Стабилизатор напряжения перемен-ного toka

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик () 807248

К АВТОУСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (6t) Доттолнительиое к авт. свид-ву (22) Заявлено 100579 (2t } 2763588/24-07 с присоединением заявки Ио— (23) Приоритет

Опубликовано 23,02,81. бюллетень ЙЯ 7 (Цц, Кд 3

G 05 F 1/44

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДКб21.31б. .722.1(088.8}

Дата опубликования описания 23.0281 (72) Автор изобретения

В. В. Долгих (7! ) Заявитель (541 СТАБИЛИЗАТОР .НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к эдектротехнике и может быть использовано в целям питания различной радиотехнической аппаратуры.

Известен стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий регулирующий элемент, который выполнен. в виде транзистора н работает в линейном режиме,и схему управления. (11 .

Однако это устройство имеет низкую экономичность и большие габариты

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий силовой трансформатор 15 с разделенной на две секции первичной обмоткой, между которыми включен мостовой выпрямитель, в диагональ постоянного тока которого включен регулирующий элемент, управляющим электро- 20 доьт через резистор подключенный к вспомогательному выпрямителю, вторичная обмотка трансформатора подключена к выходным выводам (2 .

Недостатком известного устройства 25 является то, что регулирующий элемент этого стабилизатора в течение времени превышения мгновенным значением входного напряжения опорного уровня работает в линейном режиме. Поэтому 30 экономичность источника питания сравнительно мала.

Цель изобретения — повышение экономичности источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что известный стабилизатор напряжения переменного тока снабжен кжочом, подключенным к управляющему переходу регулирующего узла, и нелинейным элементом, включенным между управляющим электродом ключа и выходом вспомогательного выпрямителя.

При этом, нелинейный элемент выполнен в виде цепочки иэ последовательно соединенных стабилитрона.и резистора.

Кроме того с целью повышения надежности, стабилизатор снабжен конденсатором, включенным параллельно ключу, и диодом, включенным последовательно с ключем.

На фиг. 1 пр;.ведена схема стабилизатора напряжения переменного тока; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы (где U â€, сетевое.напряжение; 0„ — напряжение на первичной обмотке трансформатора; U© — напря" жение срабатывания схемы, приведенное к первичной обмотке).

807248

Стабилизатор содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка которого разделена на две секции 2 и 3. Регулирующий узел, состоящий из регулирующего элемента 4 и выпрямителя 5, включен между секциями 2 и 3 первичной обмотки. К управляющему переходу регулирующего элемента 4 под,ключен ключ 6, управляющий электрод которого через нелинейный элемент 7, состоящий, например, из резистора 8 и стабилитрона 9, подключен к выходу вспомогательного выпрямителя на диодах 10 и 11. К этому же выходу подключается через резистор 12 управляющий электрод регулирующего элемента 4. При выполнении регулирую- 1 щего элемента 4 в виде запираемого тиристора к его управляющему электроду подключается стабилитрон

13, вторым выводом соединенный со вторым выходом вспомогательного вы- 20 прямителя, образованного диодами 14 . и 15. Последовательно с ключом б может быть включен диод 16, а параллельно ключу 6 — конденсатор 17.

Между управляющим электродом ключа б и выходом регулирующего элемента

4 может быть включен резистор 18.

Диоды 10, 11 и 14, 15 могут быть подключены непосредственно к выходу источника, а также к отводам от секций 2 и 3 трансформатора 1. Для получения выходных напряжений на трансформатор 1 нанесены одна или несколько обмоток 19, которые через выпрямители 20 подключены к емкостным сглаживающим фильтрам 21.

В качестве регулирующего элемента

4 могут быть использованы транзисторы и запираемые тиристоры. Так как работа схемы в этих случаях различна, сначала рассмотрим вариант с 4О выполнение 4 регулирующего элемента 4 в виде транзистора.

Стабилизатор работает следующим образом.

При переходе напРяжения сети 0с через нулевое значение регулирующий элемент 4 и ключ 6 выключены из-за влияния нелинейности диодов 10, 11 и выпрямителя 5. при достижении напряжением U величины 3-5 В через ре.зистор 12 открывается регулирующий элемент 4, и первичная обмотка транс« форматора 1 подключается к сетевому напряжению. Ключ б в это время закрыт, так как стабилитрон 9 при таком напряжении не проводит тока.

