Стабілізатор постійної напруги

Реферат: Винахід належить до напівпровідникових перетворювачів електроенергії, до яких висуваються вимоги забезпечення високого рівня струму навантаження при високому коефіцієнті корисної дії. Стабілізатор постійної напруги, який містить нерегульований високочастотний транзисторний інвертор напруги з силовим високочастотним трансформатором, вторинні півобмотки якого через керовані дроселі з'єднані з польовими транзисторами випрямляча, зібраного за двотактною схемою з середньою точкою, причому польові транзистори керуються синхронно від вторинних обмоток відповідно високочастотного силового трансформатора, вихідний LCD-фільтр реалізовано на зворотному діоді, котушці індуктивності та конденсаторі, вихід схеми керування під'єднано до анодів розмагнічуючих діодів, катоди яких під'єднані до керованих дроселів насичення. Технічним результатом, що досягається даним винаходом, є підвищення рівня струму навантаження при високому коефіцієнті корисної дії. UA 112230 C2 (12) UA 112230 C2 UA 112230 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області електротехніки і може бути використаний в напівпровідникових перетворювачах електроенергії, до яких висуваються вимоги забезпечення високого рівня струму навантаження при високому коефіцієнті корисної дії. Відомий стабілізатор постійної напруги, який містить високочастотний інвертор напруги з силовим високочастотним трансформатором, керований дросель насичення, однопівперіодний випрямляч, вихідний фільтр, навантаження, схему керування, розмагнічуючий діод (див. Патент США N4451876, кл. Н02М 3/335, 1982). Однак, в запропонованому стабілізаторі постійної напруги високий рівень струму навантаження не може бути досягнутий через однопівперіодне випрямлення, яке, крім того, спричинює підмагнічування силового трансформатора та підвищений рівень пульсацій вихідної напруги. Найбільш близьким до запропонованого є стабілізатор постійної напруги, який містить нерегульований високочастотний транзисторний інвертор напруги з силовим високочастотним трансформатором, двотактний випрямляч з середньою точкою, керовані дроселі насичення, вихідний фільтр, навантаження, схему керування, розмагнічуючі діоди (див. Патент США N4217632, кл.Н02М 3/335, 1980). Однак, в запропонованому стабілізаторі постійної напруги забезпечення високого рівня струму навантаження супроводжується суттєвим збільшенням втрат на діодах високочастотного випрямляча, що призводить до істотного зменшення коефіцієнта корисної дії. В основу винаходу поставлено задачу побудови стабілізатора постійної напруги для забезпечення високого рівня струму навантаження при високому коефіцієнті корисної дії за рахунок використання стабілізатора постійної напруги, який містить нерегульований високочастотний транзисторний інвертор напруги з силовим високочастотним трансформатором, двотактний випрямляч з середньою точкою, керовані дроселі насичення, вихідний фільтр, навантаження, схему керування, розмагнічуючі діоди, причому двотактний випрямляч з середньою точкою оснащений польовими транзисторами з можливістю їх керування синхронно від відповідних вторинних обмоток силового високочастотного трансформатора. На кресленні представлена схема стабілізатора постійної напруги. Стабілізатор постійної напруги містить нерегульований високочастотний транзисторний інвертор 1, до виходу якого під'єднана первинна обмотка 2 силового високочастотного трансформатора 3. Трансформатор 3 містить вторинну обмотку, виконану з середньою точкою, що утворює дві півобмотки 4, 5, та обмотки керування 6, 7 польовими транзисторами 8, 9 синхронного випрямляча 10, зібраного по двотактній схемі. До півобмоток 4, 5 під'єднані обмотки керованих дроселів насичення 11, 12. Розмагнічуючі діоди 13, 14 катодами під'єднані до спільної точки керованих дроселів насичення 11, 12, обмоток керування 6, 7 польовими транзисторами 8, 9 синхронного випрямляча і витоків польових транзисторів 8, 9, а анодами до виходу схеми керування 15. До середньої точки півобмоток 4, 5 під'єднано анод зворотного діода 16 вихідного LCD-фільтра, а катод зворотного діода 16 під'єднано до спільної точки стоків польових транзисторів 8, 9 і котушки індуктивності 17 вихідного LCD-фільтра. Вхід схеми керування 15 з'єднаний із спільною точкою котушки індуктивності 17, конденсатора 18 вихідного LCD-фільтра і навантаження 19, та спільною точкою навантаження 19, конденсатора 18, зворотного діода 16 і середньої