Устройство стабилизации напряжения постоянного тока

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для стабилизации напряжения источников постоянного тока.
Уровень техники
Известен стабилизатор напряжения постоянного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, рис.4.21, с.207), содержащий автономный инвертор, трансформатор и управляемый выпрямитель, выполняющий функции регулировочного устройства - вольтодобавочного выпрямителя.
Недостатком устройства являются: сложная схема системы управления и, соответственно, низкие показатели надежности стабилизатора.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является устройство стабилизации напряжения постоянного тока (патент RU №2444832, МПК H02M 3/337).
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока содержит автономный инвертор, выпрямитель, однофазный трансформатор со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым входом системы управления, вторым выходом стабилизатора и четвертым входом системы управления, базы первого и второго транзисторов соединены с первым и третьим выходами системы управления соответственно, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены со вторым и четвертым выходами системы управления, а также с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора и третьим входом системы управления, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения являются первым и вторым входами системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым входами делителя напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления.
Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная
реализацией автономного инвертора на базе биполярных транзисторов, приборов, управляемых током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим напрямую связан с величиной коммутируемого тока;
сложностью схемы управления, в силу использования усилителей импульсов.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению надежности.
n
n-
Технический результат достигается тем, что в устройство стабилизации напряжения постоянного тока, содержащее два диода, однофазный трансформатор со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым входом системы управления, вторым выходом стабилизатора и четвертым входом системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора соединены с анодами соответственно первого и второго диодов, катоды которых соединены и являются первым выходом стабилизатора и третьим входом системы управления, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения являются первым и вторым входами системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым входами делителя напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход формирователя импульсов соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого являются первым и вторым выходами системы управления, введены первый и второй МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа, стоки которых соединены с первым входным выводом стабилизатора и первым входом системы управления, истоки первого и второго МДП-транзисторов с индуцированным каналом -типа соединены соответственно с началом и концом первичной обмотки трансформатора, затворы первого и второго МДП-транзисторов с индуцированным каналом типа соединены соответственно с первым и вторым выходами системы управления.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения постоянного тока.
На фиг. 2 представлены диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы управления стабилизатором.
Осуществление полезной модели
n-
n-
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока (фиг. 1) содержит первый МДП-транзистор 1 с индуцированным каналом типа, второй МДП-транзистор 2 с индуцированным каналом типа, однофазный трансформатор 3 со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, первый диод 4, второй диод 5, систему управления 6.
Система управления 6 содержит делитель напряжения 7, генератор пилообразного напряжения 8, формирователь импульсов 9, распределитель импульсов 10.
n
n
n
Первый входной вывод стабилизатора соединен со стоками МДП-транзисторов 1, 2 с индуцированным каналом -типа, средней точкой вторичной обмотки трансформатора 3 и первым входом системы управления 6, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора 3, вторым входом системы управления 6, вторым выходом стабилизатора и четвертым входом системы управления 6, затворы МДП-транзисторов 1, 2 с индуцированным каналом -типа соединены соответственно с первым и вторым выходами системы управления 6, истоки МДП-транзисторов 1, 2 с индуцированным каналом -типа соединены соответственно с началом и концом первичной обмотки трансформатора 3, начало и конец вторичной обмотки трансформатора 3 соединены с анодами соответственно диодов 4, 5, катоды которых соединены и являются первым выходом стабилизатора и третьим входом системы управления 6.
Первый и второй входы генератора пилообразного напряжения 8 являются первым и вторым входами системы управления 6, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым входами делителя напряжения 7.
Выход генератора пилообразного напряжения 8 соединен с первым входом формирователя импульсов 9, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения 7, выход формирователя импульсов 9 соединен с входом распределителя импульсов 10, выходы которого являются первым и вторым выходами системы управления 6.
BX
ВЫХ
В
На фиг.1 показаны выводы для подключения входного и выходного напряжения стабилизатора U и U соответственно и напряжение выпрямителя U.
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока работает следующим образом.
ГПН
ДН
ГПН
ДН
ФИ
ДН
1
2
B
ВЫХ
n
С выхода генератора пилообразного напряжения 8, вход которого соединен с входными выводами стабилизатора, сигнал U (фиг.2, а) поступает на первый вход формирователя импульсов 9, на второй вход которого сигнал поступает от делителя напряжения 7 U (фиг.2, а), вход которого соединен с выходными выводами стабилизатора. Когда U>U на выходе формирователя импульсов формируется управляющий сигнал U (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 10 поступает на затворы МДП-транзисторов 1, 2 с индуцированным каналом -типа. К примеру, если напряжение на выходных выводах стабилизатора уменьшится, то и уменьшится напряжение U (фиг.2, в), уменьшится угол управления транзисторами с α до α (фиг.2, б, г). Временной интервал открытого состояния транзисторов 1 и 2 увеличится, значит, увеличится выходное напряжение выпрямителя U и, соответственно, выходное напряжение стабилизатора U.
В случае прототипа имеет место относительно низкий КПД. Это обусловлено реализацией схемы автономного инвертора на базе биполярных транзисторов. Так как биполярные транзисторы - это приборы, управляемые током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим, напрямую связан с величиной коммутируемого тока. А попытка снижения транзисторами собственного энергопотребления (повышения КПД устройства) за счет использования транзисторов с меньшим током базы (а значит, и меньшей допустимой мощностью рассеивания - неизбежно повысит требования к увеличению теплоотвода), повлечет снижение надежности устройства.
В то же время МДП-транзисторы с индуцированным каналом характеризуются рядом преимуществ относительно биполярных транзисторов (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с.19):
управление напряжением (высокое сопротивление со стороны затвора, ток затвора практически равен нулю);
высокая скорость переключения;
почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость переключения);
очень малая вероятность теплового саморазогрева;
очень малая вероятность вторичного пробоя;
допустимость резкого изменения тока стока.
А значит, предлагаемое устройство, в схеме автономного инвертора которого использованы МДП-транзисторы 1 и 2, при той же величине коммутируемой мощности, что и в случае прототипа, будет характеризоваться более высоким значением как КПД, так и, прежде всего, надежностью.
Немаловажный вклад в повышение надежности предлагаемого устройства вносит факт упрощения схемы системы управления 6.
Система управления 6 предлагаемого устройства, в отличие от прототипа, не содержит двух усилителей импульсов, так как токи управления МДП-транзисторов 1 и 2 практически равны нулю.