СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК H02M7/53846 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное [1], который содержит последовательный резонансный инвертор с выходным трансформатором и узлом рекуперации избыточной энергии указанного трансформатора, к вторичной обмотке которого, выполненной со средним выводом, через тиристорный делитель частоты подключена цепь нагрузки, состоящая из дросселя и двух диодов. Анод первого диода подключен к концу вторичной обмотки трансформатора, а анод второго, через последовательно включенный дроссель - к началу этой обмотки. Тиристорный делитель частоты выполнен мостовым и подключен анодной группой к катодам диодов, а катодной - к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора.

Недостатком данного преобразователя является ограниченная возможность регулирования (стабилизации) выходного напряжения. Регулирование в нем может осуществляться только при использовании частотно-импульсной модуляции. Известно, что данный способ регулирования имеет ряд недостатков, а именно ограниченный диапазон регулирования выходного напряжения, необходимость использования трансформатора, рассчитанного на сравнительно низкую частоту. Это приводит к снижению КПД трансформатора, увеличению его габаритов и массы и, следовательно, ухудшению массогабаритных показателей всего преобразователя в целом.

Известен резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией [2]. Он содержит два последовательно соединенных рекуперирующих диода, резонансный дроссель, два последовательно соединенных резонансных конденсатора, включенных между положительной и отрицательной клеммами источника питания, две последовательно соединенные силовые цепи, каждая из которых образована зарядным тиристором и первичной обмоткой трансформатора, вторичные обмотки трансформатора и два диода образуют схему выпрямления со средней точкой, подключенную к резистору нагрузки. Анод зарядного тиристора первой силовой цепи соединен с концом одной первичной обмотки трансформатора, начало которой подключено к положительной клемме источника питания. Катод зарядного тиристора первой силовой цепи соединен с анодом зарядного тиристора второй силовой цепи. Катод зарядного тиристора второй силовой цепи подключен к концу второй первичной обмотки трансформатора, начало которой соединено с отрицательной клеммой источника питания. Точка соединения анода и катода двух зарядных тиристоров через резонансный дроссель подключена к общей точке резонансных конденсаторов. Каждая силовая цепь шунтирована встречно-параллельно соединенными модулирующим тиристором и рекуперирующим диодом. Анод модулирующего тиристора соединен с положительной клеммой источника питания, а катод - с общей точкой двух зарядных тиристоров и анодом второго модулирующего тиристора. Катод второго модулирующего тиристора подключен к отрицательной клемме источника питания, резистор нагрузки шунтирован конденсатором фильтра.

Недостатком схемы аналога является наличие в резонансной цепи двух конденсаторов. Разброс номинальной емкости этих конденсаторов достигает ±20%. Кроме того, первичных обмоток силового трансформатора две и они не являются идентичными.

Отмеченные факторы приводят к разной величине токов, протекающих в течение полупериода через каждую первичную обмотку силового трансформатора. Указанное явление вызывает появление постоянной составляющей магнитного потока в магнитопроводе силового трансформатора, что приводит к насыщению силового трансформатора и короткому замыканию в его цепях.

Устранить данное явление можно установкой диэлектрического зазора в магнитопроводе силового трансформатора. Однако это приводит к уменьшению магнитной проницаемости магнитопровода, уменьшению индуктивности намагничивания и значительному изменению собственной частоты резонансного контура.

В схеме аналога в качестве ключевых элементов используются тиристоры, которые являются низкочастотными полупроводниковыми приборами, поэтому создать высокочастотный преобразователь с силовым трансформатором и элементами входного и выходного фильтров, чтобы он имел небольшую массу и габариты, не представляется возможным. К тому же в схеме данного преобразователя использованы три импульсных трансформатора для включения зарядных и модулирующих тиристоров. При небольшой мощности преобразователя габариты и масса силового и управляющего трансформаторов соизмеримы.

В аналоге используется схема управления, обеспечивающая включение модулирующего тиристора только после включения соответствующего зарядного тиристора. Этот факт значительно усложняет схему управления.

Все выше перечисленное говорит о том, что данная схема преобразователя сложна, а сам преобразователь имеет значительные массу и габариты.

Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип является стабилизированный квазирезонансный преобразователь [3], который содержит два последовательно соединенных рекуперирующих диода, катод одного из которых подключен к положительной клемме источника питания, а анод другого - к его отрицательной клемме, резонансные дроссель и конденсатор, силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками, два выпрямителя, два зарядных и модулирующий МДП-транзисторы, два конденсатора, управляющий трансформатор, схему управления, состоящую из цепи обратной связи по напряжению, однотактного, с времязадающими резистором и конденсатором, и двухтактного ШИМ-контроллеров, резистор нагрузки и конденсатор фильтра.

Первая вторичная обмотка силового трансформатора подключена к входу первого выпрямителя, выход которого соединен с резистором нагрузки, который шунтируется конденсатором фильтра.

Первый и второй последовательно соединенные зарядные МДП-транзисторы подключены так, что сток первого подключен к положительной клемме источника питания, а исток второго к его отрицательной клемме. Точка соединения обоих зарядных МДП-транзисторов подключена к точке соединения рекуперирующих диодов, а также к первому выводу резонансного конденсатора. Его второй вывод подключен ко второму выводу резонансного дросселя. А первый вывод резонансного дросселя соединен с первым выводом первичной обмотки силового трансформатора.

Два последовательно соединенных конденсатора подключены параллельно зарядным МДП-транзисторам. Их общая точка соединена со вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора.

Вторая вторичная обмотка силового трансформатора подключена к входу второго выпрямителя, выход которого подключен к сток-истоку модулирующего МДП-транзистора. Исток модулирующего МДП-транзистора соединен с истоком второго зарядного МДП-транзистора. Затвор модулирующего МДП-транзистора соединен с инверсным выходом «А» однотактного ШИМ-контроллера. Первые выводы времязадающих резистора и конденсатора подключены к его выводам «R» и «С», а вторые выводы к истоку модулирующего МДП-транзистора. Вход «IN» однотактного ШИМ-контроллера через цепь обратной связи по напряжению соединен с конденсатором фильтра. Вывод цепи синхронизации «SYN» однотактного ШИМ-контроллера подключен к выводу «SYN» двухтактного ШИМ-контроллера, выход «А» которого через управляющий трансформатор подключен к затвору первого зарядного МДП-транзистора. Выход «В» двухтактного ШИМ-контроллера подключен к затвору второго зарядного МДП-транзистора.

Для квазирезонансных преобразователей большой мощности размещение в трансформаторе второй вторичной обмотки не всегда является рациональным:

- наличие второй вторичной обмотки увеличивает габариты и массу трансформатора;

- вторая вторичная обмотка приводит к образованию дополнительных паразитных «LC»-контуров, что приводит к увеличению уровня радиопомех и ограничивает рабочую частоту преобразователя.

В схеме прототипа модулирующий МДП-транзистор начинает шунтировать вторичную обмотку трансформатора при протекании через нее сначала обратной полуволны тока резонансного контура, а затем прямой полуволны. Поэтому регулирование с сохранением достаточно высокого коэффициента стабилизации может осуществляться лишь в сравнительно небольшом диапазоне, т.е. до момента времени, когда ток во вторичной обмотке трансформатора меняет направление и переходит из прямого в обратный.

Обратная связь по напряжению осуществляется довольно сложной цепью и содержит много элементов: делитель напряжения, регулируемый стабилизатор, оптодиод. Длина электрической связи от делителя напряжения до ШИМ-контроллера достаточно большая, а это требует тщательной проработки топологии печатной платы. Кроме того, оптодиоды при различных температурах имеют большой разброс по коэффициенту передачи. Поэтому для устойчивой работы преобразователя в этих условиях необходима установка интегрирующих звеньев в цепях коррекции ШИМ-контроллера. Однако установка интегрирующих звеньев снижает быстродействие обратной связи по напряжению, т.е. возникают условия, при которых достаточно сложно получить требуемую динамическую нестабильность напряжения на конденсаторе выходного фильтра при работе на импульсную нагрузку.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, а именно обеспечение широкодиапазонного регулирования выходного напряжения с высоким коэффициентом стабилизации, расширение области использования преобразователя, а также улучшение его массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом стабилизированном квазирезонансном преобразователе, содержащем источник питания, два последовательно включенных зарядных МДП-транзистора, два последовательно соединенных рекуперирующих диода, два последовательно включенных конденсатора, два выпрямителя, силовой трансформатор, последовательно включенные резонансные конденсатор и дроссель, двухтактный и однотактный ШИМ-контроллеры, первые времязадающие конденсатор и резистор, конденсатор фильтра, резистор нагрузки, первый делитель напряжения, первый управляющий трансформатор и модулирующий МДП-транзистор, вводятся второй однотактный ШИМ-контроллер с ограничивающим резистором и с вторыми времязадающими резистором и конденсатором, а также второй делитель напряжения, эмиттерный повторитель, две дифференцирующие цепи и второй управляющий трансформатор.

