Двухканальный преобразователь напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания при необходимости получения двух стабилизированных напряжений.

Известен импульсный стабилизатор разнополярных напряжений компенсационного типа, содержащий транзисторный регулятор, датчик опорного напряжения, устройство обратной связи, узел управления, формирующую цепи из трех коммутирующих диодов, два накопительных дросселя, два конденсатора фильтров fl.

Известен стабилизированный ключевой блок питания, обеспечивающий получение двух выходных напряжений, содержащий источник входного напряжения последовательный и параллельный регулирующие элементы, формирующие цепи из двух коммутирующих диодов, два накопительных дросселя, накопительный конденсатор, два конденсатора фильтра С2.

Известен также импульсный стабилизированный конвертор напряжения с двумя выходами, содержащий питающий источник, транзисторный ключ, накопительный дроссель, три KONwyтлрующих диода, три конденсатора, управляющий блок Сз J.

Недостатком этих устройств является невозможность получения выходных напряжений выше напряжения на входных выводах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухканальный преобразователь напряжения, содержащий подключенные к входным выводам, последовательно соединенные управляеь«лй ключ, накопительный дроссель и первый конденсатор, при этом точка соединения последних образует выходной «ывод первого канала, второй вывод конденсатора образует общий вывод преобразователя, который через второй конденсатор подключен к выходному выводу второго канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и дросселя, а также узел управления, соединенный первым входом с выходным выво-ч дом С43.

Недостатком данного устройства является то, что для обеих нагрузок стабилизатор является питающим, т.е. напряжение на выходе каналов не может быть выше напр яжения на входных выводах.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный преобразователь напряжения, содержащий

подключенные к входным выводам последовательно соединенные первый управляемый ключ, накопительный дросель и первый конденсатор, при этом их точка соединения образует выходной вывод первого канала, второй вывод конденсатора образует общий вывод преобразователя, который через второй конденсатор подключен к выходному выводу второго канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и накопительного дросселя, а также узел управления, соединенный первым входом с входным выводом, а первым выходом - с управляющим входом ключа, введены второй и третий управляемые ключи, при этом вывод накопительного дросселя подключен к выходному выводу первого канала через второй управляемый ключ,.а к общему выводу - через третий управляемый ключ, управляющие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами узла управления, вторым входом подключенного к выходному выводу второго канала. Причем регулирование выходных напряжений осуществляется изменением длительности включенного состояния соответствующих управляемых ключей.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 вариант исполнения узла управления; на фиг. 3 - графическая зависимость поясняющая принцип работы устройств

Двухканальный преобразователь напряжения содержит первый управляемый ключ 1, соединенный последовательно с накопительным дросселем 2 и через второй управляемый ключ 3-е выходным выводом первого канала 4 и конденсатором 5, второй вывод которого образует общий вывод преобразователя б, подключенный через конденсатор 7 к выходному выводу второго канала В, который чере диод 9 соединен с точкой соединения первого ключа и дросселя, при этом- второй вывод последнего через третий управляемый ключ 10 соединен с общим выводом преобразователя. Управляющие входы ключей подключены к выходам узла 11 управления, один из выходов которого связан с входным вывЪдом преобразователя 12, а другой - с выходные выводом второго канала.

