Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК G05F1/64 

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках питания ЦВМ и электроавтоматике, в частности в стабилизированных преобразователях напряжения на транзисторах с бестрансформаторным входом.

Известны стабилизированные преобразователи напряжения, содержащие задающий генератор, силовой трансЛюрматор, подключенный к входным зажимам череч транзисторные ключевые элементы Cl 3, С2 .

При использовании транзисторных ключевых элементов без токовой положительной связи ij обеспечение функционирования последних в ширЛком диапазоне изменения тока нагрузки достигается существенным усложнением преобразователя. Объясняется это тем, что транзисторы ключевых элементов при малых токах нагрузки работают в режиме глубокого насыщения. Это требует применения специальных цепей управления для Форсированного рассасывания носителей , что приводит к усложнению схемы преобразователя, к снижению его КПД. В то же время при возможных перегрузках преобразователя его тр-тнзисторы могут выйти из строя за счет резкого повышения мощности,

10 выделяемой в их коллекторных переходах .

Преобразователи напряжения с применением транзисторных ключевых элементов, управляемых посредством

15 трансформаторов тока 2 , имеют сложную схему, что снижает надежность преобразователя.

Наиболее близким по технической

20 сущности к предлагаемому является стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, который содержит задающий генератор. силовой трансформатор, первичная о мотка KOTOpoi-Q подключена к входным выводам через транзисторные клю чевые элементы, а вторичная обмотка через силовой выпрямитель - к выход ным выводам, трансформаторы тока, управляющие транзисторными ключевыми элементами, вторичные обмотки которых через выпрямитель подключен к силовому переходу шунтирующего транзистора, широтно-импульсный модулятор, первый вход которого через узел отрицательной обратной связи соединен с выходными выводами, второй вход - с конденсатором генерато ра пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом шунтирую щего транзистора С31. Его недостатком является относительная сложность схемы управления, которая даже в однотактном варианте содержит десять транзисторов и три операционных усилителя. Отсутствие напряжения питания на схеме управле ния в выключенном состоянии преобра зователя затрудняет его запуск и при водит к дополнительным усложнениям схемы пуска преобразователя. Задающий генератор, выполненный на опера ционном усилителе, хотя и обладает хорошей стабильностью частоты, имеет весьма ограниченные функциональные зггзможности В двухтэктном варианте преобразователя указанная схема долж на быть усложнена для обеспечения гарантированной паузы между вклюценными состояниями транзисторных ключевых элементов. Цель изобретения - повышение надежности и упрощение преобразователя . Указанная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразова теле напряжения задающий генератор выполнен с применением выходного трансформатора, одна вторичная обмотка которого через согласующие эле менты соединена с вторичной обмотко трансформоторов тока, другая.вторич ная обмотка через дифференцирующий блок соединена с базой дополнительн введенного транзистора, эмиттер кот рого соединен с управляющим входом шунтирующего транзистора, а коллектор - с вторым входом широтно-импульсного модулятора. Нз чертеже приведена схема предлагаемого преобразователя, поясняющая его принцип действия. В преобразователе к входным выво дам 1 через транзисторные ключевые элементы 2 и 3 с трансформаторами и 5 тока подключен силовой трансформатор 6, задающий генератор 7, с выходным трансформатором 8, подключенным через согласующее устройство 9 к вторичным обмоткам трансформаторов тока, шунтирующий транзистор 10, выпрямитель 11, дополнительный транзистор 12, дифференцирующее устройство 13, широтно-импульсный модут лятор 1 с конденсатором 15 генератора пилообразного напряжения и резистором 1б, подключенный к нему узел 17 отрицательный обратной связи, выходные выводы 18, связанные с силовым выпрямителем 19 и вспомогательный выпрямитель 20. В предлагаемой схеме задающий генератор 7 выполнен по схеме Роэра, дифференцирующее устройство 13 представляет собой RC-цепь с двухполупериодным выпрямителем, широтно-импульсный модулятор 14 выполнен в виде операционного усилителя, блок 17 отрицательной обратной связи - в виде операционного усилителя с источни ком опорного напряжения, силовой выпрямитель 19 - в виде обычного выпрямителя на диодах. Стабилизированный преобразователь напряжения работает следующим образом. При подаче постоянного напряжения питания на входные выводы 1 запускается задающий генератор 7. На обмотках его выходного трансформатора 8 образуется переменное напряжение прямоугольной формы, KOTOfDOe через согласующее устройство 9 создает смещающий ток во вторичных обмотках трансформаторов 4 и 5 тока, а через выпрямитель 20 и резистор 16 линейно заряжает конденсатор 15. Обмотки трансформаторов тока включены таким образом, что при этом один из транзисторных ключевых элементов (например, 2) начинает