При этом сток первого зарядного МДП-транзистора, катод первого рекуперирующего диода и первый вывод первого конденсатора подключены к положительной клемме источника питания, а исток второго зарядного МДП-транзистора, анод второго рекуперирующего диода и второй вывод второго конденсатора подсоединены к отрицательной клемме источника питания.

Общая точка соединения зарядных МДП-транзисторов и рекуперирующих диодов через резонансные конденсатор и дроссель подключены к началу первичной обмотки силового трансформатора. Конец первичной обмотки трансформатора соединен с общей точкой соединения конденсаторов, а его вторичная обмотка подключена к входам первого и второго выпрямителей.

Выход первого выпрямителя подключен к резистору нагрузки, шунтированному конденсатором фильтра и первым делителем напряжения.

Выход второго выпрямителя соединен со сток-истоком модулирующего МДП-транзистора, затвор которого подключен к выводу «А» первого однотактного ШИМ-контроллера. Первые выводы первых времязадающих резистора и конденсатора подключены к выводам «R» и «С» первого однотактного ШИМ-контроллера, а их вторые выводы соединены с истоком модулирующего МДП-транзистора.

Вывод «SYN» первого однотактного ШИМ-контроллера соединен с входом эмиттерного повторителя, выход которого соединен с входом первой дифференцирующей цепи. Выход этой цепи соединен с первым выводом ограничивающего резистора, второй вывод которого соединен с выводом «С» второго однотактного ШИМ-контроллера. Вывод «А» второго однотактного ШИМ-контроллера соединен с входом второй дифференцирующей цепи, выход которой соединен с выводом «SYN» двухтактного ШИМ-контроллера. Выводы «А» и «В» двухтактного ШИМ-контроллера, через первый и второй управляющие трансформаторы, соединены с затворами первого и второго зарядных МДП-транзисторов. Первый вывод второго времязадающего резистора подключен к выводу «R» второго однотактного ШИМ-контроллера. Первый вывод второго времязадающего конденсатора подключен к первому выводу ограничивающего резистора, а вторые выводы вторых времязадающих резистора и конденсатора соединены и подключены к истоку модулирующего МДП-транзистора и к минусу конденсатора фильтра. Вывод «IN» первого однотактного ШИМ-контроллера соединен с выходом первого делителя напряжения. Вывод «REF» второго однотактного ШИМ-контроллера через второй делитель напряжения соединен с его выводом «DTC».

Благодаря тому, что в предлагаемой схеме квазирезонансного преобразователя большой мощности силовой трансформатор имеет только одну вторичную обмотку, а не две, как в прототипе, массогабаритные показатели преобразователя улучшаются.

Кроме того, ввод в схему второго однотактного ШИМ-контроллера обеспечивает требуемый сдвиг управляющих импульсов, подаваемых на затвор модулирующего МДП-транзистора, относительно управляющих импульсов, подаваемых на затворы зарядных МДП-транзисторов, т.е. управляющий импульс формируется лишь в интервал времени, когда во вторичной обмотке трансформатора протекает прямая полуволна тока. Поэтому в предлагаемой схеме осуществляется регулирование только прямой полуволны тока резонансного контура, т.е. имеют место только две области нелинейного регулирования. Первая область - в конце полуволны прямого тока. Вторая область - в начале полуволны прямого тока. В средней же части полуволны прямого тока можно осуществлять эффективное регулирование, т.е. происходит уменьшение нелинейности регулировочной характеристики преобразователя, что расширяет диапазон регулирования выходного напряжения с высоким коэффициентом стабилизации. Возможность широкополосного регулирования выходного напряжения с высоким коэффициентом стабилизации, а также возможность осуществления работы с импульсными нагрузками, в свою очередь, позволяет расширить область применения предлагаемого преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого стабилизированного квазирезонансного преобразователя и приняты следующие обозначения:

