Транзисторный преобразователь напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 H02M7/537 

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено во вторичных источниках питания устройств автоматики и вычислительной техники, к которым предъявляются требования повышенной надежности. i Известны аналогичные устройства содержащие транзисторный инвертор, промежуточный усилитель, задающий генератор, узел управления и узел ,защиты. ClJ и 2 . Их недостатки заключаются в недо таточно эффективной защите транзисторов инвертора от перегрузок по току, а также недостаточно высокий КПД в широком интервале изменения н грузок.. . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является транзистор ный преобразователь .напряжения, содержащий соединенные последовательн генератор пилообразного напряжения, подключенный к первому входу блока сравнения, формирователь импульсов, распределитель импульсов управления инвертор, трансформатор, вторичная обмотка которого подсоединена к выводам для подключения нагрузки, датчик выходного напряжения, подключенный к первому входу блока обратной связи, к второму входу которого подсоединен источник: опорного напряжения, а к третьему входу выход усилителя датчика тока, подключенного последовательно с инвертором к входным выводам устройства, причем выход усилителя датчика тока подсоединен к первому входу блока сравнения через RC-фильтр, состо щий из последовательно соединенных двух резисторов, общая точка которых через конденсатор подключена к входному выводу устройства, а выход блока обратной связи - к втором входу блока сравнения и через резистор к точке соединения инвертора и датчика тока . Недостатки известного устройст ва заключаются в низкой надежности устройства вследствие недостаточной устойчивости схемы управления в режиме ограничения тока, а также ни ком КПД в -широком диапазоне изменения нагрузки. Цель изобретения - повышение надежности устройства путем повышения устойчивости схемы управления в режиме ограничения тока. Поставленная цель достигается те что в транзисторный преобразователь напряжения, содержащий соединенные последовательно генератор пилообразного напряжения, подключен ный к первому входу блока сравнения формирователь импульсов, распредели тель импульсов уппвления, инвертор трансформатор, вторичная обмотка которого подсоединена к выводам для подключения нагрузки, датчик выходного напряжения, подключенный к первому входу блока обратной связи, к второму входу которого подсоединен источник опорного напряжения, а к третьему входу - выход усилителя датчика тока, подключенного последовательно с инвертором к входным выводам, причем выход усилителя датчика тока подсоединен к первому входу блока сравнения через первый RC-фильтр, состоящий из последовательно соединенных двух резисторов, общая точка которых через конденсатор подключена к входному выводу,а выход блока обратной связи - к второму входу блока сравнения и через резистор к точке соединения инвертора и датчика тока, между выходом уси- лителя датчика тока и вторым входом блока сравнения введена цепь из последовательно соединенных -первого стабилитрона, эмиттерного повторителя и второго ЕС-фильтра, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, общая точка ко.торых через конденсатор подсоединена к точке, соединения инвертора и датчика тока и. через встречно включенный диод к выдсоду эмиттерного пбвторителя, а также второй стабилитрон, .подключенный параллельно конденсатору первого КС-фильтра На чертеже- представлена электрическая схема устройства. Транзисторный преобразователь напряжения содержит инвертор 1 с трансформатором 2, вторичная обмотка которого подсоединена к выводам для подклк(чения нагрузки 3. Схема управления содержит генератор пилообразного напряжения 4, подключенный к первому входу блока сравнения 5, форлшрователь импульсов 6, распределитель импульсов управления 7, датчик выходного напряжения 8, подключенный к первому входу блока обратной связи 9, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения 10, а к третьему входу выход усилителя 11 датчика тока 12, причем выход усилителя 11 подключен K первому входу блока сравнения 5 через первый RC-фильтр, состоящий из последовательно соединенных двух резисторов 13 и 14, общая точка которых через конденсатор 15 подключена к входному выводу устройства, а выход блока обратной связи 9 к второму входу блока сравнения 5 и через резистор 16 к точке соединения инвертора и датчика тока. Цепь из последовательно соединенных первого стабилитрона 17, эмиттерного повторителя 18 и второго RC-фильтра, состоящего из последов.ательно соединенных двух резисторов 19 и 20, общая точка которых через конденсаtop 21 подсоединена к точке соединения инвертора 1 и датчика тока 12 и через встречно включенный диод 22 к выходу эмиттерного повторителя 18 а также второй стабилитрон 23, подключенный параллельно конденсатору первого КС-фильтра. Устройство работает следующим образом. Длительность открытого состояния силовых транзисторов инвертора 1 определяется длительностью выходных импульсов блока сравнения 5, которая, в свою очередь, определяется моментом равенства мгновенного значения выходного напряжения блока 3, представляющего собой линейно пгщающее напряжение, и приведенной алгебраической суммы входных напряжений блока сравнения 5. Слагаемыми этой сумма :являются. выходное напряжение первого КС-фильтра, напряжение источника смещевыходное напряжение второго КС-Фильтра и выходное напряжение блока обратной связи 9. Коэффициент усиления усилителя 1 величина Е и напряжения стабилитро нов 23 и 17,выбраны так, что при но минальных значениях нагрузки 3 стаб литрон 17 закрыт, а напряжения стабилитрона 23 и источника Ej компенсируются. Таким Образом, длительность импульсов определяется выходным сигналом блоков 9. Если, например, переклк чатель рода работы блока 9 установлен в положение, соответству1гщее режиму стабилизатора напряжения или тока, то блок 9 формирует сигнал рассогласования между опорным напряжением 10 и стабилизируемым параметром. Если в процессе работы устройства сопротивление нагрузки 3 уменьшится до величины, при которой ток транзистора инвертора 1 возрастает до величины допустимого значения, открывается стабилитрон 17, на вход блока сравнения 5 через фильтр 19, 20 и 21 поступает сигнал, вызывающий уменьшение длительности открытого состояния транзисторов инвертора 1.При дальнейшем возрастании тока нагрузк открывается диод 22, выходное напря жение эмиттерного повторителя передается на вход блока сравнения 5, минуя резистор 19, коэффициент пере дачи цепи 12-11-18-5 возрастает, длительность проводящего состояния транзисторов инвертора 1 резко умен шается. Благодаря наличию цепи 17-18-1920-21 при токах в транзисторах инвертора 1, превышающих пороговое значение, время задержки цепи перед чи сигнала датчика тока к блоку сра ения зависит от полярности этого игнала. При положительной полярноси , соответствующей нарастанию тока ранзисторов, время задержки t опрееляется произведением величины коненсатора 21 на сумму поямого сопютивления диода 22 и выходного сопроивления эмиттерного повторителя 16. При отрицательной полярности, оответствунвдей убыванию тока, это ремя t определяется постоянной вреени фильтра 19, 20 и 21. Если выполяется условие LK. А.ОП.ИМП -Ь К.АОП.И1АЛ предельно допустимое значение импульса тока транзистора инвертора 2, Е - напряжение питания устройства;L - индуктивность цепи нагрузки, ок транзисторов инвертора 1 не превысит допустимого значения даже при оротком замыкании активной состав- яющей сопротивления нагрузки. Теоретический анализ показал, а экспериментальное исследование устройства подтвердило, что при малой постоянной времени цепи передачи сигнаа датчика тока к блоку сравнения в сочетании с высоким коэффициентом передачи линейная система теряет устойчивость. Сохранение устойчивости с беспечивается введением нелинейности, при которой выполнено условие t, , практически 7-12tj,. Такая нелинейная коррекция реализуется в данном устройстве без изменения конфигурации его схемы путем выбора величины резисторов 19, 20 и конденсатора 21. При уменьшении тока нагрузки, например, в режиме холостого хода резко возрастает степень насьлцения тран3ИСТОРОВ инвертора 1 и, как следствие, возрастает время рассасывания их избыточного заряда. Это процесс может вызвать появление сквозных токов в транзисторах инвертора 1, амплитуда которых может превысить допустимое значение. В данном устройстве при уменьшении тока нагрузки напряжение на стабилитроне 23 падает , что приводит к возрастанию отрицательного потенциала первого входа блока сравнения 5 за счет источника Eg. Это приводит к уменьшению длительности импульсов управления транзисторами инвертора 1 и уменьшению вероятности появления сквозных токов. Если из-за высокой степени насыщения транзисторов инвертора 1 сквозные токи присутствуют даже при уменьшенной длительности управляющих импульсов, эти токи по цепи 12-11-17-18-22 вызовут заряд конденсатора 21 второго RC-фильтра и.дополнительное уменьшение длительности управляющих им- пульсов вплоть до полного устранения сквозных токов или ограничения их эффективного значения на безопасном уровне.

