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

со

00

Изобретение о,тносится к преобрс13овательной технике и предназначено для использования в качестве источника вторичного электропитания.

Известен транзисторный инвертор с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, содержащий задающий генератор, усилитель мощное ти с выходным трансформатором и силовыми транзисторами, вьтрямитель ,. фильтр; широтно-импульсный модулятор (ШИМ), усилитель обратной связи, датчик магнитного состояния сердечника йыходного трансформатора.

Известное устройство позволяет повысить надежность работы за счет вольт-секундного выравнивания токов, проте{сающих через силовые транзис- торы l .

Недостатками известного устройства являются низкие стабилизирующие свойства и склонность к самовозбуждению при импульсной нагрузке, что обусловлено импульсным характером регулирования подмагничивания выходного трансформатора. Действительно. на усилитель обратной связи, выходное напряжение которого определяет , требуемую ширину управляющих импульсов силовых транзисторов, кроме сигнала, пропорционального отклонению выходного напряжения от зара.нее заданного, воздействует еще одно импульсное Напряжение, пропорциональное разбалансу токов„Воздействие этого напряжения и ухудздцает стабилизацию . выходного напряжения. Для: обеспечения одновременной стабилизации выходного напряжения и си 1 ;етри|эования . токов, силовых транзисторов необходимо,.чтобы усилитель обратной свйзи имел высокое быстродействие, т.е. широкую полосу усиливаемых частот (полрсу пропускания), так как напряжение на его выходе должно нЭменяться с частотой преобразования. Коэффициент усиления усилителя обратной., связи определяет коэффициент стабилизации выходного напряжения, поскольку усилитель обратной связи является усилителем ошибки сравнения опорного и выходного напряжения. При значительных величинах коэффициента усиления и полосы пропускания не исключена возможность самовозбулсдения устройства, для устранения которого уменьшают, коэф-; фициент усиления сумма.тора, что приводит к снижению коэффициента стабилизации выходного напрйжения Склонность к самовозбуждению резко возрастает при импульсном характере нагрузки, особенно в случаях, когда частота преобразования кратна частоте импульсной нагрузки, так как у.силитель обратной связи одновременно осуществляет регулирование по цвум дестабилизир5тоашм факторам

I выходному напряжению и насыщению сердечника выходного трансформс1тора).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизатор напряжения,содержащий задающий генератор, подключенный к первым входам двух широтно-импульных модуляторов, выходы которых подключены к управляющим входам силовых транзисторов двухтактного усилителя мощности через схемы совпадения, вторые входы которых по.цключены к выходам счетного триггера, причем вторые входы широтноимпульсных модуляторов подключены к делителю напряжения на резисторах регулятора напряжения с датчиком разбаланса токов силовых транзисторов с блоком вольт-секундного выравнизания 2j .

Недостатком такого стабилизатора постоянного напряжения является низкая надежность его работы, обусловленная сбоями триггера управляющего блока, что приводит к нарушени режима вольт-секундного выравнивания токов, протекающих через переключающие .транзисторы силового блока Это проявляется в том, что сит-нал разрешения с триггера поступает на ту схем:/ совпадения и, следователь но включает тот переключающий транзистор, который в этот момент времени должен быть закрыт. Нарушение режима вольт-секундного выравнивания может привести к резкому возрастанию токов через переключающие транзисторы и выходу последних из строя,, что снижает надежность работы известного устройства. Особенно этот недостаток проявляется в преобразователях большой Soщнocти, где уровень помех значителен.