1, 2 - положительная и отрицательная клеммы источника питания;

3, 4 - первый и второй зарядные МДП-транзисторы;

5 - вторая дифференцирующая цепь;

6 - эмиттерный повторитель;

7 - второй делитель напряжения;

8 - первая дифференцирующая цепь;

9, 10 - первый и второй рекуперирующие диоды;

11, 12 - первый и второй конденсаторы;

13 - двухтактный ШИМ-контроллер;

14, 15 - первый и второй однотактные ШИМ-контроллеры;

16 - резонансный конденсатор;

17 - резонансный дроссель;

18 - силовой трансформатор;

19 - первый времязадающий резистор;

20 - первый времязадающий конденсатор;

21 - второй времязадающий резистор;

22 - ограничивающий резистор;

23 - первый управляющий трансформатор;

24, 25 - второй и первый выпрямители;

26 - второй управляющий трансформатор;

27 - второй времязадающий конденсатор;

28 - модулирующий МДП-транзистор;

29 - первый делитель напряжения;

30 - конденсатор фильтра;

31 - резистор нагрузки.

Стабилизированный квазирезонансный преобразователь содержит источник питания (клеммы 1, 2), два последовательно включенных зарядных МДП-транзистора 3, 4, две дифференцирующие цепи 5, 8, эмиттерный повторитель 6, два делителя напряжения 7, 29, два последовательно соединенных рекуперирующих диода 9, 10, два последовательно включенных конденсатора 11, 12, двухтактный 13 и два однотактных 14, 15 ШИМ-контроллера, последовательно включенные резонансные конденсатор 16 и дроссель 17, силовой трансформатор 18, два времязадающих резистора 19, 21 и два времязадающих конденсатора 20, 27, ограничивающий резистор 22, два управляющих трансформатора 23, 26, два выпрямителя 24, 25, модулирующий МДП-транзистор 28, конденсатор фильтра 30 и резистор нагрузки 31.

При этом сток первого зарядного МДП-транзистора 3, катод первого рекуперирующего диода 9 и первый вывод первого конденсатора 11 подключены к положительной клемме 1 источника питания, а исток второго зарядного МДП-транзистора 4, анод второго рекуперирующего диода 10 и второй вывод второго конденсатора 12 подсоединены к отрицательной клемме 2 источника питания.

Общая точка соединения зарядных МДП-транзисторов и рекуперирующих диодов, через резонансные конденсатор 16 и дроссель 17 подключены к началу первичной обмотки силового трансформатора 18. Конец первичной обмотки трансформатора 18 соединен с общей точкой соединения конденсаторов 11, 12, а его вторичная обмотка подключена к входам первого и второго выпрямителей 25, 24.

Выход первого выпрямителя 25 подключен к резистору 31 нагрузки, шунтированному конденсатором фильтра 30 и первым делителем напряжения 29.

Выход второго выпрямителя 24 соединен со сток-истоком модулирующего МДП-транзистора 28, затвор которого подключен к инверсному выводу «А» первого однотактного ШИМ-контроллера 14. Первые выводы первых времязадающих резистора 19 и конденсатора 20 подключены к выводам «R» и «С» первого однотактного ШИМ-контроллера 14, а их вторые выводы соединены с истоком модулирующего МДП-транзистора 28.

Вывод «SYN» первого однотактного ШИМ-контроллера 14 соединен с входом эмиттерного повторителя 6, выход которого соединен с входом первой дифференцирующей цепи 8. Выход этой цепи 8 соединен с первым выводом ограничивающего резистора 22, второй вывод которого соединен с выводом «С» второго однотактного ШИМ-контроллера 15. Вывод «А» второго однотактного ШИМ-контроллера 15 соединен с входом второй дифференцирующей цепи 5, выход которой соединен с выводом «SYN» двухтактного ШИМ-контроллера 13.

