Импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ии 506839

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

LA) 0ц,1,-,, 11,h (61) Дополиительпос к авт. спид-ву (22) Заявлено 17.07.74 (21) 2046202/24-7 с присоединением заявки Ко (23) Приоритет

Опубликовано 15.03,76. Бюллетень К 10

Дата опубликования описания 25.05.76 (51) М. Кл G 05F 1/56

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.316.722.1 (088.8) ро делам изобретений и цткрытнК

--=..

Н. И. Олейник, В. И. Петренко, Д. М. Мезенцев, С. Хуфятоо, и Ю. А. Балакин

--"..

--; - ., д (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области электроснабжения и может быть использовано при питании неравномерной нагрузки от автономных источников ограниченной мощности.

Известны импульсные стабилизаторы наряжения, содержащие блок транзисторных ключей (регулирующий элемент), соединенный последовательно с нагрузкой, блок диодов, дроосель и конденсатор выходного фильтра, регулирующий транзистор, управляемый от датчика напряжения (схемы сравнения с дифференциальным усилителем) и задающий магнитно-транзисторный автогенератор, выход которого подключен к управляющим цепям блока транзисторных ключей.

Недостатком известных устройств является повышенные потери электроэнергии, т. е. недостаточно высокие энергетические показатели. Действительно, импульсные стабилизаторы напряжения обладают ярко выраженным экстремумом функции ас.п.д. от мощности,нагрузки. В силу неравномерности нагрузки весьма вероятно такое состояние, когда ни один из уровней мощности, потребляемой нагрузкой, не соответствует максимальному значению к. п. д. В результате большинство этих уровней обеспечивается при повышенных потерях.

В известных устройствах частота коммутации (замыкания и размыкания) транзистор лых ключей либо остается неизменной (в широтно-импульсных стабилизаторах напряжеиия, либо изменяется (в частотно-импульсных стабилизаторах) в таком направлении, при,котором их энергетические показатели ухудшаются.

Целью настоящего изобретения является снижение потерь электроэнергии при питании нагрузки от источника ограниченной мощности.

Поставленная цель достигнута тем, что в предлагаемом импульсном стабилизаторе напряжения регулирующий транзистор соединен последовательно с транзистором одного из плеч полумостового задающего магнитнотранзисторного автогенератора, параллельно с транзистором второго плеча этого автогенератора соединен разрядный ключ релаксационного генератора, зарядный резистор и кон20 денсатор которого соединены последовательно и подключены к источнику питания задающего автогенератора через указанный регулирующии транзистор. При этом конденсатор релаксационного генератора соединен па рал25 лельио с разрядным ключом через диод и подключен к управляющему входу разрядного ключа через второй диод и выход датчика мощности нагрузки.

ПринципиалЬная электрическая схема пред30 лагаемого устройства изображена на черте506839 сопротивления автогенера(2) 10

З5

65 (3) Лв,= У вЂ” У" (T — t„) SW

ЬВг =

У вЂ” Ув — U11 и

U 1, KV U„R11+ 1 12

>ке. Здесь к источнику ограниченной мощности 1 через блок транзисторных ключей 2 и блок диодов 3 подключен выходной фильтр, содержащий дроссель 4 и конденсатор 5, параллельно с которым соединен датчик напряжения, построенный, например, на стабилитроне 6 и резисторе 7, подключенном к эмиттер-базовому переходу регулирующего транзистора 8. Транзистор 8 соединен последовательно с транзистором 9 полумостового задающего магнитно-транзисторного автогенератора, содержащего, кроме транзистора 9, трансформатор 10, вторичная обмотка которого соединена с управляющей цепью блока транзисторных ключей, делитель напряжения на резисторах 11, 12 и конденсаторах 13, 14 и транзистор 15, зашунтированный тиристором

16, реализующим разрядный ключ релаксационного генератора. К источнику питания 17 задающего автогене ратора через регулирующий транзистор 8 подключены последовательно соединенные резистор 18 и конденсатор 19 релаксационного генератора. Конденсатор 19 соединен параллельно с разрядным ключом через диод 20 и подключен к управляющему входу разрядного ключа через диод 21 и выход датчика мощности 22 нагрузки 23.

При подключении источников 1 и 17 ко всем плечам задающего автогенератора подводится напря>кение, так как регулирующий транзистор 8, закрытый в исходном состоянии, зашунтирован резистором 24, который обеспечивает запуск задающего автогенератора. На вторичной обмотке трансформатора 10 будет наводиться э.д.с., открывающая транзисторные ключи 2 на время 4 при открытом транзисторе 9 и запирающая его на время (T — t„) при открытом транзисторе 15 (Т вЂ” период изменения полярности э, д. с. вторичной обмотки трансформатора 10) .