отпираться, а второй в запертом состоянии. В результате начинает протекать ток через транзисторный ключевой элемент 2, первичнуюобмотку силового трансформатора и источник питающего напряжения. Благодаря наличию положительной обратной связи, образованной соответствующим включением токовой обмотки и обмотки, подключенной к база-эмиттерному переходу транзистора происходит лавинообразное включение транзисторного ключесого элемента 2 причем ток, протекающий в базу тран зистора, пропорционален току коллек тора. Это обеспечивает надежную и экономичную работу ключевого элемен та в широком диапазоне токов нагруз ки преобразователя. При смене полярности напряжения на обмотках трансформатора 8 задающего генератора 7 на выходе дифференцирующего устроГ1СТва 1 3 образует ся положительный импульс длительнос 7 тью несколько микросекунд, отпирающий дополнительный транзистор 12. При этом отпирается шунтирующий тра зистор 10 и разряжается конденсатор 15. Транзистор 10 через выпрямитель 11 практически закорачивает вторичныв обмотки трансформаторов тока, что приводит к запиранию транзистор ного ключевого элемента 2. По истечении действия импульса на выходе устройства 13 запираются транзисторы 12 и 10, раскорачиваются вторичные обмотки трансформаторов тока, лавинообразно включается транзисторный ключевой элемент 3- По nep вичной обмотке силового трансформато ра 6 протекает ток от источника питания противоположной полярности. В процессе переключения транзисторных ключевых элементов на выходных зажимах преобразователя 18 образуется постоянное напряжение, которое измеряется блоком 17 отрицательной обратной связи. Результат измерения (усиленная разность между выходным и эталонными напряжениями воздействует на один из входов широтно-импульсного модулятора 14. На втором входе модулятора образуется пилообразное напряжение, фронт нарастания этого напряжения определяется зарядом конденсатора 15 через резистор 16, а фронт спада - разрядом этого конденсатора через дополнительный транзистор 12 в начале каждого полупериода работы задающего генератора 7. При этом на выходе модулятора образуются прямоугольные импульсы с частотой, равной удвоенной частоте работы задающего генератора и длительностью, пропорциональной велич-ине выходного напряжения блока 17 отрицательной обратной связи. На время действия этих импульсов включается шунтирующий транзистор 10, закорачиваются вторичные обмотки трансформаторов тока и оба транзисторные ключевые элементы оказываются в запертом состоянии. Таким образом, в установившемся режиме работы (при стабильном напряжении на выходе преобразователя) форма напряжения на обмотках силового трансформатора имеет вид прямоугольных разнополярных импульсов с частотой, равной частоте работы задающего генератора . В том случае, если выходное напряжение преобразователя изменяется по каким-либо причинам - изменяется выходное напряжение блока отрицательной обратной связи, вызывая изменения длительности импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 1. В конечном итоге это приводит к изменению среднего значения напряжения на обмотках силового трансформатора и восстановлению заданного напряжения на выходных зажимах преобразователя. По сравнению с указанными выше аналогами и прототипом, предлагаемый стабилизированный преобразователь напряжения проще и обладает более высокой надежностью. Объясняется это тем, что он не требует специального устройства пуска, гарантируемая пауза между .включенными состояниями транзисторных ключевых элементов для предотвращения сквозного тока и получение пилообразного напряжения для широтно-импульсного модулятора обеспечивается одними и теми же элементами. Формула изобретения Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий задающий генератор, силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам через транзисторные ключевые элементы, а вторичная обмотка через силовой выпрямитель - к выходным выводам, трансформаторы тока, управляющие транзисторными ключевыми элементами, вторичные обмотки которых через выпрямитель подключены к силовому переходу шунтирующего транзистора, широтно-импульсный модулятор, первый вход которого через узел отрицательной обратной связи соединен

/

с выходными выводами, второй вход с конденсатором генератора пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом шунтирующего транзистора, отличак)щийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения преобразователя, задающий генератор выполнен с применением выходного трансформатора, одна вторичная обмотка которого через согласующие элементы соединена с вторичной обмоткой трансформаторов тока, другая вторичная обмотка через дифференцирующий блок соединена с базой дополнительно введенного

010598

транзистора, эмиттер которого соединен с управляющим входом шунтирующего транзистора, а коллектор - с вторым входом широтно-импульсного 5 модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР «О tf 686129, кл. Н 02 М 3/335, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР ff i 86307, кл. G 05 F 1/56, 1973.

3.Электронная техника в автоматике, М., Советское радио, 1980,,

ts вып. 11, с. 36.