Выводы «А» и «В» двухтактного ШИМ-контроллера 13 через первый и второй управляющие трансформаторы 23, 26 соединены с затворами первого и второго зарядных МДП-транзисторов 3, 4.

Первый вывод второго времязадающего резистора 21 подключен к выводу «R» второго однотактного ШИМ-контроллера 15. Первый вывод второго времязадающего конденсатора 27 подключен к первому выводу ограничивающего резистора 22, а вторые выводы вторых времязадающих резистора 21 и конденсатора 27 соединены и подключены к истоку модулирующего МДП-транзистора 28 и к минусу конденсатора фильтра 30.

Вывод «А» первого однотактного ШИМ-контроллера 14 соединен с затвором модулирующего МДП-транзистора 28. Для создания отрицательной обратной связи по напряжению выход первого делителя напряжения 29 подключен к выводу «IN» первого однотактного ШИМ-контроллера 14.

Выводы «REF» и «DTC» второго однотактного ШИМ-контроллера 15 соединены через второй делитель напряжения 7.

Принцип работы предлагаемого стабилизированного квазирезонансного преобразователя заключается в следующем, для обеспечения стабилизации напряжения на резисторе нагрузки 31, приведенное к первичной обмотке силового трансформатора 18 активное сопротивление меньше волнового сопротивления резонансного контура, образованного дросселем 17 и конденсатором 16.

Работа предлагаемого стабилизированного квазирезонансного преобразователя осуществляется следующим образом.

После включения питания ШИМ-контроллеров (питание осуществляется от дополнительного источника, который на фигуре не показан) и подачи напряжения на клеммы 1, 2 начинает работать первый однотактный ШИМ-контролер 14. Частота генерации его выходных импульсов определяется первыми времязадающими резистором 19 и конденсатором 20.

С вывода «SYN» первого однотактного ШИМ-контроллера 14 формируемые им импульсы подаются на вход эмиттерного повторителя 6, с выхода которого импульсы подаются на вход первой дифференцирующей цепи 8, с выхода которой «короткие» импульсы подаются на первый вывод ограничивающего резистора 22, второй вывод которого подключен к выводу «С» второго однотактного ШИМ-контроллера 15. Данная цепь обеспечивает синхронную работу второго однотактного ШИМ-контроллера 15 с первым однотактным ШИМ-контроллером 14.

С вывода «А» второго однотактного ШИМ-контроллера 15 импульсы подаются на вход второй дифференцирующей цепи 5, с выхода которой «короткие» импульсы подаются на вывод «SYN» двухтактного ШИМ-контроллера 13.

С выводов «А» и «В» двухтактного ШИМ-контроллера 13 через управляющие трансформаторы 23, 26 импульсы подаются на затворы зарядных МДП-транзисторов 3, 4, обеспечивая их поочередное включение.

Изменение сопротивления резистора во втором делителе 7 напряжения обеспечивает требуемый сдвиг управляющих импульсов, подаваемых на затвор модулирующего МДП-транзистора 28, относительно управляющих импульсов, подаваемых на затворы зарядных МДП-транзисторов 3, 4. Управляющий импульс подается на модулирующий МДП-транзистор 28 в интервал времени, когда во вторичной обмотке трансформатора 18 протекает прямая полуволна тока.

Работа преобразователя начинается с плавного пуска. Цепь плавного пуска (на чертеже не обозначена) в первый момент времени обеспечивает максимальную длительность импульсов с инверсного вывода «А» первого однотактного ШИМ-контроллера 14, вследствие чего на затворе модулирующего МДП-транзистора 28 появляется постоянное напряжение. МДП-транзистор 28 через второй выпрямитель 24 осуществляет замыкание вторичной обмотки силового трансформатора 18.

При этом эквивалентное активное сопротивление первичной обмотки силового трансформатора 18 становится практически равным нулю. Напряжение на выходе первого выпрямителя 25 и, следовательно, на резисторе нагрузки 31 равно нулю.

