Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с защитой Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 H02H7/10 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения с несколькими выходами, и может быть использовано в различных устройствах электропитания радиоаппаратуры, средств связи и вычислительной техники специального и общего назначения.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя путем запдиты его от изменений входного и выходных напряжений сверх заданных пределов, заишты от перегрузок по току и короткого замыкания на выходах.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя с цепями управления; на фи|-. 2 - схема выходных каналов преобразователя.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с защитой содержит источник 1 первичного электропитания, источник 2 опорного напряжения, генератор 3 пилообразного напряжения, блокирующую цепь 4 с токозадающим резистором 5 и фоторезистором оптрона 6, управляемый делитель 7 из резистора 8 и фотодиода оптрона 9, развязывающий диод 10, широтно- импульсный модулятор 1 1 на операционном усилителе 12, усилитель 13 мощности, силовой трансформатор 14, входную обмотку 15 силового трансформатора, вторичные обмотки 16 и 17 силового трансформатора, выпрямители 18 и 19, L С-фильтр 20, блок 2 сравнения, резистивный делитель 22, сглаживающий конденсатор 23, резистивный делитель 24, разделительный конденсатор 25, линейный стабилизатор 26, цепь 27 задержки, блокирующие диоды 28-30, резистивные сумматоры 31 и 32, резистивный делитель 33 смещения на резисторах 34 - 36, операционный усилитель 37, резисторы 38 и 39 обратной связи.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение питания от источника 1 первичного электропиташ1Я поступает на источник 2 опорного напряжения и на усилитель 13 мощности. Выходное напряжение источника 2 опорного напряжения используется для питания генератора 3 пилообразного напряжения и П1иротпо-импульсного модулятора (ШИМ) 11. Генератор 3 пилообразного напряжения формирует импульсы напряжения треугольной формы, поступаю цие на инвертирующий вход операционного уси- , 1ителя 12, на другой его вход поступает напряжение с управляемого делителя 7. При этом на выходе операционного усилителя 12 фор.мируются IПиpoтнo-мoдyлиpoвaнlПJle импульсы прямоугольной формы, поступающие на управляющий вход усилителя 13 мощности, в процессе которого по первичной (входной) обмотке 15 силового трансформатора 14 протекают импульсы тока. Прямоугольные импульсы наг1ряжения на вторичной об.мотке 16 силового трансформатора 14 выпрямляются выпрямителем 18 и сглажи5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ваются на уровне среднего значения LC-филь- тром 20. При этом на выходе первого канала устройства формируется выходное напряжение 6, величина которого определяется амплитудой и длительностью импульсов на выходе выпрямителя 18. Блок 21 сравнения сравнивает выходное напряжение LJ1 с эталоном, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения. Это осуществляется следующим образом.

При лЕобых изменениях выходного напряжения, вызванных изменение.1 входного напряжения или сопротивления нагрузки, блок 2 сравнения формирует сигнал рассогласования, который через светодиод оптрона 9 изменяет проводимость фотодиода оптрона 9 таким образом, что изменяется напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 12, которое приводит к изменению длительности импульсов на выходе ШИМ 11. Это приводит к стабилизации напряжения на выходе первого канала устройства. Прямоугольные импульсы напряжения на вторичной обмотке 17 силового трансформатора 14 выпрямляются выпря.мителем 19 и сглаживаются сглаживающим конденсатором 23. Выпрямленное напряжение стабилизируется линейным стабилизатором 26 и поступает на выход второго канала устройства (напряжение 172).

Если значения напряжений на входе и выходе устройства находятся в заданных пределах, то и напряжения на выходе ре- зистивного делителя 24 и на выходах ре- зистивного делителя 33 смещения передаются через блокируюн1,ие диоды 28 и 29 и резистивпые сумматоры 31 и 32 на входы операционного усилителя 37 так, что па его выходе фор.мируется сигнал с низким потенциалом. В большей мере это определяег- ся номиналами резисторов 34-36 резистив- ного делителя 33 смещ.ения. При этом ток через светодиод оптрона 6 не протекает и защита не срабатывает.

