Стабилизатор постоянного напряжения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфказ СоветсиинСоциалистичесиикРеспублии и 907520(53)М. Кл. С 05 Г 1/М 6 ВЬеударстеанный кемнтет СССР ае делам нзабретеннй н отарытнй(5) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах электропитания для полуцения постоянного напряжения с высокой степенью стабилизации.Известны вольтореверсивнце стабилизаторы напряжения, обеспечивающие стабилизацию напряжения на уровне, большем или меньшем выходного напряжения, состоящие из регулируемого преобразователя, обеспечивающего ши- о ротно-импульсную модуляцию напряжения вычет-добавки, вцпрямителя, фильтра и блока управления 11Недостатками известных стабилиза" торов являются их относительно невцсокая надежность и налицие значительных пульсаций выходного напряжения.Наиболее близким к изобретению является стабилизатор постоянного на 20 пряжения, содержащий ряд инверторяых ячеек, выходы которых соединены последовательно и через выпрямитель вклю. цены между входными и выходными зажи 2мами стабилизатора, а силовые входыподключены к входным зажимай стабилизатора через коммутирующие транзисторы, и блок управления, состоящийиз ряда взаимосинхронизированных автогенераторов, выходные обмотки которых связаны с управляющими входамиинверторных ячеек и коммутирующихтранзисторов, причем собственнаячастота первого автогенератора,стабильна, частота последнего автогенератора пропорциональна выходному напряжению стабилизатора, а частотапромежуточных 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 4из нихавтогенератора 13) стабильна,последнегоавтогенератора 1 1) - пропорциональна выходному напряжению,а промежуточных автогенераторов 1416)- более низкая, чем у первогои последнего, Входы управляемоговыпрямителя 7 соединены с выходнымиобмотками первого автогенератора 13.Ко входам транзисторов 18 и 19 ин 1 о верторных ячеек 4 и 5 подключены соединенные последовательно выходныеобмотки автогенераторов 15, 14 и13 соответственно, а ко входамкоммутирующих транзисторов 2 и 3 1 з соединенные последовательно выходныеобмотки автогенераторов 17, 16 и16, 15 соответственно.При этом выходные обмотки каждыхдвух последующих смежных автогенераторовнапример 15 и 16) соединены последовательно и подключены куправляющему входу одного коммутирующего транзистора 3, соединенного синверторной ячейкой 5, управляющиевходы которой подключены к соединенным последовательно выходным обмоткам двух предыдущих смежных автогенераторов 13 и 14. Встречно-параллельно транзисторам 18 и 19 каждойиз инверторных ячеек 4 и 5 и коммутирующим транзисторам 2 и 3 включены диоды 20, 21 и 22, 23 соответственно.йнверторные ячейки 4 и 5 ссоответствующими им коммутирующимитранзисторами 2 и 3 подключены к источнику 11.На фиг, 2 и 3 используются следующие обозначения:ОН - напряжение на выходных зажимах стабилиНа фиг, 1 изображена электрическая схема стабилизатора; на фиг,240 его внешняя характеристика; на фиг,3- эпюры 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 вклю. чены 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;О - напряжение на входипных зажимах стабиливин Мсяс 1 Ъ 14 16 16 17 Стабилизатор постоянного напряже 45 ния содержит регулирующий орган 1 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 11 питания, и блок управления 12, состоящий из взаимно- синхронизированных 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 напряжений на выходе инверторных ячеек 4 и 5;О 55 О 5 - суммарное напряжениевольтодобавки;текущая координата,Стабилизатор с регулирующим органом 1, управяемым от последовательной 5цепи взаимно-синхронизированных в фазе Оо и в фазе 180 автогенераторов13-17, предс-авляет собой автоматическую систему управления с астатицеским законом регулирования.Устройство работает следующим образом.В режиме регулирования выходногонапряжения на номинальном уровне Оноцстабилизатор работает на горизонтальном участке своей внешней характеристики (фиг,2), При этом автогенераторы работают на одной частоте,определяемой автогенератором 13, собственная частота которого стабильна. 