Стабилизированный источник питания постоянным напряжением

 

Использование: электропитание радиоэлектронной аппаратуры, устройств связи и вычислительной техники. Сущность изобретения: расширение функциональных возможностей с одновременным повышением надежности. Введены дополнительные вторичные обмотки регулируемого трансформатора , которые позволяют получить совокупность выходных напряжений, изолированных от основного источника питания . Размещены первичные обмотки регулируемого трансформатора на его основном сердечнике, что обеспечивает жесткость внешней характеристики стабилизированного источника питания, уменьшает коммутационные потери на транзистора преобразователя напряжения . Размещена питающая обмотка вольтодобавочнрго узла на всех трех сердечниках регулируемого трансформатора, что позволяет стабилизировать входное напряжение преобразователя и частоту преобразования . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4906897/07

{22) 01.02.91 (46) 30,01.93. Бюл. f4 4

{71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Парсек" при Тольяттинском политехническом институте (72) Б.В.Бредихин (56) 3.M.Ðoìàø и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи. M.: Радио и связь, 1988, с. 206, р. 6.15, а, Там же, р. 6.15 г. Авторское свидетельство СССР

М 600544, кл. 6 05 F1/56,,1978, (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК

ПИТАНИЯ ПОСТОЯННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ (57) Использование: электропитание радиоэлектронной аппаратуры, устройств связи и вычислительной техники. Сущность изобреИзобретение относится к электротехнике и предназначено для электропитания радиоэлектронной аппаратуры, устройств связи и вычислительной техники, Известен многоканальный стабилизирующий источник постоянного напряжения, содержащий регулируемый инвертор, с выхода которого модулированные импульсы подаются на входы выпрямителей, выходами соединенные,с фильтрами, и цепь обратной связи с основного выхода многоканального источника питания на управляющий вход регулируемого инвертора.

Известен стабилизированный многоканальный источник питания, содержащий инвертор, одним входным выводом подключенный к источнику питания непосредственно, а другим — через выход регулируемого выпрямителя, запитанного с одной Ы» 1791932 А1 (si)s Н 02 M 3/335, G 05 F 1/56 тения: расширение функциональных возможностей с одновременным повышением надежности. Введены дополнительные вторичные обмотки регулируемого трансформатора, которые позволяют получить совокупность выходных напряжений, изолированных от основного источника питания. Размещены первичные обмотки регулируемого трансформатора на его основном сердечнике, что обеспечивает жесткость внеш ней характеристики стабилизированного источника питания, уменьшает коммутационные потери на транзисторах преобразователя напряжения, Размещена питающая обмотка вольто. добавочного узла на всех трех сердечниках регулируемого трансформатора, что позволяет стабилизировать входное напряжение преобразователя и частоту преобразования, 1 ил. из вторичных обмоток инверторного трансформатора, выходных цепей каналов, содержащих последовательно соединенные выпрямители и фильтры.

Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник питания постоянным напряжением, содержащий преобразователь напряжения, состоящий и коммутирующего трансформатора и транзисторов, регулируемый трансформатор, включающий основной и два дополнигельных сердечника с обмотками, соединенными между собой последовател ьно-встречно, блок управления с регулирующим и измерительным органами и вольтодобавочный узел, Недостатки прототипа состоят в невозможности гальванической развязки выходных цепей от цепей питания и построения

1791932 многоканального источника, необходимость введения дополнительных элементов для защиты силовых транзисторов преобразователя и стабилизации частоты преобразования, невозможность получения выходного напряжения, меньше максимальногоо входного.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей с одновременным повышением надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь напряжения, состоящий из коммутирующего трансформатора с одной первичной и вторичной обмотками, схемы запуска и транзисторов, блок управления с регулирующим и измерительным органами, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя и питающей обмотки, включенный последовательно с входными выводами, регулируемый трансформатор, включающий основной и два дополнитель.ных сердечника с намотанными на них обмотками управления, соединенными между собой последовательно-встречно и с компенсационными обмотками, соединенными между собой и также намотанными на дополнительных сердечниках регулируемого трансформатора и включенными последовательно-встречно, причем первичная обмотка коммутирующего трансформатора соединена с коллекторами транзисторов преобразователя и зашунтирована емкостью, дополнительно введены дополнительные вторичные обмотки регулируемого трансформатора, не связанные с входными выводами и подключенные через выпрямители к нагрузкам, причем базы транзисторов преобразователя подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, а коллекторы транзисторов соединены с выводами соответствующих первичных обмоток, намотанных на основной сердечник регулируемого трансформатора, другие выводы которых соединены между собой, вольтодобавочный узел положительным выходом выпрямителя подключен к точке соединения первичных обмоток, а питающая обмотка намотана на все три сердечника регулируемого трансформатора, обмотки управления подключены между выходом регулирующего органа блока управления и общим выводом дополнительных вторичных обмоток регулируемого трансформатора, положительный вывод основного выходного канала соединен с блоком управления, а цепь из стабилитрона и резистора подключена между отрицательным выходом не основного