При включении МДП-транзистора 3 прямой ток резонансного контура протекает по цепи: положительная клемма 1, сток-исток МДП-транзистора 3, резонансный конденсатор 16, резонансный дроссель 17, первичная обмотка силового трансформатора 18, второй конденсатор 12, отрицательная клемма 2. Поскольку активное сопротивление резонансного контура практически равно нулю, возникает обратный ток, который протекает по цепи: отрицательная клемма 2, второй конденсатор 12, первичная обмотка силового трансформатора 18, резонансный дроссель 17, резонансный конденсатор 16, рекуперирующий диод 9, положительная клемма 1. Происходит рекуперация энергии в цепь питания преобразователя.

При включении МДП-транзистора 4 прямой ток резонансного контура протекает по цепи: положительная клемма 1, первый конденсатор 11, первичная обмотка силового трансформатора 18, резонансный дроссель 17, резонансный конденсатор 16, сток-исток МДП-транзистора 4, отрицательная клемма 2. Поскольку активное сопротивление резонансного контура практически равно нулю, возникает обратный ток, который протекает по цепи: отрицательная клемма 2, второй рекуперирующий диод 10, резонансный конденсатор 16, резонансный дроссель 17, первичная обмотка силового трансформатора 18, первый конденсатор 11. Происходит рекуперация энергии в цепь питания преобразователя.

Цепь плавного пуска постепенно уменьшает длительность импульса с инверсного вывода «А» первого однотактного ШИМ-контроллера 14. Образуется интервал времени, когда модулирующий МДП-транзистор 28 через второй выпрямитель 24 не осуществляет замыкание вторичной обмотки силового трансформатора 18, через его первичную обмотку начинает протекать ток. На выходе первого выпрямителя 25 и, следовательно, на резисторе 31 нагрузки появляется напряжение.

После окончания плавного пуска преобразователь переходит в режим стабилизации напряжения на резисторе 31 нагрузки. При изменении уровня напряжения на резисторе 31 нагрузки происходит изменение длительности импульса с инверсного вывода «А» первого однотактного ШИМ-контроллера 14, т.к. напряжение резистора 31 нагрузки через делитель 29 напряжения цепи обратной связи по напряжению, подается на вывод «IN» первого однотактного ШИМ-контроллера 14. Изменение длительности импульса, поступающего на затвор модулирующего МДП-транзистора 28, обеспечивает поддержание необходимого постоянства напряжения на резисторе нагрузки 31.

При минимально допустимом напряжении на клеммах 1, 2 на затвор модулирующего МДП-транзистора 28 подается импульс с инверсного вывода «А» первого однотактного ШИМ-контроллера 14 минимальной длительности.

При обрыве цепи резистора 31 нагрузки делитель 29 напряжения цепи обратной связи по напряжению и первый однотактный ШИМ-контроллер 14 обеспечивают увеличение длительности импульса с его инверсного вывода «А» и соответствующее уменьшение тока на выходе первого выпрямителя 25. Вследствие этого величина напряжения на резисторе 31 нагрузки практически не изменяется.

К основным преимуществам заявляемого преобразователя по сравнению с прототипом следует отнести следующее:

- в силовом трансформаторе уменьшено количество обмоток;

- расширен диапазон эффективной стабилизации;

- уменьшено количество элементов аналоговой части цепи обратной связи схемы управления;

- повышено быстродействие цепи обратной связи, что позволяет работать на импульсную нагрузку.

Все вышеперечисленные преимущества говорят о том, что заявленная схема преобразователя имеет улучшенные массогабаритные показатели, расширенный диапазон регулировки выходного напряжения с высоким коэффициентом стабилизации, кроме того, появляется возможность осуществления работы с импульсными нагрузками и это, в свою очередь, расширяет его область применения.

Источники информации

1. А.С. №1285552, СССР, МПК Н02М 7/519, Преобразователь постоянного напряжения в переменное / А.Н.Шварц, Б.З.Курчик, Б.И. - 1987, №3.

2. Патент №2110881, РФ, МПК Н02М 02/51, 7/523, Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией / В.Ф.Стрелков, Б.И. - 1998, №13.