20Каждый из автогенераторов 14-16 расчитанный на низкую частоту, можетсинхронизироваться либо со стороныавтогенератора 13 ( слева), либо состороны автогенератора 17 (справа ),Все автогенераторы 13-17 синхронизированы поочередно друг с другом отавтогенератора 13 до автогенератора17 (слева направо ) в фазе Офсинфазно), а от автогенератора 17 до Зоавтогенератора 13 (справа налево)в фазе 180 (противофазно).При напряжении источника 11 питания(О 1) ниже некоторого значения Он(фиг.2) частота автогенератора 17становится ниже частоты автогенератора 13, вследствие чего автогенераторы 14-17 синхронизируются со стороны автогенератора 13 и переключаются с ним синфазно. В другом,40крайнем случае, когда О 4 П становитсявыше некоторого знацения ОчСКс,фиг.2),частота автогенератора 17 становитсявыше частоты автогенератора 13, цтоприводит к синхронизации автогенераторов 13-16 со стороны автогенератора 17, При этом любые два смежныхавтогенератора 13 и 14, 14 и 15, 15и 16, 16 и 17 работают между собойпротивофазно.50 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 остапьныеавтогенераторы синхронизируются состороны ае-огенератора 17, за счетчего любье два смежных из них переклюцаются противофазно. В результате при изменении О 4 пот О,4 ндоОмежду напряжениями автогенера-оров 13 и 17 накапливается сдвигфаз, максимальное значение которогоравно сумме максимально возможныхфазовых сдвигов между напряжениямикаждых двух смежных автогенераторов 13 и 14, 14 и 15, 15 и 16, 16и 17. Учитывая то, что максималь.ыйф.зовый сдвиг между напряжсниямилюбых двух смежных автогенераторовравен % 180 , общий сдвиг фаэ между напряжениями автогенераторов 13и 17 может принимать значения в пределах=0- 7 С и, где в данном случае и= 4 (число пар смежных автогенераторов). Таким образом, в результате накапливания суммарного фазового сдвига Е от П до 4 Г при изменении О 1 от О 4 до О к) происходит поочемч 4редная широтно-импульсная модуляция сигналов, снимаемых с соединенных последовательно выходных обмоток каждых двух смежных автогенераторов. При Оип - О н (фиг.2) все автогенераторы 13 - 17, работают синфаэно. 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 обмоткахтрансформаторов 6. Синфазность выходных напряжений трансформаторов 6(О,1 и О) и соответствующее синфаэное переключение диодно-транзисторных цепочек 8 и 9 выпрямителя 7 организует полную вольтодобавку ОО 4 - Ок входному напряжению ОПри увеличении О и автогенератор17 стремится повысить свою частоту,в результате чего его фаза по отношению к автогенератору 16, которыйвместе с автогенераторами 14 и 15 продолжает работать в фазе с автогенератором 13, принимает значение в пределах 0 - 7 Г фиг.3, поз,1 , при этомего моменты переключения перемещаютсявлево по оси времени изменения фазыавтогенераторов, 907520Широтно-импульсное напряжение,снимаемое с последовательно соединенных обмоток аэтогенераторов 16 иприкладывается ко входу коммутирующего транзистора 2, в результате че"го в моменты его запертого состоянияпервичная обмотка трансформатора 6инверторной ячейки 4 отключается отнапряжения питания и ток выпрямителя7, измененный в соответствии с коэффициентом трансформации трансформатора 6, замыкается по первичной обмотке через открытый транзистор 18( или 19) и диод 21 (или 20 1, приэтом напряжение на вторичной обмотке трансформатора 6 инверторной ячейки 4 отсутствует ( если пренебречьпотерями в диодах 29 и 21 и транзисторах 18 и 197 Вольтодобавка Од принимает форму, показанную иа фиг.3, ипоэ.1,При Ч: 1 ь выходное напряжениеО 4 ииверторной ячейки 4 становитсяравным нулю. В этом случае Од=О.При дальнейшем увеличении О 25(при= 1 - 27 ) в результате того,что сдвиг Фаэ между автогеиераторами16 и 17 не может быть более 180(вследствие синхронизации автогенератора 16 автогенератором 17 в фазе 3018 ц), автогенератор 17 жестко синхронизирует автогенератор 16 и, стремясь увеличить свою частоту осуществляет накапливание Фазы между напряжениями автогенераторов 15 и 16 впределах 0 - 7 . Автогенераторы 1315 при этом продолжают работать синфаэно. Широтно-импульсная модуляцияотпирающего сигнала происходит навходе коммутирующего транзистора 3, очто обеспечивает широтно-импульснуюмодуляцию напряжения О, а следовательно и О д(фиг.3 поз.),При 4 =2 дополнительные транзисторы 2 и 3 полностью заперты, и вольтодобавка отсутствует: О = О = О ==0.6 А Такой режим наступает при равен" стве Оипнапряжению на нагрузке 10 (потери на диодно-транзисторных цепочках 8 и 9 выпрямителя 7 не учитывается).