Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.

Известны двухтактные преобразователи г в которых им«отся устройства для симметрирования длительности полупериодов (тактов).

Известен, Нсшример, двухтактный инвертор, содержгидай в качестве датчика несимметрии магнитодиод, помещенный в зазор магнитопровода выходного трансформатора. Сигнал с магнитодиода через ннтегрируюгоую и усилительную цепь подается- на мультивибратор, для корректировки длительности одного из тактов til . .Известен транзисторный конвертор, содержащий устройство симметрдарования, состоящее из двух транзистор.ных .ключей, преобразу1эщих разность длительности тактов ia разность пос.тоянных напряжений на двух конденсаторах с последующим преобразованием указанной разности с помощью дифференциального усилителя в напряжение, воздействующее на задающий генера-тор- f2j.

Недостаток указанных устройств состоит в том, что симметрирование

длительности тактов (полупериодов) осуществляется в установившемся режиме, и- не осуществляется на этапь переходного процесса при включении ;преобразователя. Происходит это потому, .что при преобразовании разности длительности тактов в разность постоянных напряжений используются интегрирующие цепи. При вкггочении пре10образователей в течение нескольких тактов,.пока напряжение на конденсаторах не установится, возможно saмагничивание магнитопровЬдов выходных трансформаторов и перегрузки

15 транзисторов пре ялватепя.Надежность работы таких преобразователей невыссгка. .

;Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является

20 стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в.прстЬянное, содержащий сравнивающий выходы которого соединены с ; сточни сом oпop ного напряжения и с выходными выво25дами преобразователя, широтно-импульсный модулятор, входы которого связаны с выходом сравнивающего блрка, .с.задающим генератором н с вторичной обмоткой симметрирующего

30 трансформатора.тока, первичная обмотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, средняя точка которых соединена с одним из входных выводов преобразователя, выходы широтно импулъсного модулятора соединены с управляющими входами усилителя мощности, выполненного по двухтактной схеме на коммутирующих транзисторах .и выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямительные диоды и сглаживающий фильтр соединена с выходными вывода ми преобразователя, при этом объеди ненные .вывода кcsviMyтирующих транзисторов усилителя мощности соедине ны с .другим входным выводом преобра зователя, первичная обмотка симметрирующего трансформатора тока включена в разрыв мехузу первичными обмотками выходного трансформатора, а крайниевыводы вторичной обмотки симметрирующего трансформатора тока соединены с анодами диодов, первый и второй резисто Ж1 и конденсатор t З. Недостатком данного устройства является то, что нагрузкой каждого из упомянутых выпрямителей является резистор, шунтированный конденсатором. Напряжение на каждом из конден саторов.пропорционально длительност соответствующего такта (четного или нечетного). Размах и полярность напряжения между несоединенными выводами этих двух конденсаторов зави сят от разности длительностей тактов. .К двум входам .двухтактого;.-широтно-импульсного модулятораэто напряжение подводится таким образом что увеличению напряжения на одном из .входов модулятора соответствует уменьшение напряжения на другом, Сле дователЬно, при включении этого прео разователя длительность первого полупериода соответствует нулевой разности напряжений на несоединенных выводах конденсаторов симметрирующего устройства,но к началу второго полу периода эта разность уже не равна нулю следовательно,длительность второго по лупериода должна быть больше, чем длительность первого с тем, чтобы скомпенсировать разность напряжений на конденсаторах. Так как длительность второго.полупериода больше первого, то разность напряжений на конденсаторах .к .концу второго.полупериода будет соответствовать увеличению дли тельности третьего.полупериода по сравнению с длительностью второго. Таким образом, установлению виходного напряжения преобразователя будут соответствовать максимально возможные длительности полупериодов. И лишь тогда, когда разность напряжений на конденсаторах станет больше, чем изменение напряжения на каждом из них в течение полупериода (так та), станет осуществляться симметрирование . Т,е, напряжение, осуществляющее коррекцию длительности полупериодов , формируется интегрирующей цепью, поэтому в течение переходного процесса при включении преобразователя возможен асимметричный режим работы, токовые перегрузки кс лмутирующих транзисторов и, как следствие, снижение надежности работы. Следует заметить , что асимметричный режим может возникнуть и при скачкообразном увеличении тока нагрузки. Все это приводит к пониженной надежности преобразователя. Целью изобретения является повышение надежности стабилизированного |Преобразователя постоянного напряжения в постоянное за счет исключения перегрузки кся 1мутирующих транзисторов , вызываемой асимметричным режиг мом работы. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем сравнивающий блок,ВХОДЫ которого соединены с источником опорного напряжения и с выходными выводами преобразователя, широтно-импульсный модулятор, выходы, которого связаны с выходом сравнивающего блока, с задающим генератором и с вторичной обмоткой симметрирующего трансформатора тока, первичная обмотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, средняя точка которых соединена с одним из входных выводов преобразователя, выходы шит ротно-импульсного модулятора соединены с управляющими входами усилителя мощности, выполненного по двухтактной схеме на коммутирующих транзисторах и выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямительные диода и сглаживающий фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, при этом объединенные -ВЫВОДЫ транзисторов .усилителя мсадности соединены с другим входным выводом преобразователя, первичная обмотка симметрирующего трансформатора тока включена в разрыв между первичными обмотками выходного трансформатора, а крайние выводы вторичной обмотки симметрирующего трансформаторра тока соединены с анодами диодов, первый и второй резисторы и конденсатор, катоды упомянутых диодов соеди.нены между собой и подключены к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соед 1инен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с средней точкой вторичной обмотки симметрирующего . трансформатора тока,при этом выводыч второго резистора соединены с соответ ствующими входами широтно-импульсного

