Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и нредказначено для использования при построении мощных вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры в условиях повышенного напряжения первичной сети.

Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения преобразователя, а также увеличение его КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей инвертора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, За и 36 приведены временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу устрой- ства.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения содержит источник 1 (фиг. 1) постоянного напряжения, мостовой инвертор 2, выполненный с использованием транзисторных ключей 3-6, обратных диодов 7-10, коммутирующего конденса ора 11, дросселей 12, 13 и выходного трансформатора 14 с первичной 15 и вторичными 16, 17 обмотками, управляемый выпрямитель 18 с вентилями 19 и 20, сглаживающий DLC- фильтр 21, формирователь 22 пилообразного напряжения, сравнивающий усилитель 23, источник 24 опорного напряжения, делитель 25 напряжения, компаратор 26, нуль- орган 27, формирователи 28 и 29 импульсов, элементы ЗИ 30, 31, задающий генератор 32, D-триггер 33, счетный триггер 34, раздели- тельные диоды 35 и 36, элемент 2И 37, предварительный (развязывающий) усилитель 38 с выходами 39-42.. Позициями 43 и 44 на схеме обозначены выходы формирователей 28 и 29 импульсов. Обратные диоды 7-- 10 включены параллельно транзисторным ключам 3-6. Коммутирующий конденсатор 11, дроссель 12, а также первичная обмотка 15 трансформатора 14 с дросселем 13 включены параллельно в выходную диагональ мостового инвертора 2. Питающий вход последнего соединен с выходом источ- ника 1 постоянного напряжения. Вентили 19, 20 выпрямителя 18 подключены к вторичным обмоткам 16, 17 трансформатора 14. Выход выпрямителя 18 через OLC-фильтр 21 соединен с выводами для подключения пагрузки. Выход задающего генератора 32 подключен к входу счетного триггера 34. Первый вход сравнивающего усилителя 23 подключен к выходу источника 24 опорного напряжения, а второй вход через делитель 25 напряжения - к выходу DLC-фильтра 21. Вход нуль-органа 27 и первый вход компаратора 26 соединены с выходом сравнивающего усилителя 23. Вход формирователя 22 пилообразного напряжения подключен к выходу выпрямителя 18, а выход - к второму входу компаратора 26. Входы элемента 2И 37 со- единены с выходами нуль-органа 27 и компаратора 26. Один из входов /)-триг1 ера 33 подключен к выходу счетного триггера 34,

0

5

0 о О 0 5

другой вход через разделительные диоды 35, 36 - к выходам элемента 2И 37 и задающего генератора 32, а выходы через предварительный усилитель 38 соединены с выходами 39-42 управления транзисторных ключей 3-6 инвертора 2. Входы элементов ЗИ 30, 31 подключены к выходам нуль-органа 27, задающего генератора 32 и к парафазным выходам D-триггера 33, а выходы через формирователи 28 и 29 импульсов - к управляющим входам выпрямителя 18.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 32 вырабатывает короткие импульсы нанряжения. В устано- вивщемся режиме напряжение Д(У на выходе сравнивающего усилителя 23 больще нуля, поэтому на выходе нуль-органа 27 сигнал соответствует логической «1.

В исходном состоянии до момента времени t (фиг. 2) на выходе триггера 34 и на прямом выходе триггера 33 напряжение соответствует уроврпо логического «О, при этом открыты ключи 3, 6 инвертора 2. С приходом импульса с задающего генератора 32 в момент времени t открывается вентиль 19 вьтрямител я 18. На выходе выпрямителя Г8 появляется напряжение, которое прикладывается к сглаживаюпхему OLC-фильтру 21 и формирователю 22 пилообразного напряжения, на выходе которого напряжение начинает возрастать со скоростью, пропорциональной напряжению на входе DLC-фильтра 21.

В момент времени t по заднему фронту импульса задающего генератора 32 триггер 34 переключается в противоположное состояние, и на его выходе устанавливается логическая «1. В момент времени з напряжение на выходе формирователя 22 пилообразного напряжения достигает уровня выходного ДС/ сравнивающего усилителя 23, и на выходе компаратора 26 появляется импульс, который подается на С-вход триггера 33 через элемента 2И 37 и разделите.т ьный диод 35. Триггер 33 переключается в положение счетного триггера 34, и на его прямо.м выходе устанавливается логическая «1.

Выходные сигналы D-триггера 33 через предварительный усилитель 38 осуществляют переключения состояний ключей инвертора 2. Ключи 3, 6 закрываются, а ключи 4, 5 открываются. Полярность напряжения на обмотках трансформатора 14 изменяется на противоположную, что приводит X закрытию вентиля 19 выпрямителя 18. Напряжение на входе сглаживающего DLC- фильтра 21 становится равным нулю. Сигнал на выходе формирователя 22 пилообразного напряжения также спадает до нуля.

В момент времени t. ггоявляется очередной импульс на выходе задающего генератора 32. Открывается вентиль 20 выпрямителя 18, и процессы в устройстве повторяются аналогично указанному.

При отключении входного напряжения в момент времени /5 или при изменении падения напряжения на элементах инвертора 2 и выпрямителя 18 при изменении тока нагрузки происходит изменение скорости нарастания пилообразного напряжения в формирователе 22. В результате переключение ключей 3-б инвертора 2 и запирание проводящего вентиля выпрямителя 18 происходит в момент времени /в, а не t .

При амплитуде пилообразного напряжения С/22 много меньшей амплитуды напряжения на выходе выпрямителя 18 длительность импульса f/18 определяется условием .