При=2 ь - 3 Г автогенераторы 13 и 14 работают в фазе, а каждые два смежных автогенератора 15 и 16, 16 и 17 - в противофазе, при этом Фазовый сдвиг между напряжениями автогенераторов 14 и 15 принимает значение 0- Г, что обеспечивает широтно-импульсную модуляцию отпирающегосигнала иа входе основных транзисторов 18 и 19 инверторной ячейки 4, Вмоменты запертого состояния одновременно двух транзисторов 18 и 19 инверторной ячейки 4 трансформатор 6перемагничивается по вторичной цепи,наводимое при этом напряжение. на первичной обмотке трансформатора 6 инверторной ячейки 4 выпрямляется диодами 20, 21 и 22 и прикладываетсяк источнику 11- обеспечивая режимвольтовычитачия (Фиг,3 поэ.1),Втом случае, когда 1 =3%, основныетранзисторы 18 и 19 инверторной ячейки 4 полностью заперты, и режим вольтовычитания присутствует в течениевсего периода переключения,При дальнейшем увеличении напряжения бип( ч =3 Я - 41 ) в режим вольтовычитания переходит инверторнаяячейка 5 (Фиг.3 поз.Ч), при некотором значении входного напряженияО д,с(фиг.2) частота автогенератора17 становится выше частоты автогеиератора 13, что приводит к синхронизации автогенераторов 13-16 от автогенератора 17. При этом любые двасмежных автогенератора 13-17 в цеписинхронизации работают между собойв противофазе, что соответствует запертому состоянию как основных транзисторов 18 и 19 инверторных ячеек4 и 5, так и коммутирующих транзисторов 2 и 3, В таком режиме обе инверторные ячейки 4 и 5 обеспечиваютполное волтовычитания 0 = -(О 1 + О)Таким образом, предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения обеспечивает необходимое качество выходного напряжения при напряжении на зажимах входного источника как меньшем напряжения иа нагрузке, так и большем, Расширение диапазона регулирования в два раза достигается без увеличения количества инверторных ячеек и ихмощности, а также беэ повышения уровня пульсаций выходного напряжения.формула изобретенияСтабилизатор постоянного напряжения, содержащий ряд инверторных ячеек, выходы которых соединены последовательно и через выпрямитель вклю9 90752 чены между входными и выходными зажимами стабилизатора, а сиг эвые входы подключены к входным зажимам стабилизатора через коммутирующие транзисторы, и блок управления состоя- б щий из ряда взаимосинхронизированных автогенераторов, выходные обмотки которых связаны с управляющими вхо,дами инверторных ячеек и коммутиру,ющих транзисторов, причем собствен О ная частота первого автогенератора стабильна, частота последнего авто- генератора пропорциональна выходному напряжению стабилизатора, а частота промежуточных автогенераторов И ниже, чем у первого и последнего ав" тогенераторов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей стабилизатора путем увеличения диапазо на регулирования его выходного напряжения, указанный выпрямитель выполнен управляемым а его управляющие входы подключены к выходнымобмоткам первого автогенератора, приэтом выходные обмотки каждых двухпоследующих смежных автогенераторов соединены последовательно и подключены к управляющему входу одногокоммутирующего транзистора, соединенного с инверторной ячейкой, управляющие входы которой подключенык соединенным последовательно выходным обмоткам двух предыдущих смежных автогенераторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США И 3816804,кл. Н 02 3 , 197"2. Авторское свидетельство СССРпо заявке й 2566889/07кл. С 05 Г 1/46, 1978, чпсг907520 Ьанс Фиг, Г ф Составитель В. Цииевскиианко Техред А. Бабинец Коррек ма ор дписноССР иб., д. 4/5 ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 88/56НИИПИ Гопо дел13035, М Тираждарстве изобреква, Ж 908 нного комитета тений и открыт35, Раушская н