модулятора, а первый резистор шунтирован упомянутым конденсатором.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжения

Устройство содержит сравнивающий блок 1, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, два других соединены с выходными выводами преобразователя, а выход соединен с одним из входов широтно-импульсного модулятора 2, который другим входом соединен с выходом Вещающего генератора. 3, двухтактный усилитель мощности, выполненный на коммутирующих транзисторах 4 и 5, управляющими входами соединенный с выходами широтно-импульсного мoдi лятopa 2 и минусовым входным выводом. Выход усилителя мощности нагружен на выходной трансформатор б, выводы вторичной обмотки которого соединены с анодами диодов 7 и 8, катоды которых соединены с фильтром, образованным дросселем 9, конденсатором 10. Выход фильтра соединен с выходными выводами преобразователя Первичная обмотка выходного трансформатора 6 выполнена в виде двух полуoftvioTOK, в разрыв которых включена Первичная обмотка симметрирующего трансформатора 11 тока. Средняя точка первичной обмотки симметрирующего трансформатора тока соединена с плюсовым входным выводом. Вторичная обмотка симметрирующего трансформатора тока крайними выводами соединена с анодамм диодов 12 и 13, мехаду объединенными катодами которых и средней точкой вторичной оОмоткк включен делитель напряжения, образованный резисторами 14 и 15 и конденсатором 16 При этом выводы резистора 15 соединены с соответствующими входами широтно-импульсного модулятора 2.

На фиг.2 представлены следующие напряжения, действующие в устройстве (форма тока через транзисторы 4 и 5(а); напряжение на резисторе 15(5); ТОК;- через транзисто1жл 4 и 5 (в); напряжение на резисторе 15 в переходном режиме (г); напряжение на -крайних выводах вторичной обмотки трансформатора 11 относительно среднего вывода (а); напряжение на . при разомкнутой цепи симметрирования (е) .

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Задакядий генератор 3 формирует последовательность импульсов с периоде следования Т. Двухтактный широт НС-импульсный модулятор 2 производит изменение (модуляцию) длительности импульсов в соответствии с сигналом обратной связи, формируемым сравнивающим блоком 1. Кроме того, широтно-импульсный модулятор осуществляет распределение (разделение) импульсов

на две последовательности, обеспечнвая этим двухтактный режим работы усилителя мощности. Поочередно.включаемые широтно-импульсным модулятором коммутирующие транзисторы 4 и 5 посредством обмотки трансформатора 6 осуществляют двунаправленное перемагничивание сердечника трансформатора . Напряжение на каждой из полдвин первичной обмотки трансформатора б имеет форму двуполярных прямоугольных импульсов с амплитудой, равной входному напряжению преобразователя, периодом 2Т и длительностью -tbKA . Это напряжение трансформируетоя во вторичную обмотку, выпрямляется, сглажиываетс я и подводится к выходным выводам преобразователя.

