SU1020807A2 - Импульсный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОС .ТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт.СВ.№917182, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем устранени  перенапр жений на транзисторе , параллельно первичной обмотке токоограничивающехчэ дроссел  подключены введенные последовательно соединенные резистор, диод и стаб литроц, лричем диод включен встречно по отнснпению к пол рности источника пита ,ни , a стабилитрон - согласно.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в транзисторных стабилизированных конверторах и вторичных источниках питани .

По основному, авт.св. № 917182, известен импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий включенныЯ последовательно в одну из силовых шин транзисторный ключ, блок управлени , входом подключенный к выходным выводам стабилизатора, а выходом к входу регулирующего элемента , двухобмоточный токоограничивающий дроссель, первична  обмотка которого включена последовательно с транзисторным ключом, диод, включенный последовательно с вторичной обмоткой токоограничивающего дроссел  и ис-фильтр, причем вторична  обмотка токоограничивающего дроссел  подключена одним выводом через указанный диод к точке соединени  первичной обмотки токоограничивающего дроссел  и дроссел  ЦС-фильтра, а другим выводом к другой силовой шине стабилизатора.

Недостатком стабилизатора  вл етс  по вление недопустимых Перенапржений на транзисторе при использовании серийных токоограничивающих дросселей (реальных дросселей).

Цель изобретени  - повьпиение надежности стабилизатора путем опасных перенапр жений на транзисторе, по вл ющихс  при использовании экономических серийных токоограничивающих дросселей.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в импульсном стабилизаторе посто нного напр жени  параллельно первичной обмотке токоограничивающего дроссе л  подключены введенные последовательн соединенные резистор, диод и стабилитрон , причем диод включен встречно по отношению к пол рности источника питани ,а стабилитрон - согласно.

На фиг.1 изображена схема sTMnyrrbc ного стабилизатора; на фиг.2 и 3 структура стабилизатора при отключении транзистора (в паузе } и временные диаграммы. Импульсный стабилизатор содержит источник 1 питани , силовой транзисторный ключ 2, переключаемый импульсами с измен ющейс  скважностью от управлени  3, токоограничивающий дроссель с первичной 4 и вторичной 5 обмотками, силовой диод б, совмещающий функции демпфировани  и рекуперации сглаживающий дроссель 7, и конденсатор 8 Lc-фильтра, нагрузку 9 и цепочку последовательно включенных элементов: диода 10, стабилитрона 11, резистора 12. Причем указанна  цепочка из элементов 10, 11 и 12 присоединена параллельно первичной обмотке токоограничивающего дроссел  4 и после отключени  транзистора образует шунтирующий контур с момента по влени  опасного перенапр жени  до момента выключени  стабилитрона.

Рассмотрим работу в паузе.

После окончани  процесса рассасывани  избыточных носителей зар да в базовой области транзистор выходит из режима насыщени , и ток i в его коллекторной цепи начинает резко спадать по экспоненциальному закону. В этот момент, принимаемый за начало отсчета, напр жение на обмотке 4 практически скачком возрастает до величины

.

dt

макс

--tpT/ror

)1,

42,

где Ц - индуктивность первичной

обмотки 4;

Ту - посто нна  времени транзистора;

g - посто нна  времени изменени  тока базы транзистора; tpy - длительность интервала рассасывани  избыточных носителей в области базы; J - максимальное значение тока в дросселе фильтра на выходе стабилизатора; ток базы транзистора в режиме насыщени ; & - интегральный коэффициент

усилени  транзистора, t(0) - момент, непосредственно

предшествующий коммутации; ) -после коммутации. Полагаем, что и„ тае и ПОРОГ срабатывани  стабилитрона, соответствующий допустимому уровню пе- ренапр жени  на транзисторе выбранного типономинала; инерционностью на включение полупроводниковых приборов 6, 10 и 11 можно пренебречь по сравнению с инерционностью транзистора на отключение и считать, что они включаютс  одновременно; можно пренебречь пульсаци ми напр жени  на нагрузке, т.е. считать мгновенное значение напр жени  на нагрузке (конденсаторе фильтра) неизменным и равным среднему значению U.

Тогда в момент -t 0 образуетс  структура, изображенна  на фиг.2. Полупроводниковые диоды 6 и 10 условно изображены в виде замыкающихс  контактов . Начальные услови  дл  схемы на фиг. 2

V (0-)V (OM i {0+10;