точки півобмоток 4, 5. Стабілізатор постійної напруги працює наступним чином. У півперіод керування до обмотки керованого дроселя насичення 11 прикладена від'ємна напруга. У цей проміжок часу польовий транзистор 8 випрямляча 10 знаходиться у непровідному стані (від'ємна напруга вторинної обмотки 6 прикладена до його затвора), розмагнічуючий діод 13 відкритий. Створюється коло для протікання струму через схему керування 15, розмагнічуючий діод 13, керований дросель насичення 11, вторинну півобмотку 4 силового високочастотного трансформатора 3. Під дією цього струму (функція сигналу похибки розузгодження вихідної постійної напруги стабілізатора з напругою уставки схеми керування 15 і зміни напруги на вторинній півобмотці 4 силового високочастотного трансформатора 3 - зміни напруги первинної мережі) відбувається розмагнічування матеріалу магнітопроводу керованого дроселя насичення від рівня індукції насичення Bs до якогось рівня індукції В1. Глибина розмагнічування регулюється дією цього стабілізуючого від'ємного зворотного зв'язку. При зміні полярності вхідної напруги перемагнічування керованого дроселя насичення 11 почнеться із запам'ятованого рівня індукції В1. Коли для керованого дроселя насичення 11 має місце півперіод керування, для керованого дроселя насичення 12 має місце інший режим - робочий півперіод. В цей проміжок часу польовий транзистор 9 випрямляча 10 знаходиться у провідному стані (додатна напруга вторинної півобмотки 7 прикладена до його затвора), розмагнічуючий діод 14 закритий. 1 UA 112230 C2 5 10 15 20 25 Створюється коло для протікання струму через півобмотку 5 силового високочастотного трансформатора 3, обмотку дроселя насичення 12, польовий транзистор 9 випрямляча 10, котушку індуктивності 17, конденсатор 18 та навантаження 19. Робочий півперіод складається з двох етапів. На першому етапі відбувається перемагнічування дроселя насичення 12 від якогось запам'ятованого значення індукції В1 до індукції насичення Bs. Час цього перемагнічування є значно менший, ніж час розмагнічування у півперіод керування за рахунок відсутності обмеження швидкості перемагнічування (опір навантаження, на порядки менший за опір кола керування). Тому насичення дроселя досягається в межах півперіоду частоти вхідної змінної високочастотної напруги. В цей час створюється коло для протікання струму через котушку індуктивності 17, навантаження 19 і зворотний діод 16, а також здійснюється розряд конденсатора 18 вихідного LCD-фільтра на навантаження 19. Після досягнення насичення керований дросель 12 має практично нульовий опір, і струм в колі визначається опором навантаження (другий етап). Змінюючи глибину розмагнічування керованих дроселів насичення 11, 12 від +Bs до -Bs в півперіод керування, отримуємо широтно-імпульсну модуляцію в межах півперіоду високої частоти комутації в робочий півперіод. Так забезпечується стабілізація вихідної постійної напруги при зміні струму навантаження в усьому його діапазоні. При цьому забезпечується значно нижчий рівень втрат на випрямлячі 10 за рахунок суттєво меншого опору каналів у відкритому стані польових транзисторів 8, 9 в порівнянні з втратами на діодах при їх використанні у випрямлячі 10, обумовлених як прямим спадом напруги, так і часто незадовільними частотними характеристиками діодів. Зменшення внутрішнього опору стабілізатора вирішує задачу отримання вищого рівня струму навантаження при високому коефіцієнті корисної дії за умови узгодженості режимів роботи всіх елементів схеми. Таким чином, в запропонованому стабілізаторі постійної напруги досягнуто забезпечення високого рівня струму навантаження при високому коефіцієнті корисної дії за рахунок того, що у двотактному випрямлячі з середньою точкою використано польові транзистори, які керуються синхронно від відповідних вторинних обмоток силового високочастотного трансформатора. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Стабілізатор постійної напруги, який містить нерегульований високочастотний транзисторний інвертор напруги з силовим трансформатором, двотактний випрямляч з середньою точкою, керовані дроселі насичення, вихідний фільтр, навантаження, схему керування, розмагнічуючі діоди, який відрізняється тим, що двотактний випрямляч з середньою точкою оснащений польовими транзисторами з можливістю їх керування синхронно від відповідних вторинних обмоток силового високочастотного трансформатора. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2