Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02M3/335 G05F1/46 

Изобретение относится к электро- ,технике и может быть использовано для электропитания различных ydT- ройств вычислительной техники, автоматики и средств связи.

Целью изобретения является ровы- шение технологичности и уменьшение пульсаций выходного, напряжения при воздействии различных дестабилизиру- кщих факторов.

На фиг.1 представлена функциональ ная схема стабилизированйого преобразователя напряжения постоянного тока; на фиг.2 - временные диаграм- , пояснякяцие его работу.

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит силовой канал 1 преобразования электрической энергии и блок 2 управления. Силовой канал преобразования электрической энергии выполнен из входного (сетевого) вьтрямителя 3, входного фильтра 4, двухтактного усилителя 5 мощности, вьпсодного тран сформатора 6, выпрямителя 7 и фильтра 8. Блок управления содержит задающий генератор - генератор 9 синхроимпульсов, второй делитель 10 частоты, формирователь 11 длительности паузы, первьй 12 и второй 13 согласующие узлы, первый 14 и второй 15 селекторы, усилитель 16 отрицательно обратной связи, широтно-импульсный модулятор 17, делитель 18 частоты на два, формирователь 19 пилообразного напряжения и одновибратор 20. , Одновибратор состоит из формирователя 21 строЬ-импульсов, инвертора 22 и третьего делителя 23 частоты.

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока работает следующим образом.

С выхода генератора 9 синхроимпульсов сигнал с периодом поступает на вход делителей 10 и 23 частоты Выходное напряжение делителя 10 частоты с периодом Т/2 (фиг.2,а) используется для синхронизации формирователя 11 длительности паузы, которьй на фронт 0/1 указанного сигнала (фиг.2,а) формирует импульс (фиг.2, S) длительностью . Выходной сигнал формирователя 11 используется для синхронизации формирователя 19 пилообразного напряжения (фиг.2,) и делителя 18 частоты на два (фиг.2,1,г) Выходное напряжение широтно-импульс- ного модулятора 17 (фиг.2,е) является функцией выходного пилообразного

12480082 „

напряжения формирователя 19 и сигна

0

ла рассогласования на выходе усилителя 16 отрицательной обратной связи (фиг.2,). Прохождение полезного сигнала управления (высокого уровня напряжения, фиг.) на выход первого; селектора 14 возможно при одновременном наличии высоких уровней напряжений на его входах: на первом - выхо;а;ног сигнала (фиг.2,) делителя частоты на два (например, триггера) и на втором - выходного сигнала (фйг.2,&) формирователя 11. Наличие в выходном сигнале формирователя 11 низкого

J уровня напряжения длительностью 1. (фиг.2,5) исключает одновременное открытое состояние силовых транзисто ров усилителя 5 мощности (с учетом рассасывания неосновных носителей в областях их баз) при рысоком уровне выходного напряжения на выходе модулятора 17. Период следования выходного сигнала д елителя 18 -частоты равен Т (фиг.2,Ь). Причем в течение интер-:

5 вала времени Т/2 выходной сигнал имеет низкий уровень, запрещающий прохождение модулированного сигнала (фиг.2,е). Поэтому в каждом из периодов Т на выход селектора 14 проходит один (фиг.2,) из двух положительных импульсов, поступающих на его третий вход с выхода модулятора 17 (фиг.2, е). Причем этот импульс имеет длительности t, , ,..., меньшие длительности соответствующего.сигна5 ла модулятора 17 (фиг.2,е) на величину длительности 1 запрещаняцего сигнала формирователя 11 (фиг.2,5).

На фронт 1/0 выходного сигнала селектора 14 (фиг.2,) формирователь

21 строб-импульсов одновибратора 20 обеспечивает -строб-импульсы; (фиг .2, , моменты времени t , t , t, , ...), которые сбрасывают (устанавливают в О, фиг.2,и) делитель 23 .частоты

одновибратора 20 воздействием на вход R. Независимо от уровня его выходного сигнала в моменты сброса (высокого - в моменты времени t, tj низкого - в моменты времени Ц,

фиг.2,и) через интервал времени Т/2 на его выходе появляется высокий : Зфовень напряжения ( Т/2, Т/2 ... фиг.2,и). Данный сигнал после преобразования (по фазе, фиг.2,К)

5 инвертором 22 поступает на первьй вход селектора 15 и является для не-, го управляющим (аналогично, как для .селектора 14 сигнал модулятора 17,

0

фиг.2,е). Его прохождение на вход селектора 15 возможно при одновремен ном присутствии высоких уровней напряжения на двух других входах: на |входе 2 - сигнала с выхода формирова теля 11 (фиг.2,); на входе 3 - сигнала с выхода делителя 18 частоты на два (фиг.2,г). В результате на выходе селектора 15 формируется сигнал (фиг.2, д) , длительность которого равна длительности выходного сигнала селектора 14 в предьщущем полупериоде (фиг.2,ж), смещенном относительно него на интервал времени Т/2.

Передний фронт выходного сигнала селектора 15 смещен всегда на интервал времени Т/2 относительно переднего фронта сигнала селектора 14, поскольку они совпадают по времени с задним фронтом выходного сигнала формирователя 11 (моменты времени t , t , ti,..., фиг.2,Х). Точность воспроизведения заднего фронта выходного сигнала селектора 14 зависит от. длительности выходных сигналов: периода Т генератора 9 синхроимпуль сов и строб-импульса Формирователя 21 одновибратора 20. При заданных Т и требуемой точности К (%) воспроизведения заднего фронта выходного сигнала селектора 14, пренебрегая временем удержания делителя 23 частоты в состоянии О сигналом с 6ы- хода формирователя 21 j так как Т период Tj.y выходного сигнала генера- тора синхроимпульсов выбирают из условия

,01 КТ.