Узел 11 управления (фиг. 2) содержит два аналоговых делителя 13 и 14 напряжения, входы которых соединены с клеммами ВходА и Вход в, а также с источником опорного йапряжения Lom 15, а выходы через аналоговый умножитель 16 напржений и сумматор 17 подключены к входам генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения, подсоединенных своими выходами к компаратору 20, выходной сигнал которого посту пает на входы генераторов пилообразного напряжения, триггеров 21 и 22 и интегратора 23.1. В свою очередь, на вход интегратора 23 .1 также поступают сигналы с выхода аналогового делителя 14 и интегратора 23.2, а -выход интегратора 23. и входная клемма источника опорног напряжения и, 24 подключены к входс1м компаратора 25, выход которого подключен к входам триггеров 22 и 26, на выходах которого, а также на выходе триггера 21 формируются управляквдие импульсы, которые через схемы ИЛИ 27 и 28 поступают на регулирующие ключи. Кроме того, узел управления содержит син хронизатор 29, выходы которого под ключены к входам генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения интегратора 23.2 и триггеров 21 и 26 Двухкансшьный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом. При открытых управляемых ключах 1 и 10, закрытом ключе 3 происходи заряд дросселя 2, а выходные напря жения равны соответственно .выходны напряжениям конденсаторов 5 и 7 (режим I). При открытых ключах 1 и 3, закрытом ключе 10 напряжение на выходе 4 равно сумме напряжений на.входе и на дросселе 2, а напряжение на выходе 8 равно напряжению .конденсатора фильтра 7 (режим II К При открытом ключе 10 и закрытых ключах 1 и 3 напряжение на выходе 4 равно напряжению конденсатора фильтра 5, а напряжение на выходе определяетсятоком дросселя 2 (режим IIIJ.. Предположим, что период работы Т преобразователя состоит из трех инте валов . На первом интервале конвертор работает в режиме I, на втором в режиме II, на третьем - в режиме III. Для рассмотрения процесса стаби лизации выходных напряжений на пер вом выходе 4 (U-i) и на втором выходе 8 ( 2) при воздействии на входе напряжения У с учетом того факт что преобразователь является устрой ством, выходная мощность которого выше 20 Вт , записуют уравнение, связывающее средние значения напряжения и. , и -, и за период ,Т . где с}, , Яз относительные длительности первого, второго, третьего интервёшов работы преобразователя, удовлетворяющие следующему условию зВведем обозначения К, U,/U К 2 и / и Тогда из уравнения Tl получают .п( , U, n(V.2)- 2NV2 ,,. откуда следует условие 4.3 ft2 , Исходя из приведенных равенстэ уравнение, связывающее безразмерные величины .К , К , ({у имеет вид (, реализация которого в узле 11 soipaBления с учетом равенства Чз -1Ч1 и ij, н- 1 - 1 позволяет проводить стабилизацию выходных напряжений на двух выходах. Это связано с тем, что левую и правую часть выражения (4 I можно рассматривать как две линейные функции Л((,К,„( K) 5 2 Нз г -1 точка пересечения которых определяет величину « исходя из которой, вычисляются величины и q,.. На фиг. 3 приведены графические изображения линейных функций:(прямая а ) и 2 (прямая б), для которых тангенс угла наклона к оси О, i/Т равен соответственно Ку (i и -к,. Предположим, что задано эталонное напряжение на первом 4 выходе (если задано эталонное напряжение на втором 8 выходе 1/20 / то необходимо определять 2- г п уравнение (4 ) имеет вид 1-2(2 -тЧ2 что приводит к упрощению узла 111 управления,вход которого уже подключен параллельно не к второму конденсатору фильтра 7, а к первому конденсатору фильтра 5. При повышении входного напряжения выше номинальной величины величина К уменьшается, что приводит к уменьшению наклона прямой а и, следовательно, величина (J, увеличивается, а с уменьшается, т.е. длительность первого интервала работы преобразователя уменьшается. Таким образом, уменьшается энергия, накапливаемая в дросселе 2 на первом интервале, и уменьшаются выходные напряжения U и U к номинальным величинам. При понИж ении входного напряжения ниже номинальной величины величина К увеличивается, что приводит к увеличению наклона прямой а и, следовательно, величина q, уменьшается, а с{, увеличивается, т.е.

длительность первого интервала paботы стабилизированного конвертора увеличивается. Таким образом увеличивается энергия, накапливаемая в дросселе 2 на первом интервале , и увеличиваются выходные напряжения U и Ujjp к номинальйым величинам.

При повышении входного напряжения U выше номинальной величины величина К уменьшается, что приводит к уменьшению наклона прямых а и б и, следовательно, величина с{,2 увеличивается, а уменьшается т.е. длительность первого интервала работы стабилизированного конвертора умень шается. Таким образом, уменьшается энергия, накапливаемая в дросселе .2 на первом интервале, и уменьшается выходное напряжение 2 к нсхинальной величине.

При понижении входного напряжения и ниже номинальной величины величина К увеличивается, что приводит к увеличению наклона прямых а и б и, следовательно, величина уменьшается, а увеличивается, т.е. длительность первого интервала работы преобразователя увеличивается. Таким образом увеличивается энергия, накапливаемая в дросселе 2 на первом интервале, увеличивается выходное напряжение к номинальной величине.