Импульсы коллекторного тока коммутирующих транзисторов 4 и 5 в течение нечетных и четных тактов при отключение симметрирующем узле, напрмер при отключенных от ииротно-им-. пульсного модулятора доводах резистора 15, имеют вид, показанный на эпюре а на фиг. 2. Тот из импульсов., длительность которого больше, имеет большую амплитуду и характерный выброс перед окончанием. Такая форИа свидетельствует о наличии асиммет ричного режима намагничивания сердечника.

Рассмотрим процесс симметрирования преобразователя.

При токах через транзисторы 4 и 5,

имеющих форму, показанную на эпюре а, напряжение на крайних вь1водах вторичной обмотки трансформатора 11 относительно среднего вывода имеет форму, показанную на эпюре Э, а напряжение на резисторе 15 имеет форму, показанную .на эпюре б. Это напряхсение, воздействуя на широтно-импульсиый модулятор, обеспечивает уменьшение длительности импульса в текущем такте, причем степень укорочения длительности импульса тем больше, чем больше амплитуда положительного нап ряжения,снимаемого с резистора 15, В результате длительность и амплитуда импульсов тока через транзисторы 4 и 5 полуобмотки трнсформатора б выравниваются и режим перемагничивания сердечника трансформатора 6 становится симметричным. Установившаяся разность токов через транзивторы 4 и 5 зависит

:от чувствительности широтно-импульсного модулятора по тому; входу, на К6ТО1МЛЙ подается симметрирукмдее напряжение с резистора 15.

Симметрирование осуществляется

не только на этапе установившегося режима, но и на этапе переходного процесса при включении предлагаемого преобразователя.Форма напряжения на резисторе 15

и форма тока через транзистоюы 4 и,-5

У силителя мощности на этапе переходHoi o режима представлены, соответственно на эпюрах 2. и. Эпюра ; f показывает, что токи через коммутирукщие транзисторы 4 и 5 плавно увеличиваются по амплитуде и длительности в течение 5-10 периодов следования импульсов задающего генератора. Плавно нарастание длительности и амплитуды упомянутых токов исключает асимметричный режим работы выходного трансформатора б и, как следствие, токовые перегрузки коммутирующих транзисторов 4 и 5.

; Таким образом, благодаря тому, чт сигнал об асиьЬхетричЦом режиме формируется безынерционно, а именно снимается с резистора, не хоунхиров нного конденсатором, преобразователь обладает преимуыествсм, состоящим в увеличении надежности работы за счет исключения асимметричногорежима работы преобразователя, возникающего при резких изменениях тока нагрузки, la также при включении преобразователя.

Формула изобретения

Ьтабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий сравнивающий блок, входы которого соединены с источником опорного напряжения и с выходными выводами преобразователя, 1аиротно-импульсный модулятор, входы которого связамы с выходом сравнивающего блока, с Задающим генератором и с вторичной бмоткой симметрирующего трансформахора тока, первичная обмотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, средняя точка которых соединена с рдйим из входных выводов преобразова

теля, выходы широтно-импульсного модулятора соединены с управлшэщими входами усилителя мощности, выполненного по двухтактной схеме на коммутирующих транзисторах и выходном транс.форматоре, вторичная обмотка которого через выпрямительные диоды и сгла живающий фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, при этом объединенные выводы коммутирующих транзисторов усилителя мощности соединены с другим входным выводом преобразователя, первичная симметрирующего трансформатора тока включена в разрыв между первичными обмотками выходного трансформатора, а крайние выводы вторичной обмотки симметрирующего трансформатора тока соединены с анодами диодов, первый и второй резисторы и конденсатор, о тличающийся тем, что, с цель повышения надежности преобразователя путем устранения асимметричности работы транзисторов, катоды упомянутых диодов соединены между собой и подключены к перв.сму выведу первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводсял второго резистора, второй вывод которого соединен с средней точкой вторичной обмотки симметрирующего трансформатора , при этом выводы второго резистора ссхздинены с соответствующими входами широтно-импульсного модулятора, а первый резистор шунтирован упомянутым конденсатором.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 551872, кл. Н 02 Н 3/335, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР №549867, .кл. Н 02 М 3/335, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР №660167, кл. Н 02 М 3/335, 1977.