Стабилизированный конвертор Советский патент 1986 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для электропитания различной электронной аппаратуры.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов конвертора.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого стабилизированнаго конвертора; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и токов в элементах схемы, поясняющие принцип работы конвертора.

Стабилизированный конвертор со- ,держит подключенный к входным выводам 1 двухтактный транзисторно-трансформаторный инвертор 2, к крайним выводам вторичной обмотки 3 трансформатора 4 которого присоединены аноды выпрямительных диодов 5, между выходными зажимами 6 и 7 подключен фильтровой конденсатор 8 и цепь из последовательно соединенных первого дросселя 9 и первого диода 10, причем анод первого диода 10 подключен к первому выходному зажиму 6 и среднему выводу 11 йторичной обмотки 3 выходного трансформатора 4 инвертора 2. Ко второму выходному зажиму 7 подключен вход измерительного блока 12, выходом соединенного с первым входом 13 блока 14 сравнения, выход 15 которого связан с входом формирователя 16 управляющего импульса, подключенного выходом,к управляющему электроду регулирующего транзистора 17. Кроме того, Б конвертор входят опорный узел 18 и дополнительная обмотка 19 выходного трансформатора 4, цепь из последовательно соединенных второго дросселя 20 и второго диода 21, третий 22 и четвертый 23 диоды, интегратор 24 и сумматор 25. Цепь из второго дросселя 20 и второго диода 21 включена между выходными зажимами 6 и 7, к общим точкам диодно-дроссельных цепей присоединены катоды выпрямительных диодов 5 и катоды третьего 22 и четвертого 23 последовательно включенных диодов. Между анодами диодов 22 и 23 и вторым выходным зажимом 7 включен регулируюЕщй транзистор 17.Дополнительная обмотка 19 выходного трансформатора 4 подключена к входу интегратора 24, выходом соединенного с одним входом сумматора 25, другой вход которого соединен с выходом опорного узла 18, а выход подключен к второму входу блока 14 сравнения.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Кроме того на фиг. 2 обозначены напряжение 26 на вых-одной обмотке конвертора; напряжение 27 на выходе интегратора 24; суммарный сигнал 28 на входе блока 14 сравнения; сигнал 29 входе регулирующего транзистора; ток 30 дросселя 9; напряжение 31 на дросселе 9; ток 32 дросселя 20; напряжение 33 на дросселе 20.

Конвертор работает следующим образом.

Пусть индуктивность дросселей 9 и 20 такова, что они работают в режиме непрерывных токов и на интервале времени Т -Т на обмотках трансформатора 4 действует напряжение, полярность которого показана на фиг. 1 без скобок. Напряжение 26 (фиг. 2) поступает с обмотки 19 на вход интегратора 24 и преобразуется в нем в пилообразное напряжение 27. В сумматоре 25 напряжение 27 складывается с постоянным опорным напряжением U(j опорного узла 18, а затем -сравнивается в блоке 14 сравнения с напряжением блока 1 2 (фиг.2,поз.28), пропорциональным выходному напряжению конвертора. Уровень сигнала на выхо- де блока сравнения зависит от соотношения входных напряжений. Сигнал 29 (фиг. 2) поступает на базу регулирующего транзистора 17 с выхода формирователя 16. На интервалах Т -Т, Tg -If транзистор 17 открыт. На интервале Tf -Tj верхний по схеме вып- прямительный диод 5 откоыт и через дроссель 9 течет нарастающий ток 30 (фиг, 2), замыкающий по цепи: верхний диод 5 - дроссель 9 - параллельно соединенные конденсатор 8 и нагрузка - средний вывод 11 обмотки 3 - верхний по схеме вывод обмотки 3. При этом в дросселе 9 запа:сается энергия и к нему приложено напряжение 3 (фиг.2), равное разности напряжений на верхней по схеме полуобмотке обмотки 3 и на нагрузке (выходных зажимах 6 и 7 конвертора) .

В момент времени Т напряжение на обмотках трансформатора меняет знак (полярность показана в скобках). Верхний по схеме выпрямительный диод 5 запирается. На интервале Т, -Т энергия, запасенная в дросселе 9, не может отдаваться в нагрузку, так как его обмотка зашунтирована цепью: открытый: транзистор 17 - диод 22, Напряжение на дросселе равно нулю, и через него течет неизМеннный ток (яктивными потерями в дросселе, диоде и ключе пренебрегаем). После запирания транзистора 17 ток дросселя 9 через обратный диод 10 замыкается через нагрузку и фильтровой конденсатор 8, Напряжение на дросселе при этом равно напряжению на нагрузке. В момент времени Т полярность напряжения на обмотках снова меняется и все описанные процессы повторяются. Нижний по схеме выпрямительный диод 5 работает в противофазв с верхним. Дроссели закорачиваются транзистором 17 через соответствующие диоды 22 и 23 только

на этапе отдачи энергии (когда зак-ры-15 тора, выполненного по мостовой схеме, ты соответствующие выпрямительные диоды 5), поэтому дроссель 20 закорочен на интервале Т Т, хотя транзистор 17 по-прежнему открыт до врепозволяет вообще отказаться от входного фильтра.

