Импульсный регулятор напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) ( 111) за) Н 02 М 3/1 КГГп) % ". НИЯ Баймулкнный унва ьство 1970тво СС 1973(54) (ПРЯ мент, рого полк оГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Чувашский государствеверситет имени И,Н. Ульяно(56) 1, Авторское свидетелВ 280572, кл. Н 02 М 3/042. Авторское свидетельВ 385380, кл. Н 02 М 5/00 57) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАЖЕНИЯ, содержащий ключевой элепервый силовой электрод котоподключен к первому зажиму для лючения источника питания, а ой через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмоткисглаживающего дросселя и цепи нагрузки - к второму зажиму для подключения источника питания, первыйобратный диод, подключенный параллельно участку цепи из источникапитания ключевого элемента и первойобмотки двухобмоточного вспомога-,тельного трансформатора, и второйобратный диод, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью повышения надежности, обмотка сглаживающегодросселя выполнена с отводом, к котрому подключен первый электрод второго обратного диода, а второй егоэлектрод соединен со вторым зажимомдля подключения источника питания.Изобретение относится к промьппленной электронике, а точнее к преобразовательной технике, и предназначено, в основном, для использования в мощных источниках вторичного электропитания радиоэлектронной ап" паратуры, в электроприводе, в системах автоматики и регулирования.Известен импульсный регулятор напряжения, содержащий ключевой эле О мент, вспомогательный двухобмоточный токоограничивающий трансформатор, дроссель сглаживающего фильтра и два обратных диода 11 .Токоограничивающий трансформатор 15 такого регулятора работает с постоянной составляющей тока, поэтому при применяемых значениях индуктивности намагничивания он имеетвесьма большие габариты. Кроме того, 20 поскольку на практике максимальная величина индуктивности намагничива-, ния всегда ограничена, то в кривой .тока ключевого элемента на этапе рассасывания обратного диода появ ляется сравнительно большой выброс, приводящий к значительному снижению надежности импульсного регулятора и его нагрузочной способности. Наиболее близким к предлагаемому является импульсный регулятор напряжения, содержащий ключевой элемент, первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а вто"З 5 рой через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного .трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи на"фО .рузки - к второму зажиму для под-. ключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно участку цепи из источника питания, ключевого элемента и первой45 обмотки двухобмоточного вспбмогательного трансформатора, и второй обратный диод 2 .Однако надежность этого импульсного регулятора напряжения также не высока, так как в нем.выбросы тока ключевого элемента при его включении достигают значительной величины. Объясняется это тем, что на интервале выключенного состояния клю . чевого элемента ток сглаживающего дросселя замыкается через второй об ратный диод В это же время первый обратный диод находится в запертом состоянии. При включении ключевого элемента индуктивность встречно- последовательно соединенных обмоток вспомогательного трансформатора определяется только индуктивностью рассеяния, и величина сквозного тока ,оказывается значительной.Выбранное исходное состояние, когда первый обратный диод закрыт, а второй открыт, соответствует принципу работы регулятора-прототипа и наблюдается на практике. Предположим, что при запирании ранее включенного ключевого элемента открывается первый обратный диод. Его ток, протекая по обмотке вспомогательного трансформатора, начинает перемагничивать сердечник, и на этой обмотке возникает напряжение, отпирающее второй диод. Независимо от того, есть на размагничивающей обмотке трансфор.матора напряжение или нет, первый обратный диод закрывается.Цель изобретения - повышение надежности.Поставленная цель достигается тем, что в импульсном регуляторе напряжения, содержащем ключевой элемент, первый силовой электрод которого подключен к первому зажиму для подключения источника питания, а второй через последовательную цепь из встречно включенных первой и второй обмоток двухобмоточного вспомогательного трансформатора, обмотки сглаживающего дросселя и цепи нагрузки к второму зажиму для подключения источника питания, первый обратный диод, подключенный параллельно учаску цепи из источника питания, ключевого элемента и первой обмотки двухобмоточного вспомогательного трансформатора, и второй обратный диод, обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводом, к которому подключен первый электрод второго обратного диода, а вто-рой его электрод соединен с вторым зажимом,для подключения источника питания.На чертеже представлена. схема импульсного регулятора напряжения.Импульсный регулятор напряжения содержит ключевой элемент 1, первый силовой электрод которого соединен с первым зажимом 2 источника питания. Второй электрод ключевого эле3 11217мента 1 подключен к второму зажиму3 источника питания через последовательную цепь, состоящую из встречно включенных первой 4 и второй 5обмоток вспомогательного двухобмоточного трансформатора 6, сглаживающего дросселя 7 и нагрузки 8. Параллельно участку цепи, образованному источником питания с зажимами 2и 3, ключевым элементом 1 и первой 1 Ообмоткой 4 вспомогательного трансформатора 6, присоединен первьйобратный диод 9. Обмотка сглаживающего дросселя 7 имеет выводы 10-12.