--, - т {0-)0; 3 10208 «2(0-)si2(0+)j-;j Li2lO-J42i (0-), т:-&- г , Чнл W I 2 1 I 9 токи в об- , мотках4, %, f с чндуктивност ми5 1(2« шунтирующем контуре из элементов 4, 11, 12 и в нагрузки (элементы 5, 7, 9. Ji L,4L,L,j . операторные ураанени, , cxi.,0 на фиг.г: ( )3(Р)«рД21Р 3(,), ±«рЭ(РНиР312(Р)3()-и„/р, где R - суммарное активное сопротив-15 ление шунтирующего контура элементов 4, 10, 11 и 12 при провод щем состо нии полупроIT--- .водниковых приборов 10 и 11} УЦн4й-взаимна  индуктивность 20 - намагничивани  обмоток i4 и 5, причем верхний из знаков + или - перед М соответствует разметке зажиMOB (с помощью точек, отме-25 чающих начало обмотки /на фиг.2; -,{Р),зуР)- изображени  по Лапласу контурных токов в шунтирующей цепочке из элементов 4, 12 и цепи нагрузки из элементов 5, 7 и 9, причем ток Д,{Р) направлен от начала обмотки к ее концу, а ток DjCP)-.конца обмотки 5 к ее началу. Из приведенных операторных урав-35 нений получаем выражение дл  контурных токой и напр жени  на обмотке 4(U) - . ,. f Чл- нl -fcfr % iЛ йТ1/ 4Q ;.г Г м и и /2VI .M)3.-|I,(. Лм н,,Jcтl -Ы uj R R/ j 45 . S L, j-i/y . V rV- и 1 где верхний из знаков + или - соотв2 ств ет включению Обмоток 4 и50 5 на фиг.2, т- посто нна  времени схемы /,1, w2)/tg 1 55 С момента О + ток i и напр жение Уц. измен ютс  по экспоненциально У Закону, а ток ij представл ет суперпозицию линейно и экспоненциаль- Q но убывающих составл 1(вдих. Эпюры функций 1 , {ULJ и 1 представленына фиг.З. To4Krf 13-15 на диаграммах соответствуют значени м i (0+), /и, (0+)/ и i. ( 0+), где ч . 074 ( к («юменту 0+ в обмотке 4 накаплич баетс  энерги  0111 (0+) , эта энерги  частично расходуетс  и в контуре нагрузки, что увеличивает КПД . Энерги , передаваема  „° кГПоГ нагрузки i|, обусловленного вааимной индуктивностью обмоток 4 и 5 .2J где „ -- ток в ..цепи нагрузки при отсутствии индуктивной св зи между обмотками, .i S TT в результате получаем i ГГ м ц Ц.т1 V м | 2 Р ТТF- l Г - и к f j f м - J -t/rl + + J± V . . L R R / J Энерги , передаваема  в обмотки 5 и 7 контура.нагрузки W-L4 12/7 2 2/ В момент 0+, например, /L 2 2 „, ,Q.., , -2, 2 UI w (0+1 /L 2 2 L / 21 tO+) 1, i Пусть в момент t (t ст - ток ч уменьшаетс  до значени  минимального тока стабилизации JCT .(точка 16 нациг.З). Величина tt-r с  из соотношени  S(tcT)cT в результате получаем , u( .W. J)tMu,-v ст (. Р ° t() ц / Ци +MU1 U (ст Нет П jМодулю этого значени  соответствует точка 17 на фиг.З. Точка 18 йа временных диаграммах соответстйует значению i (-t ) . г сг . --ГГ|-мИ + ) L. с. Считаем, что в 1«1мент t t стабилитрон скачкообразно отключаетс , Тогда j(j.n ii JcTti- i j гдеlit}- единична  {ступенчата  функци  Хевисайда: i( Чт Уравнение дл  контура нагрузки принимает вид dt -dr cT W-U, o, где cf(-t) - функци  Дирака. После интегрировани  урад нени  получаем i2(()iV cT-T7 l:. где t t4tn ftp, - длительность паузы (части периода, ког транзистор о ключен ). Таким образом, в момент t (tj, . 2(cT)4lV-; OT/ - T7( -Vcr Верхний знак соответствует точке 19 на временной диаграмме. С момент t tj.T. + , т.е. начина  с точки 20 на фиг.З, напр жение на обмотке 4 уста навливаетс  посто нным, причем - Естественно, это напр жение не может быть опасным дл  отключенного Транзистора, так как в стабилизаторах ток в дросселе фильтра i 2 отличаетс  от среднего тока в нагрузке только на величину пульсаций и скорость его измерени  очень мала. В моментt t(, остаток знергии, св занной с обмоткой 4, скачком передаетс  в цепь нагрузки, т.е. рекуперируетс ,что повышает КПД схемы. Это основной положительный эффект, достигаемый включением стабилитрона 11. Кроме того происходит форсировка отключени  шунтирующей цепочки. ПункТиром на фиг.З показан переходной пропроцесс в шунтирующей цепочке без стабилитрона. После окончани  паузы в момент t -fcri диод 10, включенный встречно по отношению к пол рности источника 1, отключает шунтирующую цепочку.до конца периода. В промежутокtn fcг Т где Т- период, шунтирующа  цепочка не оказывает вли ни  на работу стабилизатора . Временные диаграммы, соответствующие этому промежутоку, не привод тс  так как не имеют отношени  к сущности изобретени . Предлагаема  схема характеризуетс  повы1ченной надежностью и экономичностью , достигаемой устранением опасных перенапр жений, и, следовательно , динамических потерь при использовании технологических и дешевых серийно выпускаемых токоограничивающих .Дросселей.

(«at; lit

it

19

15

Claims (1)

1. (57 ) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт.св.»917182, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения перенапряжений на транзисторе , параллельно первичной обмотке токоограничивающего дросселя подключены введенные последовательно соединенные резистор, диод и стабилитроц, причем диод включен встречно по отношению к полярности источника пита- ^? ния, а стабилитрон - согласно.