторном переходе транзистора 5; 27 -эпюра напр жений на коллекторном переходи транзис28329А

тора 6; 28 - эпюра напр жений на коллекторном переходе транзистора 7. Эпюры напр жений на первичной обмотке трансформатора 10 и обмотках 5 2 и 3 дроссел  1 дл  второго и трет гего вариантов стабилизатора такие же, как дл  первого варианта

(не показано),

На фиг, -6 прин тые следующие

to обозначени  уровней напр жений:

Eg- напр жение питани  стабилизатора;

напр жение на первичной обмотке трансформатора 10; „

15 Цд- напр жение на обмотках 2 и

3 дроссел  1.

Импульсный стабилизатор напр жени  работает следующим образом, В первом варианте (фиг, I,) на

20 базы транзисторов t-7 от блока управлени  11 поступают управл ющие импульсы с посто нной частотой. Скважность (отношение периода переключени  и времени рткрытого состо ни 

25 транзисторов) управл11ющих импульсов, поступающих.на базы транзисторов 6 И 7 посто нна и равна двум, С (важность управл ющих импульсов, поступающих на базы транзисторов 4 и 5,

30 равна или больше двух и зависит от величины выходного стабилизированного напр жени . Во.врем  открытого состо. ни  транзисторов и 7 происходит передача электрической энергии

,, через трансформатор 10 в цепь наг . рузки 12 и накопление энергии в обмотке 2 дроссел  1. Величины падени  напр жени  ид на. об.мотке 2 дроссел  1 и на обмотке выходного тран Q сформатора 10 U показаны на эпюрах 19 и 20, Транзистор k выключаетс , напр жение на его коллекторном переходе возрастает до уровн  питани  стабилизатора EQ (эпюра 15) при этом происходит увеличение напр жени  на коллекторном переходе транзистора 5 до уровн  2 Uy, значение напр жени  на коллекторном переходе транзистора 6 остаетс  равным Eg (эпюра 17), транзистор 7 остаетс 

Claims (3)

