Регулируемый преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобра зевательной технике и может быть использовано в устройствах при разработке источников вторичного электропитания с. многоканальным выходом. Известен преобразователь-стабилиг затор напряжения, который содержит задающий генератор, двухтактный усилитель мощности с трансформаторным входом и выходом, силовой выпрямитель.со сглаживающим фильтром, широтно-импульсный модулятор, вклю1ченный между средним выводом обмотки рансформатора задающего генератора и эмиттерами транзисторов усили теля мощности П . Однако современная радиоэлектронная аппаратура требует для питания несколько номиналов напряжения, поэтому при выполнении таких преобразователей-стабилизаторов многоканальными преобразователей напря- жения с несколькими номиналами выходного напряжения) необходимы дроссели соответственно числу выходов. Кроме того, в преобразователе входной ток имеет большую пульсацию, а при насьйцении силового трансформатора, например при коротком замыкании нагрузки, ток силовых транзисторов превышает допустимое значение. Известен также преобразователь, . содержащий задающий генератор, широт но-импульсный модулятор, усилитель мощности на силовьк транзисторах с выходным трансформатором, средняя точка первичной обмотки которого соединена, через первичную обмотку нелинейного дросселя с входным выводом, который через диод и вторичную обмотку этого дросселя связан с общим вьшодом, а третья обмотка дрос селя, включена мёз1сду выходным вьррямителем и фильтром . В таком преобр зователе .ограничение тока силовых транзисторов при насыщении трансформатора достигается .введением R5 -три гера, подключенного входом к обмотке входного дросселя, а выходом к ключе вому элементу, который при насыщении обмотки трансформатора шунтирует управляющий вход широтно-импульсного модулятора 2. Недостаток данного устройства неудовлетворительные функциональные возможности и надежность, обусловлен ные тем, что при выполнении такого преобразователя многоканальным необходимо в каждом канале (выходе) включать отдельный сглаживающий дрос- . сель, а выход каждого канала должен быть связан с входным дросселем, при этом действие перегрузки устраняется только по цепи управления силовыми транзисторами. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий узел управле.ния с широтно-импульсным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первинными полуообмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям, дроссель, первичная обмотка которого включена между входным вьшодом и точйсой соединения указанных полуобмоток, а его вторичная обмотка через рекуперационный диод подключена, к входным Бьшодам, При этом усилитель мощности выполнен по двухтактной схеме со средней точкой первичной обмотку трансформатора З. Недостатком известного преобразователя является то, что в каждом выходном канапе необходимо включать сглаживающий дроссель, при этом действие перегрузки устраняется только по цепиуправления силовыми транзисторами, что усложняет схему защиты и уменьшает функциональные возможности за счет невозможности работы на выходные выпрямители с емкостным фильтром. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем преобразования широтно-импульсной модуляции в амплитудную при работе на емкостную нагрузку. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий узел управления с широтно-импуль сным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичными полуообмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходнь м выпрямителям. дроссель, первичная обмотка которого включена между входным -вьшодом и входом усилителя м.ощности, а его вторичная обмотка через рекуперационный диод подключена к входным вьшодам, введены два конденсатора. три диода и дополнительный дроссель а указанный усилитель мощности,вьпго нен по мостовой схеме, в диагональ переменного тока которого включены первичные полуобмотки выход«ого трансформатора, вторые вьгооды которых соединены между собой через два последовательно включенных конденсатора, зашунтированных первыми двумя диодами,причем точка соединения конденсаторов через третий диод и дополнительный дроссель подключена к входному вьшоду. На фиг. приведена структурная схема регулируемого преобразоватеця постоянного напряжения; на фиг.2 --диаграммы, поясняющие принц работы преобразователя. . Преобразователь, содержит задающий генератор 1, модулятор ширины импульсов 2 с компаратором 3 и выхо ным транзистором 4, усилитель мощности 5 на силовых транзисторах 6-9 первичные обмотки 10 и 11 трансформатора 12, конденсаторы 13 и 14, шу тирующие диодь 15 и 16 и третий диод 1, дополнительныйдроссель 18, первичную обмотку 19 входного дросселя 20 и его вторичную обмотку 21, рекуперационный диод 22, -выпрямители 23 со сглажив.