Если напряжение на входе устройства станет .меньше заданного, то и напряжение на выходе резистивного делителя 24 умень- щается. При этом за счет параллельно- встречного включения блокирующих диодов 28 и 29 потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 37 станет ниже потенциала неинвертирующего входа упомя- путого усилителя. Это приводит к переключению операциопного усилителя 37 в состоя- пие с высоким потенциалом па выходе. Через светодиод оптропа 6 начинает протекать ток, включается фототиристор оптрона 6 и потенциал на выходе блокирующей цепи 4 становится положительным, который, пройдя через развязывающий диод 10, запрещает формирование ШИМ 11 управляющих импульсов и выключение преобразователя.

Если напряжение на входе устройства становится больше заданного, то потенциал

неинвертирующего входа операционного усилителя 37 становится больше заданного на инвертирующем входе упомянутого усилителя и последний переключается в состояние с высоким потенциалом на выходе, что

нолнительной регулировки и обеспечивая защиту линейного стабилизатора 26 за счет автоматической подстройки под оптимальный режим стабилизации. Действительно, для получения больших значений выходного напряприводит к срабатыванию защиты и выключе- жения UZ требуется и большое значение нию преобразователя.напряжения на входе линейного стабилизаЕсли напряжение U1 на выходе первого канала преобразователя становится больще

или меньше заданного, например, в результора 26 (иначе упомянутый стабилизатор напряжения выходит из режима стабилизации). При этом соотношение между вход- тате нарушения режима стабилизации на- 10 ным и выходным напряжениями линейного пряжения или короткого замыкания на вы- стабилизатора 26 оптимально и схема защи- ходе, то изменение этого напряжения с выхода резистивного делителя 22 через разделительный конденсатор 25 передается в точку соединения блокирующих диодов 28 и

ты остается работоспособной. Для получения меньших значений выходного напряжения U2 требуются и меньшие значения напряжения на входе линейного стабилизатора 26 (иначе

J J ч - лл« Jiri JJ J 1ЧУ L4-l.tl/V Л, 11 v Л Г ЛГ 1 i 1 П П С Г i П U 1 « V I 43 /И Jl П О d 1 J U d U fl П d Ч t

29. Это приводит к тому, что потенциал из-за большой рассеиваемой мощности ста- неинвертирующего входа операционного билизатор может выйти из строя). При этом

соотношение между входными и выходны- .ми напряжениями линейного стабилизатора

входа

усилителя 37 становится выше потенциала инвертирующего входа и операционный усилитель 37 переключается в состояние с ким потенциалом на выходе. При этом 20 и схема защиты будет работоспособна. Если срабатывает защита с выключением преоб- оптимальное соотношение напряжений нару- разователя.

Если же напряжение U2 на выходе второго канала устройства становится больше или меньше заданного в результате на- рующего элемента линейного стабилиза- рущения работоспособности линейного стаби- тора 26. лизатора 26 или короткого .замыкания на выходе, то изменение этого напряжения с выходов резистивного делителя 33 смещения поступает на входы соответствующих резис26 останется тем же (т. е. оптимальным)

шено, то схема зашиты сработает. Кроме того, схема защиты сработает и в случае, если происходит пробой или обрыв регулиФормула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с защитой, содержативных сумматоров 31 и 32. Это приво- -JQ источник опорного напряжения, пред- дит к то.му, что потенциал неинвертирую- uiero входа операционного усилителя 37 становится выше потенциала инвертирующего входа (за счет параллельно-встречного включения диодов 28 и 29) и операционназначенный для подключения входом к выходу источника первичного электропитания, усилитель мощности с силовым трансформатором на выходе, щиротно-импульсный модулятор на операционном усилителе, инверный усилитель 37 переключается в состояние г тирующий вход которого подключен к вы- с высоким потенциалом на выходе. При этом

снова срабатывает защита. Путем изменения номиналов резисторов 34-36 в резистивном

делителе 33 смещения можно регулировать пороги срабатывания операционного усилиходу генератора пилообразного напряжения, неинвертирующий - к выходу управляемого делителя, а выход - к входу усилителя мощности, первый канал выходного стабилизированного напряжения с выпрямителя 37. Резисторы 38 и 39 обратной связи 40 телем, LC-фильтром, блоком сравнения и блообеспечивают гистерезисный характер переключения операционного усилителя 37 в режиме компаратора.

