Стабилизатор постоянного напряжения
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
eolo3 Советсиин
Социалистичесии к
Республии
Опубликовано 23.02.82. Бюллетень № 7 Дата опубликования описания 25.02.82 (5l)M. Кл. С 05 F 1/46 9Ьеударстеанный квинтет CCCP ае делам нзабретеннй н отарытнй (53) УДК 621 ° 316. ° 722.1 (088.8) (72) Авторы изобретения А.К. Тищенко и B.È. Шевченко (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах электропитания для получения постоянного напряжения с высокой степенью стабилизации. Известны вольтореверсивные стабилизаторы напряжения, обеспечивающие стабилизацию напряжения на уровне, большем или меньшем выходного напряжения, состоящие из регулируемого преобразователя, обеспечивающего широтно-импульсную модуляцию напряжения вычет-добавки, выпрямителя, фильтра и блока управления $1). Недостатками известных стабилизаторов являются их относительно невысокая надежность и наличие значительных пульсаций выходного напряжения. Наиболее близким к изобретению является стабилизатор постоянного на20 пряжения, содержащий ряд инверторяых ячеек, выходы которых соединены последовательно и через выпрямитель включены между входными и выходными зажи2 мами стабилизатора, а силовые входы подключены к входным зажимай стабилизатора через коммутирующие транзисторы, и блок управления, состоящий из ряда взаимосинхронизированных автогенераторов, выходные обмотки которых связаны с управляющими входами инверторных ячеек и коммутирующих транзисторов, причем собственная частота первого автогенератора.стабильна, частота последнего автогенератора пропорциональна выходному напряжению стабилизатора, а частота промежуточных автогенераторов ниже, чем у первого и последнего автогенераторов 1.2). Недостатком данного стабилизатора являются ограниченные функциональные возможности, поскольку выходное напряжение может стабилизироваться на уровне, большем входного напряжения. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей стабилизато90 7520 4 из них автогенератора 13) стабильна, последнего 1 автогенератора 17) — пропорциональна выходному напряжению, а промежуточных 1 автогенераторов 14E6)- более низкая, чем у первого и последнего. Входы управляемого выпрямителя 7 соединены с выходными обмотками nepeoro автогенератора 13. К0 входам транзисторов 18 и 19 ин1о верторных ячеек 4 и 5 подключены соединенные последовательно выходные обмотки автогенераторов 15, 14 и 14, 13 соответственно, а ко входам коммутирующих транзисторов 2 и 3 соединенные последовательно выходные обмотки автогенераторов 17, 16 и 16, 15 соответственно. При этом выходные обмотки каждых двух последующих смежных автогенераторов (например 15 и 16) соединены последовательно и подключены к управляющему входу одного коммутирующего транзистора 3, соединенного с инверторной ячейкой 5, управляющие входы которой подключены к соединенным последовательно выходным обмоткам двух предыдущих смежных автогенераторов 13 и 14. Встречно-параллель lo транзисторам 18 и 19 каждой из инверторных ячеек 4 и 5 и коммутирующим транзисторам 2 и 3 включены диоды 20, 21 и 22, 23 соответственно.йнверторные ячейки 4 и 5 с соответствующими им коммутирующими транзисторами 2 и 3 подключены к ис35 точнику 11. На фиг. 2 и 3 используются следующие обозначения: UH — напряжение на выходных зажимах стабилиНа фиг. 1 изображена электрическая схема стабилизатора; на фиг.2 40 его внешняя характеристика; на фиг.3эпюры напряжений, поясняющие принцип работы стабилизатора. ра путем увеличения диапазона регулирования его выходного напряжения. Эта цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем ряд инверторных ячеек, выходы которых соединены последовательно и через выпрямитель включены между входными и выходными зажимами стабилизатора, а силовые входы - к входным зажимам стабилизатора через коммутирующие транзисторы, и блок управления, состоящий из ряда взаимосинхронизированных автогенераторов, выходные обмотки которых связаны с управляющими входами инверторных ячеек и коммутирующих транзисторов, причем собственная частота первого автогенератора стабильна, частота последнего автогенератора пропорциональна выходному напряжению стабилизатора, а частота промежуточных автогенераторов ниже, чем у первого и последнего автогенераторов, указанный выпрямитель выполнен управляемым, а его управляющие входы подключены к выходным обмоткам первого автогенератора, при этом выходные обмотки каждых двух последующих смежных автогенераторов соединены последовательно и подключены к управляющему входу одного коммутирующего транзистора, соединенного с инверторной ячейкой, управляющие входы которой подключены к соединенным последовательно выходным обмоткам двух предыдущих смежных автогенераторов. затора; U — напряжение на входип ных зажимах стабили0 нам вин (I мс кс )4 16 16 17 Стабилизатор постоянного напряже45 ния содержит регулирующий орган I в виде коммутируемых транзисторами 2 и 3 по цепи питания инверторных ячеек 4 и 5 