10 15

30 лируемого трансформатора на его основном сердечнике позволяет повысить жесткость внешней характеристики стабилизированного источника питания, уменьшить коммутационные потери на транзисторах преобразователя напряжения, повысить эксплуатационную надежность источника, Введение цепи из последовательно соединенных стабилитрона и резистора позволяет уменьшить нестабильность выходных напряжений по неосновным каналам при изменении в них токов нагрузки.

Введение дополнительных вторичных обмоток регулируемого трансформатора позволяет получить совокупность выходных напряжений по неосновным каналам при изменении в них токов нагрузки.

Введение дополнительных вторичных обмоток регулируемого трансформатора позволяет получить совокупность выходных напряжений, изолированных от основного источника питания, Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что введение новых элементов и связей позволяет расширить функциональные возможности стабилизированного источника питания постоянным напряжением, не уменьшая стабильность выходных напряжений.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства

Стабилизированный источник питания постоянным напряжением содержит преобразователь, который состоит из коммутирующего трансформатора 1, один иэ выводов которого соединен через сопротивления 2, а другой — непосредственно с коллекторами соответствующих транзисторов 3, 4 преобразователя и с первичной обмоткой 5 регулируемого трансформатора 6.

Вольтодобавочный узел, выпрямитель которого собран на диодах 7 и 8,за питы вается от обмотки 9 регулируемого трансформатора

6, Он включен через среднюю точку питающей обмотки 9 между положительной шиной основного источника и средней точкой первичной обмотки 5 регулируемого трансформатора 6.

Базы транзисторов 3, 4 преобразователя подключены соответственно к выводам вторичной обмотки 10 коммутирующего выходного канала и выходом регулирующего органа блока упраьления.

Размещение питающей обмотки вольтодобавочного узла на всех трех сердечниках

5 регулируемого трансформатора позволяет стабилизировать входное напряжение преобразователя, а значит,и частоту преобразования беэ дополнительных элементов, Размещение первичных обмоток регу1791932 трансформатора 1, средняя точка которой через диод подключена к змиттерам транзисторов 3, 4 преобразователя. К выводам первичной обмотки 11 подключен Yoíäåíñàтор 12, Схема запуска выполнена на сопротивлении, конденсаторе и диоде и подключена к шинам основного источника, Блок управления включает в себя измерительный орган, состоящий из сопротивлений 13 — 16 и стабилитронов 17, 18, и регулирующий орган, который содержит транзисторы 19, 20, 21 и сопротивление 22.

Обмотки управления 23, 24, каждая из которых расположена на дополнительном сердечнике регулируемого трансформатора 6, соединены между собой последовательновстречно и подключены одним выводом к выходу регулирующего органа, Регулируемый трансформатор 6 собран на тороидальных сердечниках и имеет основной 25 и два дополнительных 26, 27 сердечника. Дополнительные сердечники расположены по обеим сторонам основного сердечника на одной оси с ним, Компенсационные обмотки 28, 29 намотаны на дополнительных сердечниках 26, 27,.одними выводами включены последовательно-встречно, а другими соединены между собой. Отрицательная шина основного источника питания 30 явля: ется общей для преобразователя и вольтодобавочного узла, Дополнительные вторичные обмотки 31, 32, 33 расположены . на основном сердечнике 25 регулируемого трансформатора 6 и через соответствующие выпрямители 34 — 39 соединены с нагрузками

40, 41, 42, вторые выводы которых, средние точки дополнительных вторичных обмоток

31, 32, 33 и отрицательный вывод питания блока управления образуют общую шину нагрузок, к которой присоединяется также второй вывод управляющих обмоток 23, 24.