1. 50 открытым до окончани  полупериода (эпюра 18). Напр жение на обмотке 2 дроссел  1 измен ет свою пол рность (эпюра 20) под действием развивающейс  ЭДС, Напр жение на обмотке 2 дроссел  1 становитс  равным напр жению на обмотке выходного тран. сформатора 10, коммутирующий диод 9 открываетс , при этом энерги , за 7 , пасенна  в обмотке 2 дроссел  1 ,пере даетс  в первичную обмотку выходного трансформатора 10. Напр жение на об мотке трансформатора 10 остаетс  по сто нным до окончани  полупериода (эпюра 19). Транзистор 7 выключаетс , напр жение на его коллекторном переходе становитс  равным Е(эпюра 18), напр жение на коллекторном переходе транзистора снижаетс  до уровн  и . (эпюра 15), транзисторы 5 и 6 открываютс , напр жение источника питани  стабилизатора прикладываетс  к обмотке выходного трансформатора 10;противоположной ПОЛЯрности (эпюра 19), вызыва  перемагнимивание егосердечника . При этом происходит передача энергии через трансформатор 10 в цепь нагрузки 12 и накопление энергии в обмотке 3 Дро сел  1. Величина падени  напр жени  Уд на обмотке 3 дроссел  1 и обмотке выходного трансформатора U- показаны на эпюрах 19 и 20.Транзистор 5 выключаетс , напр жение на его коллекторном переходе возрастает До напр жени  Ед(эпюра 16), при этом напр жение на коллекторном переходе , закрытого транзистора k возрастает до 2 U (эпюра -15), напр жение на коллекторном переходе закрытого транзистора 7 остаетс  равным EQ (эпюра 18),транзистор 6 остаетс  отк.§ытым до окончани  полупериода , напр жение на обматке 3 дроссел  1 измен ет свою пол рность (эпюра 2.0) , под действием развивающейс  ЭДС напр жение на обмотке 3 дрос сел  1 становитс  равным напр жению (и)на обмотке трансформатора 10, открываетс  коммутирующий диод 8, приватом энерги , запасенна  в обмотке 3 дроссел  1 , передаетс  в обмотку трансформатора 10. Напр жение на обмотке трансформатора 10 остаетс  посто нным (эпюра 19). Во врем  выключенного состо ни  широтко-рёгулируемых транзисторов и 5, обмотка.трансформатора 10 отключаетс  от .источника питани  стабилизатора . Далее процесс повтор етс . Во втором варианте (фиг. 2 и 5) импульсы управлени  от блока управле ни  12 подаютс  на базы транзисторов -7 с такой же частотой и скважностью , как это описан-: в принципе действи  импульсного стабилизатора в первом варианте. Во врем  открытого состо ни  транзисторов и 7 прои.с9 ходит передача электрической энергии через трансформатор 1Q в цепь нагрузки 12и накопление энергии в обмотке 3 дроссел  1, Величины падени  напр жений Уд на обмотке 3 дроссел  1 и обмотке выходного трансформатора 10 Uy приведены на эпюрах 19,20. Транзистор k выключаетс  , напр жение на его коллекторном переходе возрастает до уровн  Е (эпюра 21), Hsfhр жение на коллекторном переходе выключенного транзистора 5 снижаетс  до нул  (эпюра 20) , напр жение на коллекторном переходе выключенного транзистора 6 возрастет до уровн  , Е + 2 Uy (эпюра 23), транзистор 7 остаетс  открытым, (эпюра 2k} f напр жение на обмотке 3 дроссел  1 измен ет свою пол рность под действием раз-, вивающейс  ЭДС достигает значени , равного и т (эпюра 19), коммутирующий диод 9 открываетс ,при этом энерги , запасенна  в обмотке 3 дроссел  1,передаетс  в первичную обмотку выходного трансформатора 10. Напр жение на обмотке выходного трансформатора 10 остаетс  посто нным до окончани  полупериода (эпюра 19). Транзистор 7 выключаетс  напр жение на его коллекторном переходе становитс  равным Uy (эпюра 2), транзисторы 5 и 6 включаютс , напр жение на коллекторном переходе выключенного транзистора f остаетс  равным Eg (эпюра 21), напр жение источника питани  стабилизатора прикладываетс  к обмотке выходного трансформатора 10 противоположной пол рности (эпюра 19), вызыва  перемёгничивание его сердечника . При этом происходит передача энергии через трансформатор 10.в цепь нагрузки 12 и накопление энергии в обмотке 2 дроссел  1. Транзистор 5 выключаетс  , напр жение на его коллекторном переходе возрастает до Ер(эпюра 22), напр жение на коллекторном переходе закрытого транзистора 7 возрастает до уровн  (эпюра 2Ц, напр жение на обмотке 2 дроссел  1 измен ет свою пол рность (эпюра 20) под действием развивающей ,с  ЗДС оно становитс  равным значению и, коммутирующий диод 8 открываетс , при этом напр жение на коллекторн- . переходе закрытого тр.анзистора ( снижаетс  до нул  (эпюра 21).Энерги , запасенна  в обмотке 2 дроссел  1, передаетс  через обмотки трансформатора 10 в нагрузку 12. -Напр жение на обмотке трансйгарматора 10 остаетс  посто нным до окончани  полупериода (эпюра 19). Во врем  выключенного состо ни  тр зисторов k и 5 обмотка трансформатора 10 отключаетс  от источника пи тани1Я стабилизатора. Далее процесс повтор етс . В третьем вгарианте, принцип рабо ты аналогичен принципу работы стаб лизатора первого варианта. Отличительной особенностью работы третьего варианта  вл етс  то, 4to напр жение на коллекторных переходах закоытых транзисторов не превышает значени  как это показано на фиг.6. В первом .варианте импульсного ст билизатора . величина напр жени , приложенного к коллекторным переход транзисторов не превышает 2 Uy. Поэтому целесообразно его использовать при питании стабилизатора Ьт источника посто нного тока напр жением 220 - 550 В. Однако в этом варианте схемы в процессе коммутации нерегулируемых транзисторов 6 и 7 возможно возникновение, сквозных то ков. Во втором варианте импульсного стабилизатора максимальна  величина напр жени , приложенного к коллекто ным переходам транзисторов,возрастает до уровн  Ед+ 2 Ц.. Поэтому наиболее целесообразно его ис пользовать при питании стабилизатор Ь:Т источников ПОСТОЯННОГО токэ напр имением 27-110 В, причем уровень нап жени  Eg+2 не  вл етс  определ ющим при выборе типа транзисторов преобразовател . Кроме того, дроссель , включенный между эмиттером транзистора 6 и коллектором транзис тора 7, ограничивает сквозные токи через эти транзисторы. В третьем варианте импульсногс стабилизатора максимальна  величина напр жени , приложенного к коллекто ным переходам транзисторов,составл ет Е. +0, Этот вариант может быт использован при питании от любого уровн  посто нного напр жени  Обмотки дроссел  1 , включенные между эмиттерами транзисторов и 6 и коллекторами транзисторов 5 и 7, так же ограничивают сквозные токи п коммутации. Однако, изол ци  между .