Стабилизированный преобразователь напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 G05F1/64 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны стабилизированные преобразователи, содержащие усилитель, мощности с выходным трансформатором, выпрямителем и фильтром, управляющие переходы которы подключены к узлу управления, выполненного на логических элементах И, счетном триггере, широтно-импульсном модуляторе (ШИМ) и генераторе тактовых импульсов 1, 2 и 3.

Недостатком данных преобразователей является низкая стабильность при резких изменениях входного напряжения питания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизированный преобразователь, содержащий выходной выпрямитель с фильтром, подключенный к трансформатору усилителя мощности, управляющие переходы транзисторов которого подключены к выходам двух логических элементов И, при этом первые входы, послед них подключены к парафазным выходам триггера, счетным входом подключенного к генератору тактовых импульсов, их вторые входы объединены и подключены к выходу узла защить, а третьи объединенные входы подключены к выходу R-S триггера широтно-импульсного модулятора, S-вход которого подключен к выходу упомянутого генератора тактовых импульсов, R-вход - к выходу компаратора, одним из входов подключенным к генератору линейно изменяющегося напряжения, а также опорный и ;точник 4.

Недостатком известного преобразователя также является низкая стабильность выходного напряжения из-за применения обратной связи с выхода выходного фильтра,, так как ошибка выходного напряжения в устройстве будет отработана только в последующих тактах из-за задержки, внесенной постоянной времени фильтра.

Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения преобразователя при резких изменениях напряжения электроснабжения.,

Поставленная цель достигается тем-, что стабилизированный преобразователь напряжения содержащий выходной выпрямитель с фильтром, подключенный к трансформатору усилителя мощности, управляющие переходы транзисторов которого соединены с выходами двух логических элементов И, при этом первые входы последних подключены к парафазным выходам триггера, счетным входом подключенного к генератору тактовых импульсов, их вторые входы объединены и подключены к выходу узла защиты, а третьи объединенные входы подключены к выходу R-S триггера ширЬтноимпульсного модулятора, S-вход которого

подключен к выходу упомянутого генератора тактовых импульсов, а R-вход - к выходу компаратора, одним из входов подключенного к генератору линейно изменяющегося напряжения, а также опорный источник, введены пиковый детектор и управляемый ключ, при этом генератор линейно изменяющегося напряжения выполнен по схеме интегратора с сумматором на входе, первый из входов которого подключен к

выходу опорного источника, другой - к выходу выходного фильтра, третий - к выходу выпрямителя и входу пикового детектора, чётвертбш -- к выходу последнего и выходу управляемого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу триггера.

На фиг. 1 приведена структурная схема стабилизированного преобразователя напряжения; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. ,

0 Преобразователь содержит источник 1 электроснабжения с фильтром 2, выходной выпрямитель 3 с выходным фильтром 4,. под ключенный 1 выходным полуобмоткам 5 и 6 трансформатора 7, первичные полуобмоткй 8 и 9 которого подключены к транзисторам

5 10 и 11 усилителя мощности, при этом управляющие переходы транзисторов через узел 12 согласования подключены к выходам двух логических элементов И 13 и 14, первые входы которых подключены к парафазным выходам счетного триггера 15, счетным входом соединенного с генератором 16 тактовых импульсов, вторые входы элементов И объединены и подключены к выходу узла 17 защиты, а их третьи объединенные входы соединены с выходом R-S триггера 18, S-вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, R-вход к выходу компаратора 19, входом подключенного к выходу интегратора 20 с сумматором 21 на входе, первый вход 22 которого подключен к выходу опорного источника

0 23, второй вход 24 - к выходу выходного фильтра, третий вход 25 - к выходу, выпрямителя и входу пикового детектора 26, четвертый вход 27 - к выходу последнего и выходу управляемого ключа 28, управляющий вход которого подключен к вы ходу R-S триггера 18.

Преобразователь работает следующим образом.

Когда на суммирующий вход 22 интеграQ гора 20 (фиг. 1) поступает эталонное отрицательное постоянное напряжение с источника 23 опорного напряжения, конденсатор

интегратора заряжается по пилообразному закону и на выходе интегратора 20 появляется линейно воз-растающее положительное

5 напряжение (фиг. 36),. которое поступает на неинвертирующий вход компаратора 19, а с его выхода - на R-вход R-S триггера 18.

Последовательность импульсов (фиг. За) с выхода генератора 16 синхроимпульсов поступает на вход счетного триггера 15. Парафазные выходы счетного триггера 15 (фиг. Зе, 3(3) устанавливают разрешающий положительный потенциал на входах схем 13 и 14 И. Синхроимпульс, поступающий на S-вход R-S триггера 18, переводит его в состояние логической единицы (в состояние логического нуля R-S триггер был переведен в предыдущем такте по R-входу. При этом на одном из выходов элементов И 13 или 14, в зависимости от наличия разрещающего положительного потенциала на одной из qxeM 13 или 14 появится положительный потенциал, который без инверсии йррходнт через согласующий узел 12 и открывает, соответствующий из транзисторов 10 или 11 (фиг. 3j, 3u). Появившийся при этом импульс тока через трансформатор 7 при водит к появлению выходного положительного импульса (фиг. 3k) на выходе выпрямителя.