Ku Uis-dt (t/24- t/2r/(2s)-/(23,( 1 )

tl

где f/2i и t/24 - напряжения на выходах соответственно DLC-фильтра 21 и источника 24 опорного напряжения;

/Си - коэффициент интегрирования;

/(25 коэффициент передачи делителя 25;

/(23- коэффициент усиления сравнивающего усилителя 23. Без учета потерь в DLC-фильтре 21 его выходное напряжение U2 и напряжение на выходе преобразователя в целом определяются выражением

С/21 С/.ых -Jfc/18-di,

1 4

где Г-период работы преобразова Решая совместно (1) и (2), получают

t/24

(Увых

feii 4- Кг гк„

Из выражения (3) видно, что выходное напряжение L/оых не зависит от отклонения напряжения сети и падения напряжения на элементах инвертора 2 и выпрямителя 18.

Во время переходных процессов возможны интервалы времени, когда напряжение ДСУ на выходе сравнивающего усилителя 23 меньше или равно нулю (вследствие повышения напряжения на выходе преобразователя при сбросе нагрузки) или превышает амплитуду пилообразного напряжения (вследствие снижения напряжения при подключении нагрузки). При этом не происходит срабатывания компаратора 26, что приводит к исчезновению импульсов на С-входе триггера 33 и, следовательно, к прекращению переключения триггера 33 и транзисторов 3-6 инвертора 2. Устраняется этот недостаток следующим образом. В интервалах времени, когда напряжение на выходе сравнивающего усилителя 23 меньше или равно нулю (фиг. За), на выходе нуль-органа 27 сигнал соответствует логическому «О. Нулевой сигнал поступает на входы элементов

2И 37 и ЗИ 30, 31, на их выходах сигналы также соответствуют логическому «О. В результате снимаются управляющие импульсы с вентилей 19, 20 выпрямителя 18 и напряже- 5 ние на его выходе становится равным нулю, что ведет к уменьшению выходного напряжения С/оых. Переключение D-триггера 33 и ключей 3-6 инвертора 2 происходит по переднему фронту импульсов задаюпгего генератора 32, поступающих на С-вход триггера 33 через разделительный диод 36.

В интервалах времени, когда напряжение на выходе сравнивающего усилителя 23 превышает амплитуду пилообразного напря)5 жения С/22 (фиг. 36), сигнал на выходе нуль- органа 27 соответствует логической «1, а на выходе компаратора 26 - логическому «О. На выходе элемента 2И 37 сигнал также соответствует логическому «О. Перек ноче- ние D-триггера 33 и ключей 3-6 инвертора 2

20 происходит по переднему фронту импульсов задающего генератора 32, поступающих на С-вход триггера 33 через разделительный диод 36. Одновреме1 но поступают управляющие импульсы па вентили 19 и 20 вы25 прямителя 18. Относительная длительность проводящего состояния вентилей 19 и 20 в этом ачучае максимальна, что ведет к увеличению выходного напряжения f/mjx.

Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения по сравнению с извест ым

30 позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения при малых динамических потерях в транзисторных ключах инвертора и малы.ч тепловых потерях в цепях, формирующих безопасную траег.торию переключения, что особенно важно при повышен35 пом напряжении первичной части.

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный мостовой инвертор с трансформаторным выходом, выпрямитель, вход которого соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора инвертора, а выход

через дроссельно-конденсаторный фильтр - с выводами для подключения нагрузки, задающий генератор, выход которого подключен к входу счетного триггера. вающий усилитель, первый вход которого подключен к выходу источника опорного

напряжения, а второй вход - к вы.ходной цепи дроссельно-конденсаториого фильтра, формирователь пилообразного напряжения, элемент 2И, отличающийся тем, что, с целью повышения стаби.тьности выходного напря- жения, а также увеличения КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей инвертора, в него введены нуль-орган, компаратор, О-триггер, два элемента ЗИ, два формирователя импульсов и два разделительных диода, дроссельно-конденсаторный фильтр снабжен входным рекуперативным диодом, а выпрямитель выполнен управляемым, причем вход нуль-органа и первый вход компаратора соединены с выходом сравнивающего усилителя, вход формирователя пилообразного напряжения подключен к выходу выпрямителя, а выход - к второму входу компаратора, входы элемента 2И соединены с выходами нуль-органа и компа

ратора, один из входов D-триггера подключен к выходу счетного триггера, другой вход через разделительные диоды - к выходам элемента 2И и задающего генератора, а выходы соединены с цепями управления транзисторных ключей инвертора, входы элементов ЗИ подключены к выходам нуль-органа, задающего генератора и парафазным выходом D-триггера, а выходы через соответствующие формирователи импульсов - к управляющим входам выпрямителя.

изг

i/ О

il27

о

о

Unj.

О ищ

о

I

П r-i П П П

uU

Х 1. ГхТ / И

П 1 Т г

hI

ni 1

JL

,t2 t} t

ts te4

ni 1

JL

ts te4

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения, а также увеличение КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей 3-6 инвертора 2. Благодаря построению контура обратной связи с использованием сравнивающего усилителя 23, нуль-органа 27 и компаратора 37 в совокупноти с логической частью устройства исключена зависимость выходного напряжения от колебаний напряжения первичной сети и изменений падения напряжения на элементах инвертора.2 и выпрямителя 18. Во время переходных процессов не происходит срабатывания компаратора 26 и переключения ключей 3-6. 3 ил. |%/л ю ;о со 00