с силовыми трансформаторами 6, выходные обмотки которых соединены между собой последовательно и через управляемый выпрямитель 7, состоящий из двух диодно-транзисторных цепочек 8 и 9, подключенных к нагрузке 10 последовательно с источником El питания, и блок управления Е2, состоящий из взаимнасинхронизированных автогенераторов 13-17. Собственная частота первого затора; номинальное напряжение на выходе стабилизатора; минимальное напряжение на входе стабилизатора; максимальное напряжение на входе стабилизатора; форма сигналов на выходах автогенераторов 13-17. форма напряжении на выходе инверторных ячеек 4 и 5; 9ll /h)P! О суммарное напряже>-п>е вольтодобавки; текущая координата, Стабилизатор с регулирующим органом 1, управяемым от последовательной 5 цепи взаимно-синхронизированных в фазе О! и в фазе 180 автогенераторов 13-17, предс-авляет собой автоматическую систему управления с астатическим законом регулирования. Устройство работает следующим образом. В режиме регулирования выходного напряжения на номинальном уровне 0 нам стабилизатор работает на горизонтальном участке своей внешней характеристики (фиг.2). При этом автогенераторы работают на одной частоте, определяемой автогенератором 13, собственная частота которого стабильна. 20 Каждый из автогенераторов 14-16 расчитанный на низкую частоту, может синхронизироваться ли о со стороны автогенератора 13 (слева), либо со стороны автогенератора 17 (справа ). Все автогенераторы 13-17 синхронизированы поочередно друг с другом от автогенератора 13 до автогенератора 17 (слева направо ) в фазе 0 (синфазно), а от автогенератора 17 до зо автогенератора 13 (справа налево) в фазе 180 (противофазно). lip>4 напряжении источника 11 питания (014!1) ниже некоторого значения О ин (фиг.2) частота автогенератора 17 становится ниже частоты автогенератора 13, вследствие чего автогенераторы 14-17 синхронизируются со стороны автогенератора 13 и переключаются с ним синфазно. В другом, 40 крайнем случае, когда 0>„п становится выше некоторого значения 0>цг!>, фиг.2), частота автогенератора 17 становится выше частоты автогенератора l3, что приводит к синхронизации автогенера- 4> торов 13-16 со стороны автогенератора 17. При этом любые два смежных автогенератора 13 и 14, 14 и 15, 15 и 16, 16 и 17 работают между собой противофазно. В режиме стабилизации выходного напряжения между какими-либо двумя смежными автогенераторами может возникнуть фазовый сдвиг в пределах 0 — 180, при этом все автогенераторь>, расположенные в цепи синхронизации ближе к автогенератору 13, переключаются синфозно с ним эа счет цепеи синхронизации, а остапьные автогенераторы синхронизируются со стороны ав-огенератора 17 за счет чего любые два смежных из них переключаются противофазно. В результате f1p>1 изменении U „от 0 индо U, между напряжениями автогенера-оров 13 и 17 накапливается сдвиг фаз, максимальное значение которого равно сумме максимально возможных фазовых сдвигов между напряжениями каждых двух смежных автогенераторов 13 и 14, 14 и 15, 15 и 16, 16 и 17. Учитывая то, что максималь.!ый ф,>зовый сдвиг между напряжсниями любых двух смежных автогенераторов равен K 180, общий сдвиг фаз между напряжениями автогенераторов 13 и 17 может принимать значения в пределах =0- 1С и, где в данном случае и= 4 (число пар смежных автогенераторов). Таким образом, в результате накапливания суммарного фазового сдвига Е от П до 4 +L при изменении U„q от U до 0 <>-) происходит поочеМч!4 редная широтно-импульсная модуляция сигналов, снимаемых с соединенных последовательно выходных обмоток каждых двух смежных автогенераторов. При Пип — 0,, >,н (фиг.2) все автогенераторы 13 — 17, работают синфазно. При этом, согласно схематическому построению (фиг.1), коммутирующие транзисторь! 2 и 3 полностью открыты, а транзисторы 18 и 19 инверторных ячеек 4 и 5 переключаются попеременно, что обеспечивает формирование меандра на выходных обмотках трансформаторов 6. Синфазность выходных напряжений трансформаторов 6 (U< и 0<) и соответствующее синфазное переключение диодно-транзисторных цепочек 8 и 9 выпрямителя 7 организует полную вольтодобавку 0 Ug- 0 к входному напряжению 0„, . При увеличении 0,„п автогенератор 17 стремится повысить свою частоту, в результате чего его фаза по отношению к автогенератору 16, который вместе с автогенераторами 14 и 15 продолжает работать в фазе с автогенератором 13, принимает значение в пределах 0 - 7> фиг.3, поз.l, при этом его моменты переключения перемещаются влево по оси времени изменения фазы автогенераторов. 907520 Широтно-импульсное напряжение, снимаемое с последовательно соединенных обмоток аэтогенераторов 16 и прикладывается ко входу коммутирующего транзистора 2, в результате чего в моменты его запертого состояния первичная обмотка трансформатора 6 инверторной ячейки 4 отключается от напряжения питания и ток выпрямителя 7, измененный в соответствии с коэффициентом трансформации трансформатора 6, замыкается по первичной обмотке через открытый транзистор 18 (или 19) и диод 21 (или 20), при этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора б инверторной ячейки 4 отсутствует (если пренебречь потерями в диодах 29 и 21 и транзисторах 18 и 197 Вольтодобавка Бд принимает форму, показанную на фиг.3, 20 поэ.I. При ф = !