Этот импульс поступает через вход 25 на вход интегратора 20 и заставляет конденсатор интегратора разряжаться, уменьЩая напряжение на выходе интегратора (фиг. 2г). Интегратор сравнивает интегральное значение входного сигнала (площадь S|, входного сигнала на тактовом промежутке) с интегральным значением выходного импульса (площадь 5г выходного импульса на том же тактовом промежутке). Как только напряжение на выходе интегратора 20 достигнет нуля (площади входного и выходного сигналов равны), срабатывает компаратор 19 и по фронту импульса на его выходе переведет (по входу R) вьлход триггера 18 в нулевой потенциал. Этот нулевой потенциал через соответствующую схему И (13 или 14) и согласующий узел 12 выключит соответствующий транзистор 10 или И. При этом, естественно, прекращается и импульс на выходе выпрямителя 3.

Далее конденсатор интегратора 20 вновь начинает заряжаться (фиг. 2г), выходной сигнал интегратора переводит выход компаратора 19 в состояние логической единицы. Процесс переключения схемы в рас сматриваемом такте закончился.

Аналогично происходит работа схемы и в следующем такте, с той лищь разницей, что импульсы управления транзисторами 10 или И проходят через другую схему И. Схема 17 защиты запрещает прохождение импульсов управления на выход элементов И и, соответственно, на базы транзисторов 10 и 11 в случае аварии.

Увеличение стабильности выходного напряжения достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве за счет наличия обратной связи с выхода выпрямителя сигнал рассогласования (или ошибки) отрабатывается в том же такте, когда он возник. Предположим, что напряжение питания стабилизированного преобразователя напряжения изменилось на +Е (фиг. 26). Положим, что напряжение изменилось до прихода тактового импульса, включающего силовые транзисторы. При этом конденсатор интегратора, заряжается от опорного источника (фиг. 2а) и с приходом тактового им0 пульса (фиг. 20) напряжение обратной связи с выхода выпрямителя поступает на суммирующий вход 25 интегратора 20 и разряжает конденсатор. При этом, чем выше напряжение 4-Е,.тем быстрее разрядится конденсатор и быстрее окончится импульс

на выходе преобразователя. При этом интег ратор сравнивает площади входного (S) и выходного ($г) напряжения на тактовом промежутке. Таким образом, ощибка после выпрямителя 3 до фильтра 4 отсутствует.

0 Пусть напряжение изменилось на -ЬЕ.1 в момент, когда на выходе имеется силовой импульс. В этом случае, поскольку интегратор работает непрерывно, напряжение, поступающее на его вход с выхода выпрямителя до фильтра, заставит конденсатор ин5 тегратора быстрее разрядиться, что в свою очередь приведет к полной компенсации оши бки. Таким образом, ошибка на выходе фильтра 4 всегда будет отсутст вовать.

/

Однако использование одной описанной

обратной .связи оказывается недостаточным. При больших длительностях импульса управления происходит скалывание импульса на выходе трансформатора 7 и, естественно, на выходе выпрямителя 3. Это может привести к тому, что импульс на выходе выпрямителя за счет скалывания закончится раньше, чем разрядится до нуля конденсатор интегратора. Т.е. входной сигнал управления не будет отработан выходным импульсом. В этом случае, за счет входного сиг0 нала выход интегратора 20 будет все время находиться в области положительных напряжений, триггер 18 несмотря на наличие на входе тактовых синхроимпульсов перебрасываться не будет, следовательно будет остановлен и процесс переключения выходных

транзисторов 10 и 11. этого не произошло в схему введены пиковый детектор 26 и управляемый ключ 28. Амплитуда сигнала на выходе пикового детектора 26 соответствует максимальной амплитуде на выт. ходе выпрямителя 3 и будет сохранять свою «i величину до окончания импульса на выходе выпрямителя, т.е. до достижения на выходе интегратора 20 нулевого потенциала и срабатывания компаратора 19, выключения триггера 18. Своим спадом импульс с выхода

5 триггера 18 выключает управляемый ключ 28 и сбрасывает выход пикового детектора 26 на ноль. С приходом следующего тактового импульса управляемый ключ 28 размыкается, пиковый детектор 26 подготовлен к работе в следующем такте.

Применение обоих дополнительных обратных связей обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения при резких изменениях напряжения питания или при резкой смене входного управляющего напряжения и обеспечивает надежную работу устройства в широких пределах изменения управляющего сигнала.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕ. ОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содер: жащий выходной выпрямитель с фильтром, подключенный к трансформатору усилителя мощности, управляющие переходы транзис-, торов которого соединены с выходами двух логических элементов И, при этом первые входы последних подключены к парафазным выходам триггера, счетным входом, подключенного к генератору тактовых импульсов, их вторые входы объединены и подключены к выходу узла защиты, а третьи, объединенные входы подключены к выходу триггера широтно-импульсного модулятора, Sвход которого подключен к выходу упомянутого генератора, тактовых импульсов, Rвход - к выходу компаратора, одним из входов подключенного к генератору линейно измен 1ющегося напряжения, а также опорный -источник,, отличающийся тем, что с целью .повыщення стабильности выходного напряжения при резких изменениях напряжения электроснабжения, в него введены пиковый детектор и управляемый ключ, при этом генератор линейно изменяющегося на с: & пряжения выполнен по схеме интегратора с сумматором на входе, первый из входов (Л которого подключен к выходу опорного источника, второй -к выходу выходного фильтра, третий - к выходу выпрямителя и входу пикового детектора, четвертый - к выходу последнего и выходу управляемого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу R-S триггера.

Вымд

Фиг.З

t

t t

t t t

t