Таким образом, предлагаемое устройство может надежно работать в широком диапазоне сопротивления нагрузки. В режиме короткого замыкания устройство позволяет ограничивать постоянную составлявшую и импульсный ток транзисторов инвертора на допустимом уровне, обеспечивая защиту устройства от аварийных режимов. Это достигается наличием цепи передачи сигнала датчика тока 18, состоящей из усилителя 11,, стабилитрона 17, эмиттерного повторителя 18, НС-фильтра 19, 20, 21, и включением диода 22 между выходом эмиттерного повторителя и общей точкой резисторов 19 и 20 RC-фильтра. Эта цепь обеспечивает высокую устойчивость схемы управления в режиме ограничения тока.

В режиме холостого хода устройство переходит в режим экономического управления транзисторами инвертора путем уменьшения длительности управляющих импульсов за счет совместного действия описанной цепи и цепи, передающей сигнал датчика тока 18 через усилитель 11 на первый НС-фильтр. 13,14,15, конденсатор 15 которого зашунтирован стабилитроном 23, Дополнительно совместное дейстрие перечисленных цепей ограничивает или устраняет полностью сквозные токи транзисторов инвертора, что также повышает надежность и, КПД устройства в широ-ком интервале изменения нагрузки.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий соединенные последовательно Генератор пилообразного напряжения, подключенный к первому входу блока сравнения, формирователь импульсов, распределитель импульсов управления, инвертор, трансформатор, вторичная обмотка которого подсоединена к выводам для подключения нагрузки, датчик выходного напряжения, подключенный к первому входу блока обратной связи, к второму входу которого подсоединен источник опорного напряжения, а к третьему входу-выход усилителя датчика тока, подключенного последова тельно с инвертором к входным выводам, причем выход усилителя датчика тока подсоединен к первому входу блока сравнения через первый НС-фильтр, состоящий из последовательно соединенных двух резисторов, обшая точка которых через конденсатор подключена к входному выводу, а выход блока обратной связи - к второму входу блока сравнения, и через резисто к точке соединения инвертора и датчика тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем повышения устойчивости схемы управления в режиме ограничения тока, между выходом усилителя I датчика тока и вторым входом блока сравнения введена цепь из последовательно соединенных первого стабилитрона, змиттерного повторителя и второго КС-фильтра, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, общая точка которых через конденсатор подсоединена к точке соединения инвертора и датчика тока и через встречно включенный in диод к выходу эмиттерного повтори05 35 теля, а также второй стабилитрон, подключенный паргшлельно конденсатору первого КС-фильтра. сл