Если обозначить через АВ1 индукцию перемагничивания сердечника трансформатора 10 при открытом транзисторе 15, а через ЛВ2— при открытом транзисторе 9, то можно записать где U — напряжение источника 17;

Us, U«, U12 — падение напряжения соответственно на эмиттер-коллекторном переходе регулирующего транзистора 8, сопротивлениях резисторов 11 и 12;

S, W — соответственно площадь поперечного сечения сердечника и число витков первичной обмотки трансформатора 10.

Так как ЛВ1 — — ЛВ2„U12=U — U«, Уз=U — KvU где UH — напряжение на нагрузке 23, а

Кь. — коэффициент пропорциональности, то где — — коэффициент заполнения импуль1

Т сов;

R«и R12 — соответственно резисторов 11 и 12.

Значение частоты задающего тора

1 1 U R1, (= — — = — -—

Т t < Uï R» q R

Длительность импульса 4 сформирована релаксационным генератором путем обеспечения принудительного изменения направления перемагничивания сердечника трансформатора 10 при шунтировании закрытого транзистора 15 тиристором 16, на управляющий электрод которого через диод 21 подведено напряжение, равное разности напряжения У12 конденсатора 19 и выходного напряжения U22 датчика мощности.

При запирании транзистора 15 конденсатор

19 заря>кается от источника 17 через регулирующий транзистор 8 и резистор 18. В момент превышения напряжения конденсатора

19 выходного сигнала датчика мощности 22 открывается тиристор 16. Сердечник трансформатора 10 перемагничивается, э. д. с. его вторичной обмотки, изменяет полярность и блок транзисторных ключей 2 запирается.

Разряд конденсатора 19 осуществляется через диод 20 и транзистор 15, который открывается и удерживается в открытом состоянии за счет обмотки положительной обратной связи трансформатора. Следовательно

U„= (U — КцУ„) "; U„= Кр Р„, 1 вб1в где R12 — сопротивление, резистора 18;

С12 — емкость конденсатора 19;

Є— мощность нагрузки;

ʄ— коэффициент пропорциональности.

С достаточной для практики точностью можно принять, что U19= U22. Поэтому, решив это равенство относительно 4 получим

/„=

К

Кп Ун

Подставив выражение (3) в (2), определим закон, по которому изменяется частота задающего автогенератора

R11 т 1 1г р К18С1вРн

Из выражения (4) следует, что с увеличением мощности нагрузки Рн частота f задающего автогенератора уменьшается, что приводит к снижению мощности потерь в импульсном стабилизаторе напряжения.

Правомерность такого заключения можно показать на основе анализа составляющих потерь электроэнергии в стабилизаторе, величина которых определяется в основном потерями в блоке транзисторных ключей, дросселе и конденсаторе выходного фильтра. Мощность потерь в блоке транзисторных ключей про5О6839 порциональна частоте их переключения в силу увеличения времени нахождения транзисторов в активном режиме. Мощность потерь в фильтре, вызванная постоянной составляющей тока, не зависит от частоты переключения, а определяется только мощностью в нагрузке и омическим сопротивлением обмотки дросселя. Мощность потерь в фильтре от переменной составляющей тока с увеличением частоты снижается из-за уменьшения времени между импульсами и уменьшения в связи с этим амплитуды этой составляющей. График суммарных потерь для фиксирования значений потребляемой нагрузксй мо1цностп в функции от частоты представляет собой вогнутую кривую, имеющую экстемум. При увеличении мощности нагрузки экстемум указанной функции сдвигается в область более низких частот переключения транзисторов.

Поэтому реализованное в предложенном устройстве снижение частоты задающего магнитно-транзисторного автогенератора по мере увеличения мощности нагрузки способствует постоянному достижению экстремального (минимально возможного) значения потерь электроэнергии в процессе регулирования напряжения, и следовательно,:снижению веса автономной системы электроснабжения ограниченной мощности, особенно системы с запасом химической энергии.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения, содержащий соединенный последовательно с нагрузкой блок транзисторных ключей, блок диодов, дроссель и конденсатор выходного фильтра, регулирующий транзистор, управляемый датчиком напряжения, и задающий магнитно-транзисторный автогенератор, выход .которого подключен к управляющим цепям блока транзисторных ключей, отличаю щ и Й с я тем, что, с целью снижения потерь электроэнергии при питании нагрузки от источника ограниченной мощности, в нем регулирующий транзистор соединен последова:0;.û:0 с транзистором одного из плеч полумостового "-адэющего магнитно-транзисторного автогенератора, параллельно с транзистором второго плеча этого автогенератора соединен разрядный ключ релаксационного генератора, зарядный резистор и конденсатор которого соединены последовательно и поди 110 -1 ы 1 . 11ст01!нику I!11. ания зада!ощего ав тогснератора через указанный регулирующий

25 транзистор, при этом конденсатор релаксаци01:нс;о п пер атор а соединен параллельно с разрядныA: ключом через диод и подключен к управляющему входу разряд! ого ключа через

ЗтОрОЙ д1!0. 1 и вhlхОд дат !1!к!1 м01ц1!Ости !1я—

30 грузки.