В момент времени с„ напряжение 0 превышает уровень срабатывания схемы, несколько высший удвоенного напряжения стабилизации стабилитрона 9, ключ б открываетск и шунтирует управ-Я ляющий переход регулирующего элемента 4 (базо-эмиттерный переход транзистора). Последний закрывается, отключая при этом первичную обмотку трансформатора 1 от напряжения 0о .

В таком состоянии элементы схемы остаются до момента времени t . В

Я. течение этого oTРезка времени ток течет через один из диодов 10 или

11 (в зависимости от полярности напряжения Uc.), резистор 12, ключ б, выпрямитель 5, секция 2 или 3 трансформатора 1. Tc c нелинейного элемента 7 сравнительно мал (ток базы транзисторного ключа 6). Ток, протекающий через открытый ключ б, благодаря усилительным свойствам регулирующего элемента 4, значительно меньше тока, потребляемого источником от сети. Поэтому падение напряжения на секции 2 или 3 в течение времени t -а, мало, а почти все напряжение U c. прикладывается к резистору 12 и нелинейному элементу

7. В результате в момент t ключ б переходит в насыщенный режим (из-за влияния нелинейности элемента 7), и выключение ключа б происходит в момент t при напряжении меньшем, чем

Uññ

Дальнейшее уменьшение напряжения, при котором происходит выключение ключа б (может быть необходимым при малом намагничивающем токе трансформатора 1 и работе его в режиме холостого хода или близком к нему), достигается подключением диодов 10 и 11 к отводам секций 2 и 3 или включением резистора 18. В первом случае уменьшается влияние падения напряжения на секциях 2 и 3 в течение времени

t -t, а во втором — после выключения Регулирующего элемента 4 через резистор 1 8 добавляется ток в базу транзисторного ключа б, насыщая его.

B течение времени с -t регулирующий элемент 4 включен и первичная обмотка (секции 2 и 3) трансформатоРа 1 подключена к сети. В момент перехода напряжения Uc через нулевое значение регулирующий элемент 4 на короткое время закрывается, а затем открывается вновь. Описанная работа повторяется в следующий полупериод.

Напряжение на обмотках трансформатора имеет вид импульсов, по форме близких к треугольным (фиг. 2 — напряжение 0„ ). Амплитуда этих импульсов не зависит от величины напряжения U« а определяется параметрами элементов схемы: нелинейного. элемента 7, ключа б, расположением отводов от секций 2 и 3.

При подключении к одной иэ обмоток 19 через выпрямитель 20 емкостного сглаживающего фильтра 21 на выходе присутствует постоянное напряжение U, почти не зависящее от напряжения Uс. Количество вторичных обмоток 19 может быть произвольным.

Выходные напряжения Uc- каждой из обмоток 19 определяются количеством витков соответствующих обмоток и

807248 схемой выпрямления (для выпрямителей с умножением напряжения).

При выполнении регулирующего элемента 4 в виде запираемого тиристора стабилизатор дополнительно содержит стабилитрон 13 и диоды 14 и 15.

Включение регулирующего элемента 4 в этом случае осуществляется в начале полупериода так же, как и в пре,дыдущем случае, током через резистор

12. После того, как напряжение превышает напряжение пробоя стабилитрона

9, открывается ключ 6 и шунтирует управляющий переход тиристора регулирующего элемента 4, но последний остается включенным.

В момент времени t> пробивается стабилитрон 13 и на управляющий электрод регулирующего элемента 4 поступает отрицательное напряжение, которое выключает запираемый тиристор регулирующего элемента 4. Так 2О как ключ б в это время включен, регулирующий элемент не включается повторно после уменьшения напряжения меньше U >, которое в этом случае несколько превышает удвоенное на- д пряжение стабилизации стабилитрона

13. Включение тиристора регулирующего элемента 4 происходит только после выключения ключа б в момент времени t>, когда стабилитрон 9 перестает проводить ток.