(1)

Делители 10 и 23 частоты наиболее про сто реализуются на основе двоичных счетчиков. В этом случае разрядность п делителя 23 частоты определяется в виде

Т -

п f flog 1.

I--«-ГЦ-

ГИ

При этом разрядности W делителя ,10 частоты.всегда на единицу меньше: W п - 1.

Выходные сигналы селекторов 14 и 15 (эпюры ,е, фиг.2) используются (через согласующие элементы 12 и 13) для управления и регулирования преобразуемой силовым каналом 1 электрич.ескЬй энергии первичной сети.

Входные (сетевые) вьтрямители 3 и .фильтр преобразуют первичную энергию

переменного напряжения (тока) в постоянную. В случае преобразования энергии первичного источника постоянного напряжения (тока) блоки 3 и 4 отсутствуют. Преобразование полученной энергии постоянного напряжения (тока) в переменную осуществляется инвертором на основе двухтактного усилителя 5 и трансформатора 6. Преобразование электрической энергии инвертора переменного напряжения (тока) более повьтенной частоты, чем частота первичной сети, осуществляется выходными выпрямителем 7 и филь тром 8.

Усилитель мощности инвертора работает в двухтактном режиме и является регулирующим органом силового канала 1. Уровень преобразуемой мощ- ности в канале 1 является функцией широтно-импульсного сигнала, поступающего через согласующие элементы 12 и 13 с выходов селекторов 14 и 15Боздействие возмущающих факторов (изменение напряжения первичного ис точника питания, тока, в цепи нагрузки и т.п.), приводящих к изменениям; напряжения на выходе стабилизирован- ного преобразователя, вызывает прирё- щения (в противофазе) на выходе уси-г лителя 16 отрицательной обратной связи.и соответствующие им изменения ширины импульсов сигнала управления, поступающего на входы усилителя 5 мощности.

При этом независимо от длительности сигнала на выходе модулятора 17 во втором полупериоде (фиг.2,е) сигнал управления на выходе селектора 15 (фиг.2,А) воспроизводит выход-. :НОЙ сигнал управления селектора 14 (фиг.2,).

Идентичность сигнала управления в обоих полупериодах позволяет повысить эффективность процесса преобра- зования электрической энергии в двухтактных преобразователях электрической энергии, поскольку обеспечивается практически одинаковое время (фиг.2, ) открытого и закрытого состояний транзисторов двухтактного преобразователя в течение одного периода, чем исключается подмагничивание силового трансформатора 6, уменьшение пульсаций выходного напряжения и динамичес- ких потерь.

Изменение частоты задающего генератора 9 синхроимпульсов приводит к

изменению периода Т, однако одновиб- ратор 21 сохраняет длительность формируемого импульса, равную Т/2(с учетом изменившейся длительности перио- да Т), поскольку разрядности делителей 10 и 23 частоты отличаются на единицу. Затем исключается необходимость технологической подстройки длительности одновибратора 20 и достига- ется некритичность к воздействиям различных дестабилизирзтеицих факторов. Техническая реализация предлагаемого устройства широким использованием современных цифровых интегральйых схем повьш1ает его технологичность, способствует выполнению блока управления в интегральном исполнении.

Формулаи. обретения

1. Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, со держащий включенные между входными

и выходными клеммами сетевой выпря- митель, входной фильтр, двухтактный усилитель мощности с выходным трансформатором, выходной выпрямитель и фильтр, блок управления, выполнеиньй из усилителя отрицательной обратной связи, широтно-импульсного модулятора, двух селекторов, делителя частоты на два, двух согласующих узлов, формирователя пилообразного напряжения, задающего генератора, одновиб- ратора, при этом одновибратор первым входом подключен к выходу первого селектора, а выходом - к первому BXO , ду второго селектора, делитель час- ,тоты на два одним из выходов подклю, O 5

0

0

чен к первому входу первого селекто- ра, другим выходом - к третьему входу) второго селектора, выходы первого и второго селекторов подключены соот-| ветственно через первый и второй corj- ласующие узлы к входам двухтактного усилителя мощности, формирователь пилообразного напряжения выходом под-, ключен к одному из входов широтно- импульсного модулятора, другой вход которого через усилитель отрицательной обратной связи соединен с выход- ными выводами, а выход - с третьим входом первого селектора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения технологичности и уменьше;- ния пульсации выходного напряжения., в него введены второй делитель частоты и формирователь -длительности паузы, при этом выход заданяцего генератора через второй делитель частоты и формирователь длительности паузы соединен с вторыми- входами первого и второго селекторов и входами дели- теля частоты на два и формирователя пилообразного напряжения.

2. Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что в одно вибратор введены третий делитель частоты, инвертор и формирователь строб- импульсов, при этом третий делитель .частоты счетным входом соединен с вторым входом одновибратора и выходом задающего .генератора, входом установки в О - с выходом формирователя строб-импульсов, а йыходом - через инвертор - с первым входом второго селектора.

Изобретение относится к электро- технике, в частности для электропи тания различных радиоэлектронных устройств. Цель изобретения - повышение технологичности и уменьшение пульса ций выходного напряжения. Благодаря наличию второго делителя 10 и третьего делителя 23 частоты, а также формирователя 11 длительности паузы обеспечивается одинаковое время открытого и закрытого состояний транзисторов двухтактного усилителя мощности 5. Это исключает подмагничива- ние выходного трансформатора 6. Пулй- сации и динамические потери уменьшаются. Несмотря на изменение частоты задающего генератора 10 длительность формируемых импульсов сохраняется равной Т/2, так как разрядность делителей 10 и 23 отличается на единицу. Поэтому исключена необходимость технологической подстройки длительности импульсов одновибратора 20. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. i (О to 4 00