Система стабильного электропитания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

855641

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) 3аявлено 241Х79 (21) 2869134/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (5%)М. Кл з

Б 05 F 1/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150881, Бюллетень М 30 (53) УДК 621.316. .722.1(g88.8) Дата опубликования описания 15,08,81 (72) Авторы изобретения

l0. И. Конев, С ..С. Букреев, A. Ф. Кадац

В. П. Скрипников и В. П. Панч (71) Заявитель (54) СИСТЕМА СТАБИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в полупроводниковых стабилизаторах импульсного действия, работающих при повышенных питающих напряжениях.

Известен импульсный стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент, блокирующий диод, индуктивно-емкостный фильтр, блок сравнения, усилитель постоянного тока и широтноимпульсный модулятор (1) .

Недостатком данного устройства является необходимость использования транзисторов в регулирующем элементе с максимально допустимыми напряжениями между коллектором и эмиттером больше или равныМи максимальному питающему напряжению. Кроме того, при питании импульсного стабилизатора от источника с напряжением, соизмеримым с максимально допустившим, ме.хду коллектором и эмиттером транзисторов регулирующего элемента, работающего на индуктивную нагрузку, появляется опасность вторичного пробоя транзисторов, а динамические потери возрастают пропорционально увеличению питающего напряжения. Это приводит к снижению надежности и

КПД устройства.

Известна схема импульсного стабилизатора напряжения, содержащая регулирующий элемент, блокирующий диод, индуктивно-емкостной фильтр, блок сравнения, усилитель постоянного тока и широтно-импульсный модулятор. В данном устройстве обеспечивается возможность работы транзисторов с максимально допустимям напряжением между коллектором и эмиттером меньше напряжения первичного источника питания 21.

О .нако при этом завышены габариты и статические потери, а динамические потери в регулирующем элементе растут пропорционально увеличению напряжения первичного источника питания. Кроме того, для выравнивания напряжения на последовательно соединенных транзисторах, на которых выполнен регулирующий элемент, необходимо вводить выравнивакхаие цепочки как для статического, так и для динамического режимов принимать специальные меры для управления последовательно соединенными транзисторами, что значительно усло>княет схему устройства.

Наиболее близким к изобретению является система стабильного электропитания, содержащая импульсный стабилиЗО затор напря:кения, состоящий из регу855641 лирующего элемента, силовая цепь которого включена между выводом для подключения первичного источника питания и дросселем силового Фильтра, конденсаторов силового фильтра, включенных по схеме делителя, входом подключенного ко входу блока сравнения, вы-, ход которого через усилитель постоянного тока и широтно-импульсный модулятор соединен с управляющим входом регулирующего элемента, и блокирукщего диода, один электрод которого подключен .к точке соединения регулирующего элемента с дросселем силового фильтра, и преобразователь постоянного напряжения в переменное, состоящий из транзисторов, включенных о полумостовой схеме и управляющими электродами, соединенных с выходами узла управления, и силового трансформатора, первичная обмотка которого включена ме:<ду точкой соединения силовых электро- 2О дов транзисторов преобразователя и выходом делителя на конденсаторах силового фильтра импульсного стабилизатора напряжения, а вторичная обмотка соединена с выводами для под- 2 ключения нагрузки 433.

45

Недостатком данной системы явля" ется необходимость применения транзисторов, используемых в составе регулирующего элемента с максимально допустимым напряжением между коллектором и эмиттером больше или равным напря ;<ению первичного источника питания, использование блокирующего диода с максимально обратным напряжением, равным напряжению источника питания, низкое значение КПД из-за повышенных динамических потерь в регулирующем элементе и блокирующем диоде, низкая надежность из-эа критичности к вторичному пробою транзистора.

Цель изобретения — повышение КПД и улучшение выходных характеристик системы путем обеспечения возможности использования низковольтных транзисторов и диодов.

Поставленная цель достигается тем, что в систему стабильного электропитания введена цепь из последовательно соединенных вторичной обмотки силового дросселя и коммутирующего диода, которая подключена параллельно тому конденсатору упомянутого делителя, который включен между выходом делителя и выводом для .подключения первичного источника питания, а второй электрод блокирующегв диода подключен к выходу делителя.

На чертеже представлена функциональная схеМа системы стабильного, электропитания.

