Стабилизатор напряжения постоянноготока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск их

Социалистическик республик (»i824175 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.07.79 (21) 2797363/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

G 05 F 1/64

Гееуддрстееннмй камнтет

СССР (53) УДК 621.316. .722.1 (088.8) Опубликовано 23.04.81. Бюллетень № 15

llo делам изобретений

N еткрмтий

Дата опубликования описания 04.05.81

1

I (72) Авторы изобретения

А. С. Христианов и Л. В. Чернышев (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны стабилизаторы постоянного тока, в которых для повышения КПД переключения регулирующего элемента осуществляются с помощью дополнительно вводимых транзисторов и коммутирующих диодов на соответствующие отводы вторичной обмотки трансформатора.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий несколько регулирующих транзисторов, подключенных коллекторами через диоды к соответствующим отводам трансформатора, базами — к блоку управления через электронный переключатель, а эмиттерами — к выходу линейного стабилизатора. Устройство используется для источника питания, содержащего инвертор с выходным напряжением прямоуголь ной формы и, по крайней мере, с двумя выходными обмотками трансформатора, каждая из которых имеет средний вы- вод (1).

Известен также линейный стабилизатор напряжения постоянного тока, в который дополнительно введены регулирующие транзисторы, подключаемые коллекторами через диоды к соответствующим отводам трансформатора, эмиттеры их соединены с выходом линейного стабилизатора, а базы через резисторы подключены к выходу блока управления, при этом запирание транзисторов, не участвующих в регулировании, осуществляется специальной схемой с резисторами и дополнительными транзисторами (2) . ! о Недостатки схемы, заключаются в том, что расходуется излишняя мощность по базовым цепям регулирующих транзисторов, которые в это время заперты, и при переходе на.дополнительные отводы трансформатора получается несимметричная форма вы ходного напряжения, потому что в разные полупериоды выпрямляется напряжение от различных частей обмотки трансформатора, что значительно увеличивает переменную составляющую как на входе, так и на вызо ходе стабилизатора.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток кото824175

25 рого подключены к входным выводам, а концы — ко входу регулирующего элемента, состоящего из коммутирующего трехфазного диодного моста и подключенного к его диагонали регулирующего транзисора, вторичные обмотки трехфазного трансформатора через выпрямитель с фильтром подключены к выходу для подключения нагрузки, к которому также подключен измерительный элемент, выполненный с усилителем постоянного тока, выход которого подключен ко входу суммирующего узла с генератором синусоидальных колебаний, усилителем мощности и высокочастотным согласующим трансформатором, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю 13).

Недостатком стабилизатора является увеличение мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе, пропорционально увеличению входного напряжения, что не позволяет улучшить его КПД, особенно в случаях значительных колебаний входного напряжения.

Цель изобретения — уменьшение мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе стабилизатора напряжения с регулированием по цепи переменного тока, и увеличение его КПД. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе напряжения постоянного тока, содержащем трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток которого под ключены к входным выводам, а концы — ко входу регулирующего элемента, состоящего из коммутирующего трехфазного диодного моста и подключенного к его диагонали регулирующего транзистора, вторичные обмотки трехфазного трансформатора через выпрямитель с фильтром подключены к выходу для подключения нагрузки, к которому также подключен измерительный элемент, выполненный с усилителем постоянного тока, выход которого подключен ко входу суммирующего узла, содержащего генератор синусоидальных колебаний, усилитель мощности и высокочастотный согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого присоединена к выпрямителю, дополнительно введен второй аналогичный регулирующий элемент, подключенный входом к дополнительным отводам первичной обмотки трехфазного трансформатора, базы транзисторов обоих регулирун1щих элементов через переключающее устройство подключены к выходу дополнительно введенного усилителя постоянного тока, вход которого подключен к указанному выпрямителю напряжения вторичной обмотки согласующего трансформатора, эмиттеры транзисторов регулирующих элементов соединены с вновь введенными разделительными диодами, которые другими выводами соединены с источником питания усилителя постоянного тока и включены в проводящем направлении для

Зо

so

55 тока управления от усилителя постоянного тока, вход переключающего устройства соединен с нелинейным делителем, подключенным к выходу первого регулирующего элемента. Кроме того, переключающее устройство выполнено на переключающих транзисторах, соединенных эмиттерами и подключенных к выходу усилителя постоянного тока, коллекторы переключающих транзисторов соединены с базами транзисторов регулирующих органов, а базы через резисторы соединены с коллекторами транзисторов другой проводимости, которые подключены к источнику питания и соединены между собой так, что образуют полупроводниковое реле на однополярных транзисторах с резистивными связями, вход первого из них соединен с выходом указанного нелинейного делителя, а разделительный диод, соединенный с первым регулирующим элементом, включен между эмиттерами транзисторов полупроводникового реле.