Для выполнения узлом 11 управления указанных функций он должен, во-первых, вырабатывать величины К и К,2 , во-вторых, вырабатывать два синхронизированных пилообразных нгшряжения, одно из которых является линейно Нарастающим, второе линейно спадающим, момент равенства которых и определяет величину «j, в-третьих, по величинам К и строить величины Яз и q, , в-четвертых, на основании величин ,, с / q,j вырабатывать импульсы управления на управляюий1х выводах регулирующих эл лентов 1, 3, 10.

Принцип работы узла управления заключается в следующем. При подключении напряжений U.f| и U- соответственно к входам Аи В на выходе аналоговых делителей 13 и 14 напряжения получают сигналы, пропорциональные коэффициентам К2 и К , так как к второму входу аналогового делителя 14 подключен.источник опорного напряжения 15, выходное напряжение которого равно эталонному напряжению первого выхода Выходной сигнал с аналогового делителя 14 напряжения поступает на генератор 19 пилообразного напряжения, интегратор 23.1 и на аналоговый умножитель 16 напряжения, на второй вход которого поступает сигнал с аналогового делителя 13 напряжения. Таким образом, на выходе аналогового умножителя 16 напряже,ния формируется сигнал, пропорциональ ныйtfpoизведению коэффициентов К и Kj , который, в свою очередь, вместе с выходным сигналом аналогового делителя 13 напряжения поступает на вход сумматора 17, что позволяет на вход генератора 18.-пилообразного напряжения подать сигнал,

пропорциональН14Й К2(К 1 I.

Синхронизатор 29 вырабатывает пульсную последовательность с периодом повторения Т, которая поступает на входы генераторов 18

и 19 пилообразного напряжения триггеров 21 и 26, интегратора 23.2 и позволяет синхронизировать работу узла 11 управления. При поступлении синхроимпульсов на входы генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения эти генераторы вырабатывают соответственно линейно нарастающее и линейно спадающее напряжения, которые поступают на компаратор 20.

При сравнении двух пилообразных напряжений срабатывает компаратор 20, сигнал которого устанавливает генераторы 18 и 19 пилообразного напряжения в начальное состояние и перебрасывает триггеры 21 и 22

в состояние, противоположное тому, которое было установлено синхроимпульсом,, что позволйет сформировать на выходе триггера 21 импульс, приведенная длительность которого

равна

Интегратор 23.2 формирует напряжение, начиная с некоторого значения, пропорциональное временному интервалу q,. Это напряжение подается на вход интегратора 23.1,

который интегрирует с отрицательным наклоном от напряжения, равного выходному напряжению интегратора 23.1, с изменяющимся наклоном, пропорциональныМ К:. В случае равенства выходного напряжения интегратора 23.1 и выходного напряжения опорного источника 00„2 24, величина которого равна начальному напряжению на входе интегратора 23.2

выходной сигнал компаратора поступает на триггеры 22 и 26, что позволяет формировать на их выходе импульсы, приведенная длительность которых равна q-j и q,.

Импульсы с выходов триггеров 21, 22, 26 поступают на схемы ИЛИ 27 и 28 и на выходах А, В, С формируются импульсы управления, которые подг1Ются на управляющие выводы ключей 1, 3, 10.

Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения с двумя выходами целесообразно использовать для электропитания устройств радиоэлектронной аппаратуры и электронной

1 мерительной техники, где необходимо получение двух разнополярных выходных напряжений, абсолютные величины которых могут быть ка1с выше так и ниже входного напряже ния.

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий подклю ченные к входным выводам последова тельно соединенные первый управл:яе мый ключ, накопительный дроссель и первый конденсатор, при этом их точка соединения образует выходной вывод первого канала, второй вывод конденсатора образует общий вывод преобразователя, который через второй конденсатор подключен к выходному выводу втЬрого канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и накопительного дросселя, а также узел управления, соединенный первым Ёходом с входным выводом, а первым . выходом - с управляющим входом ключа, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, Е него введены второй и третий управляемые ключи, при этом вывод накопительного дросселя подключен к выходному выводу первого кангша через второй управляемый ключ, а к общему выводу - через третий управляемый ключ, управлякнцие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами узла управления, вторым-входом подключенного к выходному выводу второго канала.