ающими конденсатора ми 24, нагрузки 25. Выход задающего генератора I (ге нератора Роэра) подключен к входу модулятора ширины импульсов 2, например, построенному по вертикаль ному принципу, основанному на сравнении сигнала управления (УПР) с си налом пилообразной формы на компараторе 3, выход которого подключе к управляющему входу ключа 4, шунтирующего через выпрямитель выходной трансформатор щиротно-импульсного модулятора 2. Мостовой усилитель мощности 5 образован транзисторами 6 и 7, соединенными эмиттерами и транзисторами 8 и 9, соединенными коллекторами, диагональ моста образована соединением коллектора транзистора 6 с эмиттером транзистора 8 и коллектора транзистора 7,-с эьшттером транзистора 9. . . Конец обмотки 10 и начало обмотк I1 трансформатора 12 соединены соот ветственно с отрицательными йьюодамиконденсаторов 13 и 14, зашунтированных соответственно диодами 15 и 16 в обратном направлении. Соединение катодов диодов 15 и 16с положительными вьтодами конденсаторов 13 и 14 образует среднюю точку - вывод, к которому подключен анод Диода 17, катодом соединенным через дроссель 18 с коллекторами транзисторов 8 и 9 .и положительным выводом для подключения источника питания. Начало обмотки 10 и конец обмотки I1 трансформатора 12 подключены к диагонали моста (к выходу) усилителя мощности 5. Эмиттеры транзисторов 6 и 7 подключены через первичную обмотку 19 дросселя 20 к отрицательному вьгооду источника питания. Вторичная обмотка 21 дросселя 20 через рекуперационный диод 22 подключена к вьшодам для подключения источника питания. Вьтрямители 23 подключены входами к выходным обмоткам . трансформатора 12, а выходами к емкостным фильтрам - конденсаторам 24 и к нагрузкам 25. Задающий генератор 1 предназначен для поочередаюго переключения транзисторов 8 и 9, а Модулятор 2 - для поочередного переключения транзисторов 7 и 6 с паузой во времени по отнощенмо к транзисторам 8 и 9. На фиг. 2 Q,0, изображены диаграммы, где Uj - напряжение на выходе задающего генератора 1; U напряжение на выходе модулятора ширины импульсов 2; U gji - напряжение на входе моста усилителя мощности 5; 1/20 - напряжение на обмотке 19 дросселя 20; Ujjgjj - напряжение на выходе усилителя мощности 5; U суммарное напряжение на конденсатора.х 13 и 14; . Еяо«г - минимальное и максимальное значение напряжения на входе преобразователя; .с6 угол регулирования модулятора 2; и,2 напряжение на обмотках трансформатора 12, и - его амплитудное значение; Ig - ток транзистора 8; IB - входной ток преобразователя; Ijj - ток выпрямителей 23. Фиг 2 Q соответствует минимальному значению входного, напряжения fc-u« и углу регулирования «, 0, фиг. 26 - максимальному значению входного напряжения Е, и углу егулирования oi . Регулируемый преобразователь пстоянног-о напряжения работает слеующим образом. В один полупериод напряжения зa дающего генератора 1 открыты ключи 8 и 7, а во второй полупериод ключи 9 и 6 усилителя мощности 5. Для регулирования напряжения на обмотках трансформатора 12 с амплитудой U при минимальном входном напря жении угол регулирования ot {пауза в выходном напряжении модулятора 2) устанавливается равным нулю, поэтому ключи 6 и 7 открываются одновременно соответственно с ключами 9 и 8 фиг. 28) .При этом в первь1Й полупериод работы генератора 1 про-г исходит заряд конденсатора 14 .и раз ряд конденсатора 13, который бьш заряжен в предыдущий полупериод, по цепи: положительный вывод источника питания - открытый транзистор 8 обмотка 10 трансформатора 12 - конденсатор 13 (диод 15) - конденсатор 14 - обмотка II трансформатора 1 2 - открытый транзистор 7 - обмотка 19 дросселя 20 - отрицательный вывод источника питания. Во второй полупериод напряжения задающего генератора 1 происходит заряд конденсатора 13 и разряд конденсатора 14 по цепи: положительный ВЬГООД источника питания - открытый транзистор 9 - обмотка 11 трансформатора 12 - конденсатор 14 (диод 16) - конденсатор 13 обмотка 10 трансформатора 12 - открытый транзистор 6 - обмотка 19 дросселя - отрицательный вывод источника питания. Включение дросселя 20 на входе преобразователя обеспечивает нарастание напряжения на входе усилителя 5 по пилообразному закону (фиг,2 а , ) и практический постоянный ток с малой пульсацией на входе преобразователя (фиг.2о, Igj) при этом напряжение на конденсаторах 13 и 14 изменяется также по пилообразному закону (фиг.2а, и., + и,). Напряжение на обмотках трансформатора 12 равно алгебраической сум ме напряжения на выход усилителя 5 (фиг. 2, Uejy) и напряжения на ко денсаторах 13 и 14 (фиг.2, , Разность мгновенных значений этих напряжений образует на обмотках трансформатора 12 переменное напря жение, форма которого близка к пря угольной (фиг.2, Vi) , Выпрямленное напряжение вьтрямителями 23 и сгла женное конденсаторами 24 поступает на выходы прео.бразоват.