На чертеже представлена схема предлагаемого стабилизатора напряжения постоянного тока.

Стабилизатор напряжения содержит трехфазный трансформатор 1, подключенный к отводам первичной обмотки трансформатора, первый регулирующий элемент 2 с регулирующим транзистором 3 и подключенный к другим отводам той же обмотки второй регулирующий элемент 4 с регулирующим транзистором 5, выпрямитель с фильтром 6, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора и работающий на нагрузку 7, измерительный элемент 8 с усилителем, соединенный с суммирующйм узлом 9, содержащим генератор 10 синусоидальных колебаний, усилитель 11 мощности и высокоцастотный согласующий трансформатор 12 с выпрямителем 13, который подключен ко входу усилителя 14 постоянного тока, а выход его соединен с переключающим устройством 15.

В состав переключающего устройства 15 входят переключающие транзисторы 16 и

17, которые соединены эмиттерами и подключены к выходу усилителя постоянного тока. Коллекторы этих транзисторов соединены с базами транзисторов 3 и 5 регулирующих элементов 2 и 4. Базы переключающих транзисторсв 16 и 17 соединены, соответственно, с коллекторами транзисторов 18 и 19, которые подключены к источнику питания усилителя 4 постоянного тока и соединены между собой так, что образуют полупроводниковое реле на однополярных транзисторах с резистивными связями.

Вход первого транзистора 19 полупровод; никового реле соединен с выходом нелинейного делителя 20, содержащего стабилитрон и резистор и подключенного к выходу первого регулирующего элемента 2.

824-1 75

Эмиттеры регулирующих транзисторов 3 и 5 соединены, соответственно, с анодами разделительных диодов 21 и 22. Катоды диодов объединены и подключены к отрицательному полюсу источника питания усилителя постоянного тока, при этом эмиттер транзистора 19 соединен с анодом диода 21, а эмиттер транзистора 18 — с его катодом.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче на вход стабилизатора питающего напряжения запускается генератор 10 синусоидальных колебаний, напряжение которого через усилитель 11 мощности, высокочастотный согласующий трансформатор 12 и выпрямитель 13 подается на вход усилителя 14 постоянного тока и открывает его. Ток с усилителя 14 постоянного тока поступает на вход регулирующего транзистора 3 через переключающий транзистор 16, находящийся в режиме насыщения, при этом транзистор 18 полупроводникового реле также находится в режиме насыщения. Регулирующий транзистор 3 открывается, ток первичной обмотки трансформатора 1 замыкается через регулирующий элемент 2. Выходное напряжение стабилизатора начинает возрастать до номинального значения.

При увеличении выходного напряжения более номинального значения сигнал рассогласования, вырабатываемый в измерительном элементе 8, закрывает усилитель мощности суммирующего узла 9. Это приводит к уменьшению напряжения, поступающего на вход усилителя 14 постоянного тока и через него на вход регулирующего транзистора 3. В результате на регулирующем элементе 2 напряжение увеличивается, а на выходе стабилизатора уменьшается до номинального.

Поскольку регулирующий элемент 2 соединен с отводами первичной обмотки трансформатора, соответствующими максимальному коэффициенту трансформации, то на выходе стабилизатора .обеспечивается заданный уровень выходного напряжения при минимальном напряжении сети.

По мере увеличения напряжения питающей сети все приращение напряжения выделяется на регулирующем элементе 2, напряжение на нем достигает величины, когда начинает проводить стабилитрон нелинейного делителя 20, и на входе транзисто= ра 19 появляется сигнал, переводящий его в режим насыщения. Соответственно, в режим отсечки переходит транзистор 18, а вместе с ним и переключающий транзистор

16, отключая при этом от входа регулирующего транзистора 3 управляющий сигнал.

Управляющий сигнал в этот момент оказывается подключенным ко входу регулирующего транзистора 5, так как транзистор 17 переключается в режим насыщения. В ре20

55 зультате регулирующий элемент 2 закрывается, а ток первичных обмоток трансформатора 1 замыкается через регулирующий элемент 4. Поскольку он подключен к отводам с большим количеством витков, то трансформатор начинает работать с меньшим коэффициентом трансформации и на выходе стабилизатора обеспечивается необходимый уровень выходного напряжения при минимальном .напряжении на регулирующем транзисторе 5.