Цель изобретения - повышение надежности работы за счет амплитуднвременной селекции управляющих импульсов,

Поставленная цель.достигается тем, что. в стабилизирукшдий преобразователв напряжеэния, содержащий задающий генератор, подключенный к первым входам двух .шиpoтнo-иrvmyльcных модуляторов,, выход кахедого из которых подклЪчен к управляющем;/ входу соответствующего си.пового транзистора двухтактного усилит(2ля мощности е выходным трансформатором и выходным внпpя :итёлeм с фильтром причем выход последнего через усилитель обратной связи подключен к второму входу первого широтно-импульсного модулятора, к датчик разбаланса токов СИЛОВН.Х транзисторов, введен инвертирунлций сум1иатор, Первый вход которого соединен с выходом усилителя обратноя связи. второй - с выходом датчика.разбалан са токов, а выход - с вторым входом второго широтно-импульсного модулятора. На фиг. 1 показана, функциональна схема стабилизирующего преобразователя напряжения; на фиг. 2 - времен ные диаграммы. Устройство содержит задающий генератор 1 напряжения треугольной формы, усилитель обратной связи 2, инвертирующий сумматор 3 ШИМ 4 и 5 силовой блок б, состоящий из силовых транзисторов 7 и 8 и выходного трансформатора 9, выпрямитель 10, фильтр 11 и датчик 12 разбаланса токов, имеющий в своем составе выпрямители-фильтры 13 и 14, дифферен циальный усилитель 15 и токосъемные резисторы 16 и 17. Задающий генератор 1 напряжения треугольной формы предназначен для формирования двупалярного напряжени треугольной формы. Выход генератора Iсоединен с первыми входами ШИМ 4 и 5, выходы которых раздельно под ключены к базам силовых транзисторо 7 и 8 силового блока 6. ШИМ 4 и 5 служат для вырабатывания управляющи импульсов, длительность которых должна изменяться в зависимости от различных дестабилизирующих факторов, например от изменения тока нагрузки стабилизирующего преобразователя напряжения, а также от различного времени рассасывг ния неосно . ных носителей в переключающих транзисторах, вызывающего вольт-секундную асимметрию токов в названных транзисторах. ШИМ выполнены на комп раторах напряжений. Другой вход ШИМ 4 соединен с выходом усилителя обра ной связи 2 и первым входом инверти рующего сумматора 3, второй вход iKOToporo связан с выходом датчика 12 разбаланса токов, а выход - с другим входом ШИМ 5..Вход усилителя .обратной связи 2 соединен с вывода ™(и.8ых) для подключения нагрузки. Инвертирующий сумматор 3 предназначен для инвертирования сигнала рассогласования и сложения его с сигналом датчика 4 разбаланса токов Коллекторы переключающихтранзисторов 7 и 8 силового блока 6 подклю чены к первичным обмоткам выходного трансформатора 9, а эмиттеры через токосъемные резисторы 16 vi 11 соеди нены с источником питания Ер . Втор ная обмотка трансформатора 9 соеди,нена через выпрямитель 10 и фильтр IIс выводами (Ug(,,y) для подключения нагрузки. Датчик 12 разбаланса токов служи для формирования выходного напряжения, пропорционального разности токов, протекающих через переключаюшие транзисторы 7 и 8 силового блок Ь. Выпрямители-фильтры 13 и 14 датчика 12 разбаланса токов подключены своими входами к токосъемным резисторам 16 и 17 силового блока 6, и каждый из них служит для формирования постоянного напряжения, пропорцио -« нального току, протекающему через соответствующий резистор. Выходы вы- прямителей фильтров 13 и 14 подключены к входам дифференциального усилителя 15, предназначенного для формирования постоянного напряжения, пропорционального разности указанных сигналов. Стабилизирующий преобразователь напряжения работает следующим образом. При включении преобразователя генератор 1 вырабатывает напряжение треугольной формы( фиг. 2а), которое поступает на первые входы ШИМ 4 и 5. С выхода усилителя 2 на второй вход Шим 4 поступает сигнал рассогласования +и(фиг. 2а), величина которого пропорциональная отклонению выходного напряжения преобразователя от опорного, формируемого в усилителе 2.Этот же сигнал пост;упает на пер вый вход инвертирующего сумматора 3,на второй вход которого с выхода . дифференциального усилителя 15 датчика 12 разбаланса токов поступает постоянное напряжение разбаланса, пропорциональное разности токов, протекающих через переключающие транзисторы 7 и 8 силового блока 6. Напряжение U (фиг. 2а), пропорциональное алгебраической сумме напряжения U, и напряжения разбаланса, поступает с выхода инвертирукицего сумматора 3 на второй вход ШИМ 5. В интервал времени когда напряжение с выхода генератора 1 превышает уровень напряжения Uj , на выходе ШИМ 4 формируется управляющий импульс длительностью с, (фиг. 2(Г) . В интервал времени когда напряжение с выхода генератора 1 меньше уровня напряжения 0 / на выходе ШИМ 5 формируется управляющий импульс длительностью22(ФИ12в ) С выходов ШИМ 4 и 5 управляющие импульсы поступают на базы соответствующих переключающих транзисторов 7 и 8 силового блока 6. При отсутствии вольт-секундной асимметрии, т.е. когда сердечник выходного трансформатора 9 не подмагничивается, напряжение на выходе датчика 12 разбаланса токов равно нулю и напряжение Uj выходе инвертирукядего сумматора 3 равно по величине, но противоположно по знаку напряжению U , т.е. и,С/2 (1) Следовательно, 1) ь2 , т.е. длительности импульсов, формируемых