еля (на на- грузки 25), ток выпрямителей 23 имеет форму, близкую к вьтрямленной синусоиде (фиг.2а|, ) . С увеличением напряжения на входе преобразователя от E|j,p до E(v,c,g напряжением УПР компаратора 3 в модуляторе 2 соответственно увеличивается угол регулирования oi- (фиг.25, Ц) результате транзисторы 6 и 7усилителя 5 открываются со сдвигом во времени по отношению к транзисторами 9 и 8. Напряжение пилообразной формы на выходе усилителя 5 Начинает формироваться в момент окончания паузы напряжения на выходе модулятора 2 (фиг.26,1)5 ух) 8то же время к обмотке 10 трансу форматора 12 в первый полупериод напряжения задающего генератора через дроссель 18, диод I7 и открытый транзистор 8 прикладьшается напряжение на конденсаторе 13 (фиг.2К, Зв. поэтому форма напряжения на обмотках трансформатора 12 остается близкой к прямоугольной. В моменты паузы управляющего напряжения модулятора 2 энергия, запасенная в дросселе 20, возвращается в источник через обмотку 21 и диод 22 - осуществляется рекуперация энергии преобразователя и входной ток преобразователя 1 вх иа время паузы напряжения на выходе модулятора 2 меняет свое направление (фиг.25 ,0вх) Ток же через диоды 23 в моменты паузы управляющего напряжения не прерывается (фиг.2Б, 1у%) Поскольку при изменении угла регулирования «6 изменяется момент начала формировании пилообразного вькодного напряжения на вькоде усилителя 5, соответственно изменяется и величина этого напряжения в момент окончания полупериода, т.е. амплитуда пилообразного напряжения, а так как напряжение на обмотках трансформатора суммируется с напряжением на конденсаторах 13 и 14, то в преобразовав теле регулируется и амплитуда прямоугольного, напряжения на обмотках трансформатора. На фиг.2 показано, что напряжение обмотках трансформатора 12 остается практически неизменным при и atc (. соответствующего угла регулирования «б) . Дроссель 18, включенный последовательно с диодом 17, исключа ет броски тока через выпрямители 23 при разряде конденсаторов 13 и 14 на .обмотки 10 и 11 трансформатора 12, обусловленные зарядом конденсаторов 24. В предлагаемом преобразователе форма напряжения на обмотках трансформатора близка к прямоугольной и с изменением угла регулирования ot регулируется по амплитуде: амплитудное напряжения на обмотках трансформатора уменьшается с уве :личеинем угла регулирования оС .-Поэто му при выполнении преобразователя многоканальным на каждом выходе достаточно включить только конденсаторы Визвестныхже схемах многоканальных, преобразователей с широтноимпульсным принципом регулирования напряжения необходимо на каждом выходе устанавливать и дроссели. При коротком замыкании любого из выхо- ; дов преобразователя длительность им- пульсов входного тока ограничивае ; ся током заряда конденсаторов 13 .и 14 , а. их амплитуда - входным /ц осселем . . Такое построение преобразователя позволяет формировать на каждой обмотке выходного трансформатора, нагруженной на выпрямитель с емкостным фильтром, переменное налряжение прямоугольной формы, регулируемое по амплитуде за счет сложе- , НИИ широтно-регулируемого ступенчато-пилообразного напряжения на выходе моста с пилообразным напряжением на последовательно соединенных конденсаторах, зашунтированных диодами, т.е. позволяет преобразов-ать широтно-импуль:сную модуляцию напряжения в амплитудную и ; . вместе с тем обеспечить самозащиту силовой части преобразователя так как бросок тока короткого замыкания нагрузки ограничивается, по. амплитуде входным дросселем, а его длительность - временем заряда конденсаторов. Все это расширяет функциональные возможности преобразователя: позволяет при широтно-импульсном принципе регулирования выходного напряжения увеличивать число выходов (каналов) преобразователя при подключении к йторичным обмоткам трансформатора емкостных выпрямителей.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий узел управления с широт- НС-импульсным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичиыми полуобмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным вьшрямителям, дроссель, первичная обмотка которого включена между входным вьгоодом и входом усилителя мощности, а его вторичная обмотка через рекуйерациониый диод подключена к входным вьшодам, отличающийс я тем, что, с(Целью расширеиия функциональных возможностей пут1ем преобразования широтио-импульсной модуляции в амплитудную при работе на емкостную нагрузку, введены два конденсатора, три,диода и дополнительный дроссель, а указанный усилитель мощности вьтолнен по мостовой схеме, в диагональ переменного. тока которого включены первичные полуобмотки выходного трансформатора, вторые выводы которых соединены между собой через два последовательно включенных конденсатора, зашуйтированных первьп и двумя диодами, причем точка соединения конденсаторов через третий диод и дополнительный дроссель подключена к входному выводу

Х. ..JL.-- у ЬТх . f .: LJ