При уменьшении напряжения сети переключение регулирующих элементов происходит в обратном порядке.

Таким образом, обеспечивается изменение коэффициента трансформации силово1 го трансформатора, что позволяет увеличить КПД стабилизатора и уменьшить мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе.

Регулирующие элементы 2 и 4 идентичны и выполнены каждый с трехфазным мостовым выпрямителем, поэтому при работе любого из них не нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 1 и форма выходного напряжения всегда одинакова и симметрична.

Управление двумя регулирующими элементами осуществляется по одному каналу цепи обратной связи, сигнал обратной связи переключается только на последнем этапе с одного регулирующего элемента на другой, т. е. цепь обратной связи не усложняется по сравнению с известным стабилизатором напряжения с регулированием по цепи переменного тока. Вместе с тем уменьшение перепада напряжений на регулирующем элементе улучшает устойчивость работы стабилизатора, т. е. в цепь обратной связи требуется вводить меньше корректирующих цепей, обеспечивающих устойчивость работы стабилизатора в крайних режимах при изменении напряжения питающей сети, что очень существенно в стабилизаторах напряжения с регулированием по цепи переменного тока.

Транзисторы 16 — I 9 работают в режиме переключения, выделяемые на них мощности ничтожны, так же как и на связанных с ними вновь введенных элементах. Они легко поддаются средствам микроминиатюризации и в стабилизаторе занимают весьма мало места.

Установка дополнительного регулирующего транзистора 5 на один радиатор с транзистором 3, используя современные способы изоляции коллекторов транзисторов от радиатора, позволяет резко уменьшить объем, занимаемый органами регулирования, Использование изобретения позволяет увеличив КПД стабилизатора, улучшить устойчивость его работы и стабильность выходного напряжения, а также его удельные объемные и весовые характеристики. Наи824175 больший эффект получается в стабилизаторах напряжения с регулируемым уровнем выходного напряжения.

Формула изобретения

1. Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий трехфазный трансформатор,,начала первичных обмоток которого подключены к входным выводам, а концы— ко входу регулирующего элемента, состоящего из коммутирующего трехфазного диодного моста и подключенного к его диагонали регулирующего транзистора, втор ." чые обмотки трехфазного трансформатора -, рез выпрямитель с фильтром подключены к выходу для подключения нагрузки, к которому также подключен измерительный элемент, выполненный с усилителем постоянного тока, выход которого подключен ко входу суммирующего узла с генератором синусоидальных колебаний, усилителем мощности и высокочастотным согласующим трансформатором, вторичная обмотка которого присоединена к выпрямителю, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД стабилизатора и уменьшения мощности, рассеиваемой на его регулирующем элементе, в. него дополнительно введен второй аналогичный регулирующий элемент, подключенный входом к дополнительным отводам первичной обмотки трехфазного трансформатора, базы транзисторов обоих регулирующих элементов через переключатель подсоединены к выходу дополнительно введенного усилителя постоянного тока, вход которого подключен к указанному выпрямителю напряжения вторичной обмотки согласующего трансформатора, эмиттеры транзисторов регулирующих элементов соединены с вновь введенными разделительными диодами, которые другими выводами соединены с источником питания усилителя постоянного тока и включены в проводящем направлении для тока управления от усилителя постоянного тока, вход переключателя соединен с нелинейным делителем, подключенным к выходу первого регулирующего элемента.

2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что, переключающее устройство на транзисторах содержит две пары разнополярных транзисторов, первые из которых соединены эмиттерами и подключены к выходу усилителя постоянного тока, их коллекторы соединены с базами транзисторов регулирующих элементов, а базы через резисторы соединены с коллекторами транзисторов другой пары, которые подключены к источнику питания и соединены между собой

20 так, что образуют полупроводниковое реле на однополярных транзисторах с резистивными связями, вход первого из них соединен с выходом указанного .нелинейного делителя, а разделительный диод, соединенный с первым регулирующим элементом, включен между эмиттерами транзисторов полупроводникового реле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 0 № 575633, кл. G, 05 F 1/56, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 583416, кл. G 05 F 1/56, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР № 645145, кл. G 05 F 1/56, 1976.

824175

Составитель В. Круглова

Редактор Н. Николайчук Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 2110/70 Тираж 940 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4