Система содержит импульсный стабилизатор 1 напряжения и преобразователь 2 постоянного напряжения в . переменное, являющегося нагрузкой для стабилизатора 1. Преобразователь состоит из трансформатора 3 с первич ной 4 и вторичной 5 обмотками, причем последняя подключена к нагрузке

6, транзисторов 7 и 8, включенных по полумостовой схеме и базами соединенных с узлом 9 управления. Импульсныи стабилизатор 1 состоит из регулирующего транзистора 10, широтно-импульсного модулятора 11, усилителя 12 постоянного тока, узла 13 сравнения, силового фильтра 14, включающего блокирующий диод 15, коммутирующий диод 16, конденсаторы 17 и 18, дроссель 19 с первичной 20 и вторичной

21 обмотками. Источник питания и преобразователь 2 и леют одну общую шину, другая шина источника подключена к преобразователю 2 через регулирующий элемент 10 и первичную обмотку 20 дросселя 19, вторичная обмотка 21, которая в данном случае выбирается с количеством витков, равным количест. ву витков обмотки 20, обмотка 21, через коммутирующий диод 16 подключена параллельно конденсатору 18, который вместе с конденсатором 17 выполняет функции фильтрации в силовом фильтре 14 и используется для создания емкостного делителя напряжения полумостовой схемы преобразователя, транзисторы 7 и 8 подключены последовательно между собой и параллельно емкостному делителю, между средней точкой которого и общей точкой соединения транзисторов 7 и 8 подключена первичная обмотка 4 силового трансформатора 3, блок сравнения, содержащий источник опорного напряжения, подключен ко входу преобразователя

2, выход блока 13 сравнения подключен через усилитель 12 постоянного тока ко входу широтно-импульсного мо40 дулятора 11, выход которого подключен ко входу регулирующего элемента 10.

Система работает следующим образом

Блок 13 сравнения в зависимости от возмущающего воздействия (изменения выходного напряжения первичного источника 1 питания, сопротивления гальванически развязанной нагрузки

6, параметров элементов стабилизатора и преобразователя) изменяет через усилитель 12 постоянного тока коэффициент заполнения широтно-импульсного модулятора 11 таким образом, чтобы ! сохранить напряжение на преобразователе прежним(до возмущающего воздействия) установленной величины (пренебрегаем статической ошибкой).

Рассмотрим квазиустановившийся режим — регулирукщий элемент 10 переключается с постоянным коэффициентом

60 заполнения. При замкнутом состоянии регулирукщего элемента 10 энергия от первичного источника питания поступает через регулирующий элемент 10 и первичную обмотку 20 дросселя 19 в преобразователь. При этом в интерва855641 ле открытого состояния регулирующего элемента 10 ток в первичной обмотке

20 увеличится от минимального зна-. чения (меньше среднего тока нагрузки) до максимального значения (больше r среднего тока нагрузки). При токе в первичной обмотке 20 меньше, чем средний ток преобразователя напряжение на конденсаторах 17 и 18 уменьшается, а при токе в первичной обмотке 20 больше, чем средний ток преобразователя, напряжение на конденсаторах 17 и 18 увеличивается. Номинальные значения конденсаторов 17 и 18 не превышают заданной величины. Напряжения на обмотках первичной 20 и вторичной 21 дросселя 19 при открытом состоянии регулирующего элемента 10, полярности которых указаны на чертеже без скобок, по величине равные друг другу, определяются разностью напряжения первичного источника питания и выходного напряжения стабилизатора

0д„„ . Соответственно напряжения, приложенные к закрытым блокирукщему 15 и коммутирующему 16 диодам, также равны и по величине определяются суммой 25 половины напряжения на входе преобразователя напряжения на первичной 20 (вторичной 21) обмотке дросселя 19.Таким образом, напряжения, приложенные к закрытому блокирующему 15 и коммути- 3() рующему 16 диодам, равны по величине, чем в классической схеме. Причем в случае необходимости применения низковольтного диода в классической схеме импульсного стабилизатора потребуется последовательное их включение, это в „свою очередь приведет к необходимости введения выравнивающих

RC-цепочек, вызывая усложнения схемы и уменьшение КПД. При включенном состоянии регулирующего элемента 10 на- 4О пряжения на обмотках 20 и 21 дросселя 19 сменяет полярность на противоположную (на чертеже показано B скобках) и накопленная энергия в дросселе 19 отдается в преобразователь че- 4$ рез обмотки 20 и 21 и открытые блокирующий 15 и комму;ирующий 16 диоды.

