Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК H02M7/537 

11 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания. Известен преобразователь напряжения, например транзисторный инвертор в котором осуществляется регулирование выходного переменного прямоуголь ного напряжения по амплитудному значению, содержащий задающий генератор двухтактный выходной усилитель и промежуточный усилитель, в цепь питания которого включен линейный регулятор напряжения. Регулирование выходного напряжения в таком устройстве осуществляется зй счет изменения тока без транзисторов выходного усилителя, в результате чего избыточное входное напряженке гасится на этих транзисторах flj. Недостатком такого инвертора является возникновение аварийного режима работы (перегрузка силовьк элементов инвертора) в случае короткого замыкания нагрузки. Кроме того, в инверторе имеет место асимметрия формы выходного напряжения по амплитуде определяемая раз(5росом по усилению параметров транзисторов выходного и промежуточного усилителей. Наиболее близким к изобретению;по техническому решению является стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном тран форматоре, вторичная обмотка которог через выпрямитель с фильтром подключена к выходным вьюодам, усилитель сигнала обратной связи, входом подключенный к выходным выводам, а выходом- к управляющему входу регулирующего элеме нта, управляющие транзисторы, каждый из которых эмиттером соединен с базой соответствующего транзистора усилителя мощности С23« Недостаток известного устройства- гальваническая связь между входом и выходом преобразователя, поэтому такой преобразователь в случае заземления одного из полюсов источника питания не может быть использован для питания нагрузки, которая не допускает заземления или у которой заземлен другой полюс напряжения. Кроме тогОаВ преобразователе не обес печивается защита силовых элементов при коротком замыкании нагрузки. 4 . . 2 Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения гальванической развязки входного и выходного напряжения и повышение надежности путем обеспечения автоматического выключения преобразо вателя в случае короткого замыкания Нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе напряжения постоянного тока, содержащем подключенньШ к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом в.ыходном трансформаторе, вторичная обмо- ка которого через выпрямитель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной связи, входом подключенный к выходным выводам, а выходом - к управляющему входу регулирующего элемента, управляющие транзисторы, каждый из которых эмиттером соединен с 6a3q соответствующего транзистора усилителя мощности, усилитель сигнала обратной связи выполнен в виде маломощного генератора прямоугольног напряжения на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотке переключающего трансформатора, базо-эмиттерными переходами - к: дополнительнь1м обмоткам силового выходного трансформатора, а выход усилителя обратной связи образован средним выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенными эмиттерами транзисторных ключей, выход- выпрямителем с фильтром, подключенным к одной из выходных обмоток переключающего трансформатора, базо-эмиттерные переходы управляющих транзисторов соединены с соответствующими выходными обмотками переключающего трансформатора, а коллекторы и транзисторы усилителя мощности соединены по схеме с общим коллектором, кроме того, введена цепочка пуска, подключенная к коллектору и базе одного из транзисторов усилителя мощности, а регулирующий элемент выполнен в виде компенсационного стабилизатора напряжения, подключенного входом к входным выводам, выходом - к коллекторам управляющих транзисторов. На чертеже приведена схема стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока. 31 Преобразователь содержит усилитель 1 мощности с транзисторами 2 и 3 и выходным силовым трансформатором 4, выпрямитель 5 с фильтром, выходные выводы 6 преобразователя, усили- тель 7 сигнала обратной связи с транзисторными ключами 8 и 9, переключающим трансформатором 10 и выпря мителем II с фильтром, регулирующий элемент 12, представляющий собой компенсационный стабилизатор напряже ния с регулирующим транзистором J3, управляющие транзисторы 14 и 15, цепочку 16, запуска состоящую из последовательно соединенных резистор I7 и замыкающего контакта выключател 18, входные выводы 19 преобразовате- ля. Усилитель 1 мощности образован транзисторами 2 и 3, соединенными коллекторами, эмиттеры которых подкл чены соответственно к началу и концу первичной обмртки трансформатора 4. Выходная обмотка трансформатора 4 подключена через выпрямитель 5 к выходным выводам 6. К выходным выводам 6 подключен вход усилителя 7. Коллек торы транзисторных ключей 8 и 9 усилителя 7 подключены к началу и концу первичной обмотки переключающего трансформатора 10. Базы транзисторных ключей 8 и 9 подключены к началу и концу обмотки трансформатора 4, а средний отвод этой обмотки соединен с эмиттерами этих транзисторов. Сред НИИ отвод первичной обмотки .транс- , форматора 10 и объединенные эмиттеры транзисторных ключей В и 9 образуют вход усилителя 7. Выходная обмотка переключающего трансформатора 10 под ключена через выпрямитель If к управлякйцему входу регулирующего элемента 12. Эмиттер регулирующего транзистор 13 регулирующего элемента 12 подклю- чен к коллекторам двух управляю114их транзисторов 14 и 15. Эмиттеры управляющих транзисторов 14 и 15 подключе ны к базам транзисторов 2 н 3 соот ветственно. Базы и эмиттеры управляющих транзисторов 14 HI 15 подключены к обмоткам пере1слючающего трансформатора 10, причем одна из обмоток подключена началом к базе транзистора 14, а вторая обмотка - началом к эмиттеру управляющего транзистора 15. Цепочка 16 запуска подключена к коллектору и базе транзистора 2. Иараллельно входным выходам 19 преоб344разователя подсоединены силовой вход регулирующего элемента 12, а также вход усилителя 1 мощности, причем коллекторы транзисторов 2 и 3 и регулирующего транзистора 13 подключены к положительному, входному выводу. Стабилизированный преобразователь работает следующим образом. Пуск преобразователя осуществляется при кратковремеином замыкании нормально разомкнутого контакта выключателя 18 цепочки 16 запуска. При этом на базу транзистора 2 поступает через резистор 17 отпирающее напряжение, транзистор 2 приоткрывается и в первичной полуОбмотке трансформа тора 4 начинает протекать ток, в результате чего образуется напряжение на вторичной обмотке трансформатора 4 и, следовательно, на конденсаторе выпрямителя 5. Это напряжение поступает на средний вывод переключакнцего трансформатора 10 и зьшттеры . транзисторных ключей 8 и 9 усилителя 7. Поскольку базы транзисторных ключей 8 и 9 пОдключеИы соответственно к началу и концу oб oтки трансформатора 4, то транзистор 9 открывается, а транзистор 8 запирается, и на обмотках переключающего трансформатора iO формируется положительная полуволна Прямоугольного напряжения. В результате на базы транзисторов 14 и 15 поступает напряжение с полярностью, открывающей управлякшщй транзистор 14 и закрывающей управляющей транзистор 15. Поскольку в момент запуска напряжение на управляющем входе регулирующего злемента отсутствует, то регулирующий транзистор I3 Ofкрыт и на базу транзистора 2 через транзисторы 13и 14 поступает отпирающее напряжение. В момент насыщения первичной обмотки переключающего трансформатора 10 происходит изменение полярности напряжения на его обмотках. В результате управляющий транзистор 14закрывается, а управляющий транзистор 15 открывается, что приводит к открыванию транзистора 3 и закрыванию транзистора 2, и на обмотках трансформатора 4 напряжение изменяет свою полярность, в результате чего происходит закрывание транзисторного ключа 9, открывание транзисторного Ключа 8 а на обмотках трансформаторов 4 и 10 формируется отрицатель5