ь выходное напряжение 04 инверторной ячейки 4 становится равным нулю. В этом случае Ид=0 . При дальнейшем увеличении U 25 (при = à — 2 7 ) в результате того, что сдвиг фаэ между автогенераторами 16 и 17 не может быть более I80 (вследствие синхронизации автогенера гора 16 автогенератором 17 в фазе Зо 18ф, автогенератор 17 жестко синхронизирует автогенератор 16 и, стремясь увеличить свою частоту,, осуществляет накапливание фазы между напряжениями автогенераторов 15 и 1б в пределах 0 - % . Автогенераторы 13 15 при этом продолжают работать синфаэно. Широтно-импульсная модуляция отпирающего сигнала происходит на входе коммутирующего транзистора 3, gp что обеспечивает широтно-импульсную модуляцию напряжения U<, а следовательно и U д (фиг.3 поз.II). При =2 дополнительные транзисторы 2 и 3 полностью заперты, и воль- 5 тодобавка отсутствует: Ь = U = U = =0. Такой режим наступает при равен" стве UI„ Hàïðÿæåíèþ на нагрузке 10 1,потери на диодно-транзисторных цепочках 8 и 9 выпрямителя 7 не учитывается). При g =2 - Qi автогенераторы 13 и 14 работают в фазе, а каждые два смежных автогенератора 15 и Iá, 16 и 17 - в противофазе, при этом фазовый сдвиг между напряжениями автогенераторов 14 и 15 принимает значение 0- Г, что обеспечива,т широтно-импульсную модуляцию ol ïèpàâùåão сигнала на входе основных транзисторов 18 и 19 инверторной ячейки 4. В моменты запертого состояния одновременно двух транзисторов 18 и 19 инверторной ячейки 4 трансформатор б перемагничивается по вторичной цепи, наводимое при этом напряжение. на первичной обмотке трансформатора б инверторной ячейки 4 выпрямляется диодами 20, 21 и 22 и прикладывается к источнику 11- обеспечивая режим вольтовычитачия (фиг.3 поэ.III),В том случае, когда =3%, основные транзисторы 18 и 19 инверторной ячейки 4 полностью заперты, и режим вольтовычитания присутствует в течение всего периода переключения, При дальнейшем увеличении напряжения бип(=3 Я - 41< ) в режим вольтовычитания переходит инверторная ячейка 5 (фиг.3 поз.IV), при некотором значении входного напряжения 0 @,с с(фиг.2) частота автогенератора 17 становится выше частоты автогенератора 13, что приводит к синхрони" зации автогенераторов 13-16 от автогенератора 17. При этом любые два смежных автогенератора 13-17 в цепи синхронизации работают между собой в противофазе, что соответствует запертому состояние как основных транзисторов 18 и 19 инверторных ячеек 4 и 5, так и коммутирующих транзисторов 2 и 3. В таком режиме обе инверторные ячейки 4 и 5 обеспечивает полное волтовычитания U = -(Уд + Ug) Таким образом, предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения обеспечивает необходимое качество выходного напряжения при напряжении на зажимах входного источника как меньшем напряжения на нагрузке, так и большем. Расширение диапазона регулирования в два раза достигается без увеличения количества инверторных ячеек и их мощности, а также беэ повышения уровня пульсаций выходного напряжения. формула изобретения Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий ряд инверторных ячеек, выходы которых соединены последовательно и через выпрямитель вклю9 90752 чены между входными и выходными зажимами стабилизатора, а сиг.звые входы подключены к входным зажимам стабилизатора через коммутирующие транзисторы, и блок управления состояЩий из ряда взаимосинхронизированных автогенераторов, выходные обмотки которых связаны с управляющими вхо,дами инверторных ячеек и коммутирующих транзисторов, причем собствен- 10 ная частота первого автогенератора стабильна, частота последнего автогенератора пропорциональна выходному напряжению стабилизатора, а частота промежуточных автогенераторов И ниже, чем у первого и последнего автогенераторов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей стабилизатора путем увеличения диапазо- 26 на регулирования его выходного напряжения, указанный выпрямитель выполнен управляемым, а его управляющие входы подключены к выходным обмоткам первого автогенератора, при этом выходные обмотки каждых двух последующих смежных автогенераторов соединены последовательно и подключены к управляющему входу одного коммутирующего транзистора, соединенного с инверторной ячейкой, управляющие входы которой подключены к соединенным последовательно выходным обмоткам двух предыдущих смежных автогенераторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США И 3816804, кл. Н 02 J 1974. 2. Авторское свидетельство CCCP по заявке и 2566889/07, кл. G 05 Г 1/46, 1978, 907520 Мчи Фиг. Г Составитель В. Цииевский Редактор В. Данко Техред A Бабинец Корректор С. Цомак Заказ 588/56 Тираж 908 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
