Підсилювач потужності імпульсного стабілізатора напруги

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до пристроїв перетворення параметрів електричної енергії і може бути використай при створенні джерел вторинного електроживлення з безтрансформаторним входом і вихідним мостовим підсилювачем, а також може бути використай в складі перетворювача постійної напруги нетрадиційного джерела харчування (далі по тексту - НДХ) у перемінну синусоїдальну напругу промислової частоти. Широко відомі однотактні імпульсні стабілізатори напруги послідовного і рівнобіжного типів (наприклад, «Джерела електроживлення РЭА», довідник під ред. Г.С. Найвельта, М., «Радіо і зв'язок», 1986 р., С.32-34; «Джерела вторинного електроживлення», довідковий посібник під ред. Ю.И. Конєва, М., «Радіо і зв'язок». 1983 р., С.79-81; С.А. Эраносян, «Мережні блоки харчування з високочастотними перетворювачами», Л., «Энергоатомиздат», 1991 р., С.21-30). Цим стабілізаторам притаманні наступні недоліки: - невеликий граничний коефіцієнт заповнення імпульсів напруги на силовому трансформаторі; - неповне використання силового трансформатора, тому що відомо, що силовий трансформатор (його сердечник) в однотактних каскадах перемагнічується не по повній петлі гистерезиса, що може привести до перегріву і виходу з ладу силового транзистора і, щоб усун ути цей недолік, значно ускладнюють схеми керування, запуску і вимикання. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, якій досягається, і обраним як прототип є «Імпульсний стабілізатор постійної напруги» (Патент України № 54292, МПК - 7G05F1/56, H02М3/335, Н02М7/00, БИ-2-2003p.), якій містить двотактний двохтранзисторний регульований перетворювач із силовим трансформатором, вихідні випрямляч і фільтр, генератор, що задає, і формирувач імпульсів, широтно-імпульсний модулятор, перетворювач зворотного зв'язку, генератор, що задає, виконаний у ви гляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів, виконаний за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів, виконаний за схемою компаратора, формирувач імпульсів, виконаний за схемою фазоінвертора, виконаного на цифрових мікросхемах, широтно-імпульсний модулятор виконаний на операційному підсилювачі, а перетворювач зворотного зв'язку включає оптоелектронний перетворювач вихідного сигналу стабілізатора, транзисторний емітерний повторювач і підсилювач зворотного зв'язку на операційному підсилювачі, причому вихід генератора трикутних сигналів з'єднаний з першим входом генератора прямокутних імпульсів і з першим входом широтноімпульсного модулятора, вихід генератора прямокутних імпульсів підключений до рахункового входу тригера фазоінвертора, вихід перетворювача зворотного зв'язку підключений до другого входу широтно-імпульсного модулятора, вихід якого підключений до входів логічних елементів фазоінвертора, два виходи якого підключені до двох входів попереднього двохтранзисторного підсилювача, виходи яких навантажені на бази силових транзисторів двотактного двохтранзисторного регульованого перетворювача, а схема керування стабілізатора харчується від вхідного параметричного стабілізатора, крім того, вихідний випрямляч виконаний за мостовою схемою, а вихідний фільтр виконаний за схемою LC-фільтра зі штучною нульовою крапкою, при цьому вхідний параметричний стабілізатор виконаний за схемою зі штучною нульовою крапкою. Недоліком прототипу є низька навантажувальна здатність пристрою. Задачею винаходу є розробка нової схемотехніки підсилювача потужності імпульсного стабілізатора з досягненням технічного результату - підвищенням навантажувальної здатності пристрою. Поставлена задача зважується тим, що в «Підсилювачі потужності імпульсного стабілізатора напруги», що містить двотактний транзисторний регульований перетворювач із силовим трансформатором, причому входи попереднього двохтранзисторного підсилювача з'єднані зі схемою керування, а виходи навантажені на бази силових транзисторів перетворювача через проміжний трансформатор, двотактний транзисторний регульований перетворювач виконаний за мостовою схемою на чотирьох силових транзисторах, ланцюзі емітер-база яких зашунтовані діодами, а в базові ланцюги включені струмообмежувальні резистори, при цьому в колекторні ланцюги двох пар силових транзисторів включена первинна обмотка силового трансформатора. Новим у пристрої, що заявляється, у порівнянні з прототипом є використання більш могутньої схеми двотактного регульованого силового перетворювача, виконаного за мостовою схемою, на вході якого встановлений попередній підсилювач із проміжним трансформатором. Тому очевидно, що реалізація пристрою, що заявляється, дозволить вирішити задачу, поставлену в даному винаході, з досягненням технічного результату підвищення навантажувальної здатності. Суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки; двотактний транзисторний регульований перетворювач із силовим трансформатором; входи попереднього двухтранзисторного підсилювача з'єднані зі схемою керування; виходи попереднього двухтранзисторного підсилювача навантажені на бази силових транзисторів перетворювача через проміжний трансформатор Відмітними від прототипу суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є наступні ознаки: двотактний транзисторний регульований перетворювач виконаний за мостовою схемою на чотирьох силових транзисторах; ланцюзі емітер-база силових транзисторів зашунтовані діодами; у базові ланцюги силових транзисторів включені струмообмежувальні резистори; у колекторні ланцюги двох пар силових транзисторів включена первинна обмотка силового трансформатора. Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Дійсно, нова схемотехніка пропонованого імпульсного стабілізатора напруги в порівнянні з прототипом має більш могутню схему дво тактного регульованого силового перетворювача, виконаного за мостовою схемою, на вході якого встановлений попередній підсилювач із проміжним трансформатором, що дозволяє значно збільшити струм навантаження, а, отже, і вихідну потужність пристрою. Сутність пристрою, що заявляється, пояснюється кресленнями. На фіг.1 зображена принципова електрична схема пристрою, на фіг.2 показані три графіки напруг, що є присутнім на обмотках трансформатора TV1: на первинній обмотці 1-2 (U1), на вторинних обмотках 3-4 і 9-10 (U2), а також на вторинних обмотках 5-6 і 7-8 (U3). Постійна напруга U_=40-90 В, що надходить із сонячних фотоелементів, міняється в залежності від освітленості і величина її не є постійної, тому цю постійну напругу попереднє стабілізують (схема попереднього стабілізатора умовно не показана). Основною задачею підсилювача потужності є посилення стабілізованої напруги з перетворювача нетрадиційного джерела до значення, необхідного для перетворення в квазисинусоїдальну напругу. До вторинних обмоток TV1 через базові резистори R4-R7 і діоди VD1-VD4 підключені транзистори VT3-VT6. Колектори VT3 і VT4, VT5 і VT6 з'єднані між собою відповідно і підключені до первинної обмотки TV2. TV1, VD1-VD4, VT3-VT6, R4-R7 і первинна обмотка TV2 є елементами підсилювача потужності, зібраного за мостовою схемою. Вихід підсилювача потужності підключений до первинної обмотки силового трансформатора TV2. Використання мостової схеми підсилювача потужності дозволяє одержати вихідну потужність понад 1 кВт. Пристрій працює в такий спосіб. Постійна вхідна напруга надходить на вхідні затиски імпульсного стабілізатора напруги, до складу якого входить пристрій, що заявляється, і стабілізується попереднім стабілізатором (умовно не показаний). При подачі напруги харчування схема керування імпульсним стабілізатором (умовно не показана) виробляє імпульси керування, модульовані по ширині за допомогою перетворювача зворотного зв'язку і широтноімпульсного модулятора (умовно не показані). Ці імпульси надходять на попередній підсилювач на транзисторах VT1 і VT2, колектори яких навантажені на первинну обмотку проміжного трансформатора TV1. Транзистори VT1 і VT2 підсилюють позитивні і негативні імпульси, що надходять зі схеми керування, і керують роботою транзисторів підсилювача потужності імпульсного стабілізатора, зібраного за схемою мостового інвертора на транзисторах різної провідності VT3- VT6 і трансформаторі TV2. На фіг.2 показані графіки напруг на обмотках трансформатора TV1. При надходженні на бази транзисторів VT3 і VT5 позитивних імпульсів керування в моменти часу t 2, t6 і т.д., останні відкриваються і через первинну обмотку трансформатора TV2 протікає струм позитивної напівхвилі імпульсного стабілізатора напруги - від крапки 1 до крапки 2. У такий спосіб формується позитивна напівхвиля вихідної напруги імпульсного стабілізатора. У моменти часу t4 , t8 і т.д. на бази транзисторів VT3 і VT5 надходять негативні імпульси керування, транзистори VT3 і VT5 закриті, але відкриваються діоди VD1, VD3 і струм протікає через них і, відповідно, через обмотки 3-4 і 9-10 трансформатора TV1 і резистори R4 і R6, при цьому діоди VD1, VD3захищають переходи б-э транзисторів VT3 і VT5 від зворотної напруги U2 При надходженні на базу транзисторів VT4 і VT6 позитивних імпульсів керування в моменти часу t4 , t 8 і т.д., останні відкриваються і через первинну обмотку трансформатора TV2 протікає струм негативної напівхвилі імпульсного стабілізатора напруги - від крапки 2 до крапки 1. У такий спосіб формується негативна напівхвиля ви хідної напруги імпульсного стабілізатора. У моменти часу t 3, t6 і т.д. на бази транзисторів VT4 і VT6 надходять негативні імпульси керування і вони закриті, але відкриваються діоди VD2, VD4 і струм протікає через них і, відповідно, через обмотки 5-6 і 7-8 трансформатора TV1 і резистори R5 і R7, при цьому діоди VD2, VD4 захищають переходи б-э транзисторів VT4 і VT6 від зворотної напруги U3. Отже, трансформатор TV2 працює в двотактному режимі, без підмагнічування, по повній петлі гистерезиса. Резистори R4-R7 - буферні - і служать для захисту переходів б-э могутні х транзисторів VT3-VT6. З вторинної обмотки трансформатора TV2 знімається вихідна напруга імпульсного стабілізатора напруги. Використання мостової схеми підсилювача потужності дозволяє одержати вихідну потужність понад 1 кВт. Тому очевидно, що реалізація пристрою, що заявляється, дозволить вирішити задачу, поставлену в даному винаході - розробку нової схемотехніки підсилювача потужності імпульсного стабілізатора - з досягненням технічного результату підвищення навантажувальної здатності пристрою.