3. Патент №2385526, РФ, МПК Н02М 7/53846, Квазирезонансный полупроводниковый преобразователь / Кириенко В.П., Стрелков В.Ф. Б.И. - 2010, №9.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, а именно обеспечение широкодиапазонного регулирования выходного напряжения с высоким коэффициентом стабилизации, расширение области использования преобразователя, а также улучшение его массогабаритных показателей. Технический результат достигается тем, что в схему вводится второй однотактный ШИМ-контроллер, который обеспечивает требуемый сдвиг управляющих импульсов, подаваемых на затвор модулирующего МДП-транзистора относительно управляющих импульсов, подаваемых на затворы зарядных МДП-транзисторов, т.е. управляющий импульс формируется лишь в интервал времени, когда во вторичной обмотке трансформатора протекает прямая полуволна тока. Поэтому в предлагаемой схеме осуществляется регулирование только прямой полуволны тока резонансного контура, т.е. происходит уменьшение нелинейности регулировочной характеристики преобразователя, что расширяет диапазон регулирования выходного напряжения. Возможность широкополосного регулирования выходного напряжения с высоким коэффициентом стабилизации, в свою очередь, позволяет расширить область применения предлагаемого преобразователя. Кроме того, в предлагаемой схеме силовой трансформатор имеет только одну вторичную обмотку, тем самым, массогабаритные показатели преобразователя улучшаются. 1 ил.

Стабилизированный квазирезонансный преобразователь содержит источник питания, два последовательно включенных зарядных МДП-транзистора, два последовательно соединенных рекуперирующих диода, два последовательно включенных конденсатора, два выпрямителя, силовой трансформатор, последовательно включенные резонансные конденсатор и дроссель, двухтактный и однотактный ШИМ-контроллеры, первые времязадающие конденсатор и резистор, конденсатор фильтра, резистор нагрузки, первый делитель напряжения, первый управляющий трансформатор и модулирующий МДП-транзистор, при этом сток первого зарядного МДП-транзистора, катод первого рекуперирующего диода и первый вывод первого конденсатора подключены к положительной клемме источника питания, а исток второго зарядного МДП-транзистора, анод второго рекуперирующего диода и второй вывод второго конденсатора подсоединены к отрицательной клемме источника питания, общая точка соединения зарядных МДП-транзисторов и рекуперирующих диодов через резонансный конденсатор и дроссель подключены к началу первичной обмотки силового трансформатора, конец которой соединен с общей точкой соединения конденсаторов, а вторичная обмотка силового трансформатора подключена к входу первого выпрямителя, выход которого подключен к резистору нагрузки, шунтированному конденсатором фильтра и первым делителем напряжения, выход второго выпрямителя соединен со сток-истоком модулирующего МДП-транзистора, затвор которого подключен к выводу «А» первого однотактного ШИМ-контроллера, первые выводы первых времязадающих резистора и конденсатора подключены к выводам «R» и «С» первого однотактного ШИМ-контроллера, а их вторые выводы соединены с истоком модулирующего МДП-транзистора, отличающийся тем, что введены второй однотактный ШИМ-контроллер с ограничивающим резистором и со вторыми времязадающими резистором и конденсатором, а также второй делитель напряжения, эмиттерный повторитель, две дифференцирующие цепи и второй управляющий трансформатор, при этом цепь обратной связи по напряжению образована первым делителем напряжения, который включен параллельно резистору нагрузки, вывод «SYN» первого однотактного ШИМ-контроллера соединен с входом эмиттерного повторителя, выход которого соединен с входом первой дифференцирующей цепи, выход этой цепи соединен с первым выводом ограничивающего резистора, второй вывод которого соединен с выводом «С» второго однотактного ШИМ-контроллера, вывод «А» которого соединен с входом второй дифференцирующей цепи, выход которой соединен с выводом «SYN» двухтактного ШИМ-контроллера, выводы «А» и «В» которого через первый и второй управляющие трансформаторы соединены с затворами первого и второго зарядных МДП-транзисторов, первый вывод второго времязадающего резистора подключен к выводу «R» второго однотактного ШИМ-контроллера, первый вывод второго времязадающего конденсатора подключен к первому выводу ограничивающего резистора, вторые выводы вторых времязадающих резистора и конденсатора соединены и подключены к истоку модулирующего МДП-транзистора и к «минусу» конденсатора фильтра, вывод «IN» первого однотактного ШИМ-контроллера соединен с выходом первого делителя напряжения, вывод «REF» второго ШИМ-контроллера через второй делитель напряжения соединен с его выводом «DTC».