Положительные выводы питания измерительного и рег лирующего органов соединены с одноименным выводом основного выходного канала, а цепь из последовательно соединенных стабилитрона 43 и резистора 44 включена между отрицательным выводом одного из неосновных выходных каналов и выходом регулирующего органа.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения основного источника 30 цепь запуска через вторичную обмотку 10 коммутирующего трансформатора 1 подает импульсы тока в базовые цепи транзисторов 3, 4 преобразователя. При включении первого из них, на первичной обмотке 5 регулируемого трансформатора . 6, подключенной к основному источнику 30 через питающую обмотку 9 и диоды 7, 8

35 нается регенеративный процесс переключения транзисторов 3 и 4 преобразователя, 50

10

45 выпрямителя вольтодобавочного узла, появляется напряжение, вызывающее протекание тока в первичной обмотке 11 коммутирующего трансформатора 1, Ток первичной обмотки 11, величина которого ограничена резистором 2, трансформируется во вторичную обмотку 10, которая запитывает базу открытого транзистора преобразователя. К управляющему переходу другого транзистора преобразователя приложено запирающее напряжение, величина которого ограничивается конденсатором 12. Переключение транзисторов 3 и 4 преобразовател начнется в тот момент, когда магнитный процесс в коммутирующем трансформаторе 1 достигнет значения потока насыщения, Насыщение сердечника трансформатора 1 приводит к резкому возрастанию тока в его первичной обмотке 11 и приложению напряжения первичной обмоткой 5 регулируемого трансформатора 6 к резистору 2. В этот момент уменьшающийся ток в базовой цепи открытого транзистора выводит его из насы цения, что приводит к увеличению его коллектсрного напряжения, уменьшению коллекторного тока и достижению магнитного потока в основном сердечнике 25 регулируемого трансформатора 6 своего максимального значения. После этого, магнитный псток в сердечнике 25 меняет свое направление, а ЭДС ве>: обмоток регулируемого трансформатора 6 и коммутирующего трансформатора 1 — свою полярность, НачиДалее процесс повторяетсп. Одновременно цепочка из последовательно соединенных резистора 2 и конденсатора 12 служит для демпфирования высокочастотных <олебаний в преобразователе, симметрирования полупериодов преобразования и облегчения коммутации транзисторов 3 и 4, Изменение магнитного потока в основном сердечнике 25 регулируемого трансформатора 6 наводит ЭДС в питающей обмотке 9 и дополнительных вторичных обмотках 31, 32, 33. Переменные напряжения на дополнительных вторичных обмотках 31—

33, находящихся на основном сердечнике

25,выпрямляются диодами 34-39 и запитывают нагрузки 40 — 42. Блок управления с иэмери тел ь ным и регулирующим орга нами, подключенный параллельно нагрузке 40, питается с выхода основного выходного канала, состоящего из дополнительной вторичной обмотки 31 и выпрямительных диодов 34, 35. Если выходное напряжение основного канала, поступающее на вход измерительного органа, например, уменьши1791932

25

30 лось относительно номинального значения, то.на его выходе появляется дополнительное напряжение, еще больше отпирающее транзистор 19 регулирующего органа блока управления. Происходит это потому, что потенциал его эмиттера, соединенного с резистивным делителем на сопротивлениях 13, 14, 15, будет ниже потенциала его базы, подключенной к выходу параметрического стабилизатора, состоящего из резистора 16 и стабилитрона 18, потенциал которого остается неизменным. Стабилитрон 17 уменьшает температурную нестабильность измерительного органа блока управления.

При большем открывании транзистора 19 и увеличении тока его коллектора, выходнои ток транзисторов 20, 21 также увеличивается, вызывая большее падение напряжения на резисторе 22, Уменьшение выходного сопротивления регулирующего органа повышает величину тока в управляющих обмотках 23, 24, находящихся на дополнительных сердечниках 26, 27 регулируемого трансформатора 6, Появление тока управления в этих обмотках вызывает поток управления.