обмотками дроссел  1 в этом случае должна быть расчитана на полное вхо 9 10 нее напр жение первичной обмотки трансформатора 10, в то врем , как в пер-, вых двух вариантах напр жение между обмотками дроссел  1 не превышает падени  напр жени  на его активном сопротивлении от тока первичной обмотки трансформатора 10. Предлагаемые варианты устройства целесообразно использовать дл  питани  нескольких гальванически не св занных нагрузок на переменном или посто нном токе. При этом, в случае нагрузки на посто нном токе, емкость конденсаторов фильтров снижае с  за счет преобразовани  широтноимпульсной модул ции в амплитудно-импульсную , вызыва  снижение габаритов устройства и повышение его КПД. Кроме того, целесообразно использоеание предлагаемого устройства дл  питани  высоковольтной нагрузки, так как в этом случае обеспечиваетс  снижение габаритов и повышение надежности за счет исклЮ1 ни  из схемы высоковольтного дроссел . Формула изобретени  1. Импульсный стабилизатор напр жени , содержащий мостовой усилитель мощности с двум  последовательно соединёнными широтно-регулируемыми и двум  последовательно соединенными нерегулируемыми тран1зисторами , диагональ посто нного тока которого подключена к входным выводам , а в диагональ переменного тока включен выходной трансформатор, блок управлени  входом подключен- ный к выходным выводам, а выходом .к управл ющим переходам транзисторов усилител  мощности, дроссель и первый коммутирующий диод подключенный одним из электродов к входному выводу в направлении, обратном про- . теканию тока, отличающийс   тем, что с целью расширени  функциональных возможностей путем преобразовани  широтно-импульсной модул ции в амплитудно-импульсную, в него введен второй коммутирующий диод, одним из электродов подключённый к второму входному выводу в направлении , обратном протеканию тока, а вторым - к эмиттеру первого широтно-регулируемого транзистора, св занного с первым входным выводом, причем второй электрод первого коммутирующего диода подключен к коллек тору второго широтно-регулируемого транзистора, а упом нутый дроссел выполнен с отводом от средней точки обмотки,, который соединен с соответствующим выводом упом нутого выходного трансформатора и включен в разрыв соединени  широтио-регулируемых транзисторов.
2. 2. Импульсный стабилизатор напр ж ни , содержащий мостовой усилитель мощности с двум  последовательно соединенными широтно-регулируемыми и двум  последовательно соединенными нерегулируемыми транзисторами, диагональ посто нного тока которого подключена к входным выводам, а в дц агональ переменного тока включен выходной трансформатор, блок управлени , входом подключенный к выходным выводам, а выходом- к управл ющим переходам транзисторов усилител  мощности, дроссель и первый коммутирующий диод, подключенный одним из электродов к входному выводу в направлении , обратном протеканию тока, отличающийс  тем, что, с целью расширени  i функциональных возможностей путем преобразовани  широтно-импульсной модул ции в амплитудно-импульсную , в него введен второй коммутирующий диод, одним из электродов подключенный к второму входному выводу в направлении, обратном протеканию токаР, а вторым - к эмиттеру первого широтно-регулируемс го транзистора, св занного с первым входным выводом, причем второй электрод первого коммутирующего диода подключен к коллектору второго широтно-регулируемого транзистора , а упом нутый дроссель выполнен с отводом от средней точки обмотки, который соединен с соответствующим выводом упом нутого выходного трансформатора и включен в разрыв соединени  нерегулируемых транзисторов. 912 3. Импульсный стабилизатор напр жени , содержащий мостовой усилитель мощности. с двум  последовательно соединенными широтно-регулируемыми и двум  последовательно соединенными нерегулируемыми транзисторами, диагональ посто нного тока которого подключена к входным выводам, а в диагональ переменного тока включен выходной трансформатор, блок управлени , входом подключенный к выходным выводам , а выходом - к управл ющим переходам транзисторов усилител  мощности, дроссель и первый коммутирующий диод,подключенный одним из электродов к входному выводу в направлении обратном протеканию тока, отличающийс  тем, что, с целью расширени  фукнциональных возможностей .путем преобразс ани  широтно-импульсной модул ции в амплитудно-импульсную , в него введен второй коммутирующий диод, одним из электродов подключенный к второму входному выводу в направлении, обратном протеканию тока, а вторым к эмиттеру первого широтно-регулируемого транзистора, св занного с первым входным выводом, причем второй электрод первого коммутирующего диода подключен к коллектору второго широтно-регулируемого транзистора, а упом нутый дроссель выполнен двухобмоточным , при этом перва  обмотка включена в разрыв соединени  широтнорегулируемых , а втора  - в разрывсоединени  нерегулируемых транзисто- ров. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США If 3697855, кл. Н 02 М 7А2, 1972, 2; Патент Франции № 212бЗЗб, кл. Н 02 М 3/00, 1972.
3. 3. Авторское свидетельство СССР ff 52М71, кл. G 05 F 1/6i(. 1976.

   )f

   UT

   U2.tt

   0

   2/

   22

   UT

   .23

   UT

   2

   Фиг.5

   0

   25

   UT

   l/T

   27

   28

   Фиг.6