Регулирующий транзистор в предлагаемой схеме коммутирует только часть тока нагрузки с частотой работы инвертора, поэтому потери в нем, и следовательно, его габариты значительно ниже, чем в известной.

мени Т. Но при отпирании нижнего по схеме диода 5 полярность напряжения 33 на дросселе 20 становится аапира- ющей для четвертого диода 23 и ток 32 дросселя переводится в нагрузку (фиг. 2).

Если считать потери энергии в процессе преобразования пренебрежимо малыми, то среднее напряжение Нс. дросселе равно нулю. Используя это можно получить выражение коэффициен- та К передачи по напряжению для данной схемы

и,

Е

- 0.5 1-У

где Е - напяжение на выходной полуобмотке трансформатора 4 инвертора;

jj t J /Т - относительное время закороченного состояния дросселя; Т- период работы инвертора.

Очевидно, что может изменяться от О до 0,5, тогда коэффициент лежит в пределах 0,5 - 1. Если дестабилизирующим фактором является изменение входного напряжения конвертора, то данная схема может (без учета потерь) обеспечить постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения в два раза.

При изменении входного напряжения (дестабилизирующий фактор), причем в данной схеме скважность импульсов тока в первичной обмотке трансформатора неизменно равна двум, меняется только амплитуда, так как конвертор должен отдавать в нагрузку постоянную мощность.

Так как типовая мощность трансформатора рассчитывается по максимальноо

му значению произведения эффективного тока обмотки на эффективное напряжение на ней, то трансформатор в данной схеме при регулировании коэффициента К в два раза имеет типовую мопщость в J/ раз меньше, чем в известной схеме,

Расчеты показали, что в предлагаемой схеме емкость входного фильтра,а значит, его масса и габариты могут быть приблизительно на 30% меньше, чем в известной, а применение инвер15 тора, выполненного по мостовой схеме, 2025

зо

5

О

5

0

5

позволяет вообще отказаться от входного фильтра.

Регулирующий транзистор в предлагаемой схеме коммутирует только часть тока нагрузки с частотой работы инвертора, поэтому потери в нем, и следовательно, его габариты значительно ниже, чем в известной.

Формул а изобретения

Стабилизированный конвертор, содержащий подключенный к входным выводам двухтактный транзисторно-трансформаторный инвертор, к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора которого присоединены аноды выпрямительных диодов, между выходными зажимами подключены фильтровый конденсатор и цепь из последовательно соединенных первого дросселя и первого диода, причем анод первого диода подключен к первому выходному зажиму и среднему выводу вторичной обмотки выходного трансформатора инвертора, к второму выходному зажиму подключен вход измерительного блока, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, выход которого связан с входом формирователя управляющего импульса, подключенного выходом к управляющему электроду регулирующего транзистора, опорный узел и дополнительную обмотку выходного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов конвертора, в него введены цепь из последовательно соединенных второго дросселя и второго диода, третий и четвертый диоды, интегратор и сумматор, цепь из второго дросселя и второго диода включена между выходными .зажимами к общим точкам диодно-дросСИЛЬНЫХ цепей присоединены катоды выпрямительных диодов и катоды третьего и четвертого последовательно включенных диодов, между анодами которых и вторым выходным зажимом включен реобмотка выходного трансформатора подключена к входу интегратора, выходом соединенного с одним входом суммато- г ра, другой вход которого соединен с выходом опорного узла, а выход подгулирующий транзистор, дополнительная ключей квторому входу блока сравнения,

28

к

обмотка выходного трансформатора подключена к входу интегратора, выходом соединенного с одним входом суммато- ра, другой вход которого соединен с выходом опорного узла, а выход

Изобретение относится к области стабилизированных источников питания. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов конвертора. Для этого в устройство введены второй дроссель 20, диоды 21 - 23, а также интегратор 24 и сумматор 25. Напряжение с обмотки 19 трансформатора 4 поступает на вход интегратора 24 и преобразуется в пилообразное напряжение. В сумматоре .25 оно складывается с опорным напряжением и поступает на вход блока сравнения 14, где сравнивается с из- меренньм напряжением с блока 12. Полученным сигналом формируют импульсы в блоке 16 для управления транзистором 17. Когда транзистор 17 открыт, в дросселе 9 запасается энергия. При запирании транзистора 17 ток дросселя 9 через цкоц 10 замыкается через нагрузку и конденсатор 8. При смене полярности напряжения энергия запасается в дросселе 20 и после запирания транзистора 17 переводится в нагрузку через диод 21 и конденсатор 8. 2 ил. с S (Л с S5 со со ю СП

Ф1лг.2

Редактор О, Бугир

Составитель А. Копоколкин

Техред М.Ходанич Корректор И. Эрдени

Заказ 2779/55Ти аж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4