В течение времени превышения на-. пряжением U уровня О р транзистор ключа б работает в инверсном режиме, но из-за малого коэффициента усиления по току в этом режиме, существенного влияния на работу источника не оказывает. Диод 16, включенный последовательно с ключом б предотвращает этот режим, повыаая надежность источника. 40

Если включение напряжения О происходит в момент времени, когда

U > U, то транзистор ключа б практически сразу же открывается и на управляющий электрод регулирующего элемента 4 проходит только очень ко" роткий импульс. Обычно регулирующий элемент 4 обладает сравнительно большой инерционностью и не реагирует на такой короткий импульс. В случае примеьения быстродействующих элементов для устранения этого импульса параллельно ключу б может быть подключен конденсатор 17. В остальном конценсатор 17 на работу источника влияния не оказывает.

Кроме описанных, варианты исполнения источника стабилизированного напряжения могут иметь следующие отличия. В качестве нелинейного элемента 7 могут быть использованы фф варисторы, вместо стабилитрона 9 может быть включен динистор. Рези тор 18 положительной обратной связи может быть подключен не только к базе транзистора ключа б, но и к точке соединения резистора 8 и стабилитрона 9. Стабилитрон 13 может быть заменен динистором, а диоды 14 и 15 могут бьть подкг.. чены к отводам секций 2 и 3 трансф-рматора 1. При использовании в качестве ключа б элемента, требу-мего для включения сигнала другой йолярности, нелинейный элемент 7 подключается к диодам

14 и 15. В схеме источника может быть использована нелинейность самого ключа б, например при использовании МОП-транзисторов, работающих в режиме обогащения. В таком случае нелинейный .элемент 7 может быть. заменен линейным резистором или делителем напряжения на резисторах, подключенным к точкам соединения диодов

10„ 11 и 14, 15, или к одной из указанных точек и выходу выпрямителя 5.

Если устройство содержит несимметричный регулирующий элемент 4, то источник включается через выпрямитель 5. Применение симметричных (работающих на переменном напряжении) устройств для регулирующего элемента 4 позволяет отказаться от выпрямителя 5. Примерами таких устройств являются: симметричный запираемый тиристор, симметричный .транзистор, два встречно-последовательно соединенных тиристора или транзистора, шунтированных обратно-включенными диодами.

Если в сети исключены провалы напряжения ниже уровня срабатывания, или применена безынерционная защита источника по току, может быть получен дополнительный эффект за счет преобразования форвы напряжения, прикладываемого к первичной обмотке трансформатора 1. Это напряжение имеет форму, близкую к треугольной, и импульсы следуют с интервалами, как правило, иревыаающими длительность самих импульсов. Это позволяет уменьшить число витков обмоток трансформатора почти в, два раза и в результате увеличить мощность ис точника при тех же .размерах трансформатора 1, или уменьшить габариты источника при заданной мощности.

Формула изобретения

1. Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий силовой трансформатор с разделенной на две секции первичной обмоткой, между которыми включен мостовой регулирующий узел, управляющим электродом через резистор подключенный к вспомогательному выпрямителю, вторичная обмотка трансформатора подключена к выходным выводам, о т л и ч аю шийся тем, что, r. целью повышения экономичности, он снабжен ключом, подключенным к управляющему

807248 переходу регулирующего узла, и нелинейным элементом, включенным между . управляющим электродом ключа и выходом вспомогательного выпрямителя.

2 ° Стабилизатор по п.1, о т л чч а ю щ и и с я тем что нелинейный 5 элемент вьаюлнен в виде цепочки из последовательно соединенных стабилитрона и резистора.

3. Стабилизатор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен конденсатором, включенным параллельно ключу. .4. Стабилизатор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что он снабжен диодом, включенным последовательно с ключом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белопольский И.И. и Тихонов В.И

Транзисторные стабилизаторы на повы шенные и высокие напряжения, М., "Энергия", 1971, с.14-22, рис.2-2.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 537333, кл. G 05 F 1/44, 1975.

807248

4ср

Составитель С. Чернышева

Техред Н. Майо ош Корректор М. Коста

Редактор О. Малец

Тираж 951 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/э

Заказ 283/71

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4