Так как число витков обмоток 20 и 21 равно, то энергия, отдаваемая ими равна, равны и напряжения на конден- $p саторах 17 и 18. При этом напряжение, приложенное к закрытоь р регулирукщему элементу 10, определяется разностью напряжений первичного источника питания и половины напряжения на входе преобразователя, что меньше напряжения, прикладываемого к регулирующему элементу 10 в классической схеме импульсного стабилизатора, равного напряжению источника питания. Необходимо подчеркнуть, что на этапе вклю- 66 чения регулирующего элемента, когда неосновные носители в области базы блокирующего диода 15 рассасываются, динамические потери в регулирующем элементе 10 меньше, чем в классической схеме. В общем случае нагрузкой импульсного стабилизатора напряжения может являться и не полумостовая схе ма преобразователя, а любая другая, не имеющая общей точки соединения со средней точкой емкостного делителя на конденсаторах 17 и 18, т. е, подключенной непосредственно к выходу стабилизатора. Крбме того, дроссель

19 может быть выполнен с и обмотками, как с равными количествами витков, так и не равными. Например, в случае равного количества витков появляется возможность использования низковольтных конденсаторов в высоковольтных импульсных стабилизаторах, максимально допустимое напряжение которых по техническим условиям больше или равнс величине в и раз меньшей напряжения на преобразователе 2. При этом отпадает необходимость выравнивания напряжения с помощью параллельно включенных резисторов, понижающих КПД устройства. К коммутирующим диодам 16 (количество которых равно и-1) при этом также, как и к регулирующему элементу, в закрытом состоянии прикладывается напряжение

Ci y таким образом, при увеличении числа (т. е. количества вторичных обмоток дросселя 19) напряжение, прикладываемое к закрытым силовым коммутирующим элементам, уменьшается. При этом преобразователь 2 может подключаться непосредственно к выводам для подключения нагрузки.

Проведенные исследования показывают, что данная система обладает по сравнению с известной следукщими преимуществами: повышенным КПД из-за уменьшения динамических потерь в регулирующем элементе, блокирующем диоде, а также за счет исключения выравнивающих резисторов, на которых теряется энергия первичного источника питания, появляется воэможность использования низковольтных регулирующих транзисторов, выполняющих функции регулирующего элемента, параметры которых, как правило, значительно лучше высоковольтных транзисторов, появляется воэможность использования низковольтных силовых диодов и конденсатора без применения цепей выравнивания, уменьшающих ЕИД система. г

Формула изобретения

Система стабильного электропитания, содержащая импульсный стабилиз аrop напряжения, состоящий из регулирующего элемента, силовая цепь которого включена между выводом для подключения первичного источника питания и дросселем силового фильтра, 855641

Составитель Л. Стрелкин

Редактор Н. Минко ТехредМ. Табакович Корректор М. Пожо

Заказ 6907/68

Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 конденсаторов силового фильтра, включенных по схеме делителя, входом подключенного ко входу блока сравнения, выход которого через усилитель постоянного тока и широтно-импульсный модулятор соединен с управляющим входом регулирующего элемента, и блокирующего диода, один электрод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента с дросселем силового. фильтра, и преобразователь постоянного напряжения в переменное,. состоящий из транзисторов, включенных по полумостовой схеме и управляющими электродами соединенных с выходами узла управления, и силового трансформатора, первичная обмотка которого включена между точкой соединения силовых электродов транзисторов преобразователя и выходом делителя на конденсаторах силового фильтра импульсного стабилизатора напряжения, а вторичная обмотка соединена с выводами для подключения нагрузки, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения КПД и улучшения выходных характеристик системы путем обеспечения . возможности использования низковольтных транзисторов и диодов, в нее введена цепь из последовательно соединенных вторичной обмотки, силового дросселя и коммутирующего диода, которая подключена параллельно тому конденсатору, упомянутого делителя, который включен между выходом делителя и выводом для подключения первичного источника питания, а второй © электрод блокирующего диода подключен к выходу .делителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мелешин В. И. и др. Стабилизи-, рованный преобразователь переменного напряжения в низкое постоянное. Сб.

"Электронная техника в автоматике".

Под ред. Ю. И. Конева, М., "Советское радио", 1974, вып. 5, с. 58.

2. Буденный A. П. и др. Мощный клю20 чевой стабилизатор, Сб. "Электронная техника в автоматике". Под ред.

t0. И. Конева, М., "Советское радио", 1974, вып. 5, с. 65-66.

3. Авторское свидетельство СССР

yg 9 308426, кл. G 05 F 1/56, 1973.