Вольтодобавочный узел преобразует постоянное напряжение основного источника 30 в постоянное стабилизируемое напряжение другой величины, равной максимальному значению этого источника, Причем, при уменьшении напряжения на входе вольтодобавочного узла напряжение на его выходе и, следовательно, на входе преобразователя увеличивается, стремясь к стабилизируемому. Зто достигается тем, что управляющее устройство регулируемым трансформатором 6 изменяет величину магнитных потоков сначала в дополнительных сердечниках 26, 27 при помощи изменения постоянного тока в обмотках 23, 24 управления, а затем следствие изменения входного напряже ия преобразователя и в основном сердечнике 25. Например, при уменьшении напряжения основного источ ника 30, постоянный ток в обмотках 23, 24 управления увеличивается и за счет уменьшения. магнитной проводимости дополнительных сердечников 26, 27 напряжение на выходе вольтодобавочного узла увеличивается, что повышает входное напряжение преобразователя и соответственно увеличивает магнитный поток в основном сердечнике 25.

В результате этого напряжение на дополнительных вторичных обмотках 31-33. расположенных на основном сердечнике

25, увеличивается. При увеличении напряжения основного источника 30 и увеличении его на основном выходном канале измерительный орган через регулирующий орган уменьшает постоянный ток в обмотках управления 23, 24, что повышает магнитную проводимость дополнительных сердечников 26, 27 и уменьшает выходное напряжение Boll üòîäîáàâî÷íîãî узла при протекании через питающую обмотку 9 переменного дополнительного тока.

С,целью расширения диапазона регулйрования при увеличении сопротивлений нагрузок 40 — 42 и повышении напряжения основного источника 30 ближе к максимальному. пробивается стабилитрон 43, пропуская ток обратного направления в обмотки управления 23, 24, величина которого ограничивается резистором 44; и тем самым стабилизируя напряжения на нагрузках 40 — 42.

Таким образом, изобретение гозволяет получить совокупность выходных напряжений, изолированных от цепей питания, стабилизирует мощность питания управляющих переходов транзисторов 3, 4 преобразователя, а при увеличении мощности нагрузок эта мощность даже увеличивается, в результате повышения входного напряжения преобразователя для компенсации внутренних потерь регулируемого трансформатора 6 и удерживания выходного напряжения на нагрузке 40 на прежнем уровне, а также частоту преобразования, Формула изобретения

Стабилизированный источник питания постоянным напряжением, содержащий преобразователь напряжения, состоящий из коммутирующего трансформатора с одной первичной и вторичной обмотками, схемы запуска и транзисторов, блок управления с регулирующим органом и измерительным органом, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя и питающей обмотки, включенный последовательно с входными выводами, регулируемый трансформатор, включающий основной и два дополнительных сердечника с намотанными на них обмотками управления, соединенными между собой последовательно-встречно и с компенсационными обмотками, соединенными .между собой и также намотанными на дополнительных сердечниках регулируемого трансформатора и включенными последовательно-встречно, а первичная обмотка коммутирующего трансформатора соединена с коллекторами транзисторов преобразователя и зашунтирована емкостью, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей с одновременным повышением надежности, в него дополнительно введены дополнительные вторичные обмотки регулируемого трансформатора, не свя1791932

Составитель Н. Цишевская

Техред M.Мор гентал Корректор И. Шмакова

Редактор

Заказ 158 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 занные с входными выводами и подключенные через выпрямители к цепи нагрузки, причем базы транзисторов преобразователя подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки коммутирующего трансформатора. а коллекторы транзисторов соединены с выходами соответствующих первичных обмоток, намотанных на основной сердечник регулируемого. трансформатора, другие выводы которых соединены между собой, вольтодобавочный узел положительным выходом выпрямителя подключен к точке соединения первичных обмоток, а питающая обмотка намотана на все три сердечника регулируемого трансформатора, обмотки управления подключены между выходом регулирующего органа блока

5 управления и общим выводом дополнительных втооичных обмоток регулируемого трансформатора,. положительный вывод основного канала соединен с блоком управления, а цепь из последовательно

10 соединенных стабилитрона и резистора подключена между отрицательным выходом неосновного выходного канала и выходом регулирующего органа блока управления.