ная полуволна переменного прямоугольного напряжения. Процессы формирования полуволн напряжения происходят лавинообразно, поэтому на обмотках трансформаторов 4 и 10 формируется прямоугольное переменное напряжение с хорошим фронтом. Переменное напряжение выходной обмотки трансформатора 4 выпрямляется выпрямителем 5 и поступает на выводы 6 подключения нагрузки. При уменьшении нагрузки или увеличении напряжения на входных выводах 19 возрастает напряжение на входе усилителя 7 - увеличивается напряжение на обмотках переключающего трансформатора 10. Увеличение напряжения на выходной обмотке переключающего трансформатора 10 приводит к увеличению напряжения на выходе выпрямителя 1I, следовательно, и на управляющем входе регулирующего элемента 12. В результате регулирующий транзистор 13 подзакрьшается, и на базы транзисторов 2 и 3 через управляющие транзисторы 14 и 15 поступает напряжение меньшее, чем напряжение источника питания. Поскольку транзисторы 2 и 3 усилителя мощности I включены по схеме с общим коллектором (по схеме эмиттерного повторителя), то на первичной обмотке трансформатора 4 напряжение соответственно уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выходных выводах 6 преобразователя. Таким образом, по цепи обратной связи осуществляется стабилизация выходного напряжения при изменении нагрузки и входного напряжения.

91346

При коротком замыкании нагрузки пропадает напряжение питания генератора прямоугольного напряжения - усилителя 7, в результате управляющие 5 транзисторы 14 и 15 закрываются,

следовательно, закрываются транзисторы 2 и 3 - происходит срыв автоколебательного процесса формирования переменного напряжения на обмотках трансформаторов 4 и 10- преобразователь выключается, обеспечивая самозащиту от короткого замыкания на его выходе. Резисторы и диоды, подключенные к базам транзисторов 2 и 3, обозначенные на чертеже пунктиром, обеспечивают надежную работу преобразователя в условиях высокой температуры окружающей среды (50°С и вьш1е).

Таким образом, выполнение усилителя сигнала обратной связи на переключающем трансформаторе позводяет использовать в качестве регулирующего элемента маломощный компенсационный стабилизатор напряжения для управления транзисторами усилителя мощности, включенными по схеме с общим коллектором, а также обеспечивает гальваническую развязку входного и выходного напряжения и одновременно самозаЕЦ1ТУ преобразователя от короткого замыкания нагрузки. Одновременно с зтим силовой трансформатор преобразователя, в отличие от прототипа, работает без насыщения сердечника, что значительно уменьшает потери мощнЪети преобразователя и, кроне того, позволяет увеличить частоту преобразования ориентировочно с 600 800 Гц до 16-20 кГц.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямитель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной связи, входом подключенный 4С выходным выводам, а выходом - к управляющему входу регулирукйцего элемента, управлякщне транзисто1ш, ка}едый из которых эмиттером соеда{нен с базой соответствующего транзистора усилителя мощности, отличающийся тем, что, с целью расширения функ1щональных возможностей путем обеспечения гальванической развязки входного и выходного напряжений и повышения надежности при коротком замыкании нагрузки путем обеспечения.автоматического выключения преобразователя, усилитель сигнала обратной связи выполнен в Виде маломощного генератора прямоугольного напряжения на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотк переключа ощето трансформатора, базоэмиттерными переходами - к дополнительным обмоткам сшювого вьпсодного трансформатора, а вход усилителя сигнала обратной связи образован средним выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенн1АШ эмиттерами транзисторных ключей, выход - выпрямителем с 4мльтрсй4, подключенным к од:юй из (Л выходных обноток переключающего трансформатора, базо-змиттерны1В пе реходы управляющих транзисторов соединены с соответствукицими выходными обмотками переключающего,ТрансфЬрматора, а коллекторы и транзисторы усилителя мощности соединены по ел txeMe с коллектором, кроме то;о го введена цепочка пуска, подключена ная к коллектору и базе одного из :о транзисторов усилителя мощности, а 4 регулирующий элемент выполнен в виде компёксациониого стабилизатора напряжения, подключенного входом к входньт выводам, выходом - к коллекторам управлякши1х транзисторов.