Второй обратный диод 13 подключен квыводу 11 дросселя 7 и к нагрузке 8.Сердечник вспомогательного трансформатора 6 может быть изготовленкак из материала с непрямоугольнойпетлей гистерезиса, так и с прямоугольной. В мощных импульсных регуляторах напряжения обмотки 4 и 5 выполняются в виде плоских шин, на которыенадевается сердечник трансформатора6, поэтому число витков каждой обмотки равно единице.Нагрузка 8 импульсного,регулятора напряжения может иметь как активнай характер, так и активно-емкостной а также может включать в себяисточник противоЭДС,Предлагаемый импульсный регуляторнапряжения работаетследующим образом,Если ключевой элемент 1 находится, 35 во включенном состоянии, то ток нагрузки 8 протекает по цепи: источ-йик питания с зажимами 2 и 3 - ключевой элемент 1 первая 4 и вторая 5 обмотки вспомогательного трансфор матора б - сглаживающий дроссель 7-, оба обратных диода 9 и 13 закрыты.При запирании ключевого элемента 1 ток через него начинает уменьшаться, и потенциал общей точки сое динения обмоток 4 и 5 вспомогательного трансформатора 6 снижается так что начинает проводить первый обратный диод 9. Появляющийся.ток обратного диода 9 для,обмотки 5 трансфор матора 6 является размагничивающимпоэтому ее индуктивное сопротивление велико. На обмотке 5 возникает противоЭДС полярность которой показана на чертеже (без скобок), По скольку сопротивление участка цепов обратный диод 9 - обмотка 5 - большое то ток нагрузки не может за 54 4мкнуться по этой цепи. ВследствИе этого потенциал общей точки соединения обмотки 5 трансформатора 6 и сглаживающего дросселя 7,. а также катода второго обратного диода 13 продолжает понижаться, что приводит к включению обратного диода 13. С этого момента ток сглаживающего дросселя 7 замыкается через обратный диод 13 и нагрузку 8. К выводам 11 и 12 сглаживающего дросселя 7 прикладывается напряжение нагрузки 8 поэтому полярности напряжений на участках 10-11 и 11-12 соответствуют показанным на чертеже (без скобок). Напряжение на выводах 10"11, трансформированное из рабочей цепи через открытые обратные диоды 9 и 13 прикладывается к обмотке 5 вспомогательного трансформатора 6 и размагничивает его сердечник. Время размагничивания сердечника можно менять, изменяя число витков между выводами 10 и 11, На этом интервале напряжение на ключевом элементе превышает напряжение источника питания на величину напряжения на обмотке 4 и зависит от соотношения. витков обмоток 4 и 5.1По мере размагничивания сердечника вспомогательного трансформатора 6 индуктивность обмотки 5 уменьшается, ток через эту. обмотку и обратный диод 9 возрастает, вызывая соответствующее снижение тока через обратный диод 13. После окончания процесса размагничивания напряжение на обмотке 5 спадает до нуля, и обратный диод 13 закрывается запирающим на прякением участка 10-11 обмоткисглаживающего дросселя 7. С этого .момента ток нагрузки замыкается по цепи: обратньй диод 9 - обмотка 5 вспомогательного трансформатора 6 - сглаживающий дроссель 7, - а сердечник трансформатора б находится поц воздействием размагничивающей напряженности магнитного поля, созданного током нагрузки 8.При включении ключевого элемента ток через него равен сумме двух составляющих. Первая - ток намагничивания обмотки 4 вспомогательного трансформатора 6 протекающий по цепи: источник питания - ключевой элемент 1 - обмотка 4 - открытый обратньй диод 9. Вторая составляющая обусловлена током нагрузки 8. про1121754 Составитель Т. ДобровольскисРедактор Л. Веселовская Техред А.Ач Корректор М. Розман Заказ 7994/42 Тираж ббб Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 текающим по обмотке 5 и может бытьнайденапутем приведения его к обмотке 4. Если считать, что числа вит.ков обмоток 4 и 5 равны, то ток ключевого элемента 1 превышает ток нагрузки 8 только на величину токанамагничивания обмотки 4, причем последний является запирающим для обратного диода 9. Для правильной ра,боты схемы необходимо, чтобы времяперемагничивания сердечника трансформатора 6 было больше времени рассасыванияобратного диода 9. Так каксердечник перемагничивается по пол-ному циклу, это требование легковыполнимо. 11 оскольку ток намагничивания, определяемый материалом сер-.дечника и числом витков обмотки 4мал, то. на всем протяжении этапа рассасывания обратного диода 9 ток ключевого элемента 1 лишь незначительно превышает ток нагрузки 8. После задирания обратного диода 9 при равном числе витков обмоток 4 и 5 вспомогательный трансформатор 6 не ока зывает влияния на режим работы цепи ключевого элемента 1, При выключении ключевого элемента 1 все процессы протекают аналогично описаннымвыше.10 Таким образом, в предлагаемом импульсном регуляторе напряжения полностью устраняется перегрузка по току при включении ключевого элемента 15 что значительно повышает надежностьустройства в целом. В схеме обеспечен режим перемагничивания сердечника вспомогательного трансформатора по полному циклу что улучшает 20 массо"габаритные показатели импуль.сного регулятора напряжения.