ШИМ 4 и 5, равны и стабилизация выходного напряжения и gijiK преобразователя осуществляется обычным образом с помощью усилителя обратной связи 2

В случае возникновения вольтсекундной асимметрии, вызваной, например, различным временем рассасывания неосновных йосителей в переключающих транзисторах 7 и 8 силового блока 6, увеличивается ток намагничивания выходного трансформатора 9 и, следовательно, возрастает коллекторный ток одногчэ из переключающих транзисторов в конце действия управляющего импульса. Это приводит к появлению напряжения разбаланса на выходе дифференциального усилителя 15 датчика 12 разбаланса токов, в результате чего на выходах ШИМ 4 и 5 формируются управляющие импульсы неодинаковой длительности, т.е. (фиг. 2S и Ь соответственно), посредством которых осуществляется выравнивание токов через переключающие транзисторы, т.е. устраняется вольт-секундная асимметрия. При этом вольт-секундное выравнивание не, ухудшает коэффициент стабилизации

выходного непряжени.я преобразователя, поскольку сигнал разбаланса токов переключающих транзисторов воздействует на ШИМ не в виде импульсного напряжения, а в виде постоянного

медленно изменяющегося напряжения.

При таком выполнении стабилизирующего преобразователя напряжения обеспечивается амплитудно-временная селекция управляющих импульсов, т.е.

формирование управляющих импульсов осуществляется не только в зависимости от фазы, как это имеет место в известных устройствах, но и от амплитуды выходного напряжения задающего генератора. Тем самым полностью исключаются ошибки в процессе вольт-секундного выравнивания токов переключающих транзисторов.

Таким образом, изобретение позволит исключить из цепей формирования управляющих импульсов для переключающих транзисторов триггер, чувствительный к помехам,-что, в свою очередь, повысит Надежность работы стабилизирующего преобразователя напряжения.

СТАБИЛИЗИРУНЯЦИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ,содержащий задающий генератор, подключенный к первым входам двух широтноимлульсных модуляторов, выход каждого из которых подключен к управляемому входу соответствующего силового транзистора двухтактного усилителя мощности с выходным трансформатором и выходным вытпрямителем с фильтром, причем выход последнего через усилитель обратной связи подключен к второму входу первсэго широтно-импульсного модулятора, И датчик разбаланса токов силовых транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет амплитудно-временной селекции управляющих импульсов, в него введен инвертирующий сумматор, первый вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, второй - с выходом датчика разбаланса токов, а выход - с вторым входом i второго широтно-импульсного модуляьтора. (О