Цепь 27 задержки, которая может быть выполнена в виде / С-цепи, и блокирующий

ком оптронной обратной связи, состоящим из светодиода оптрона и управляемого делителя из фотодиода оптрона и резистора, подключенного к выходу источника опорного напряжения, второй канал выходного стабилидиод 30 обеспечивают задержку срабатыва- зированного напряжения с выпрямителем, НИИ защиты на вре.мя включения устройства. сглаживающим конденсатором и линейным стабилизатором, отличающийся тем, что, с

целью повышения надежности преобразователя путем защиты от изменении входного и

После срабатывания защиты устройство надо выключить и снова включить.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает формирование стабили- выходных напряжений сверх заданных пре- зированных выходных напряжений в задан- делов, защиты от перегрузок по току и ко- ных пределах, защиту стабилизированного преобразователя и потребителей при изменении входного и выходных напряжений всех

заданных пределов и коротком замыкании

роткого замыкания на выходах, введены блокирующая цепь на тиристорном оптроне, операционный усилитель, два резистивных делителя, резистивный делитель смещения из на выходе устройства. Кроме того, описанная 55 трех последовательно соединенных резисто- в устройстве схема защиты сохраняет ра- ров, три блокирующих диода, два резнстив- ботоспособность в щироко.м диапазоне регу- ных сумматора, два резистора обратной свя- лирования напряжения 72, не требуя до- зи, разделительный конденсатор, цепь занолнительной регулировки и обеспечивая защиту линейного стабилизатора 26 за счет автоматической подстройки под оптимальный режим стабилизации. Действительно, для получения больших значений выходного напря жения UZ требуется и большое значение напряжения на входе линейного стабилизатора 26 (иначе упомянутый стабилизатор напряжения выходит из режима стабилизации). При этом соотношение между вход- ным и выходным напряжениями линейного стабилизатора 26 оптимально и схема защи-

ты остается работоспособной. Для получения меньших значений выходного напряжения U2 требуются и меньшие значения напряжения на входе линейного стабилизатора 26 (иначе

1 i 1 П П С Г i П U 1 « V I 43 /И Jl П О d 1 J U d U fl П d Ч t

из-за большой рассеиваемой мощности ста- билизатор может выйти из строя). При этом

соотношение между входными и выходны- .ми напряжениями линейного стабилизатора

и схема защиты будет работоспособна. Если оптимальное соотношение напряжений нару-

26 останется тем же (т. е. оптимальным)

и схема защиты будет работоспособна. Если оптимальное соотношение напряжений нару-

рующего элемента линейного стабилиза- тора 26.

шено, то схема зашиты сработает. Кроме того, схема защиты сработает и в случае, если происходит пробой или обрыв регулиШ- й источник опорного напряжения, пред-

назначенный для подключения входом к выходу источника первичного электропитания, усилитель мощности с силовым трансформатором на выходе, щиротно-импульсный мотирующий вход которого подключен к вы-

ходу генератора пилообразного напряжения, неинвертирующий - к выходу управляемого делителя, а выход - к входу усилителя мощности, первый канал выходного стабилизированного напряжения с выпрямителем, LC-фильтром, блоком сравнения и блоком оптронной обратной связи, состоящим из светодиода оптрона и управляемого делителя из фотодиода оптрона и резистора, подключенного к выходу источника опорного напряжения, второй канал выходного стабилизированного напряжения с выпрямителем, сглаживающим конденсатором и линейным стабилизатором, отличающийся тем, что, с

теля путем защиты от изменении входного и

выходных напряжений сверх заданных пре- делов, защиты от перегрузок по току и ко-

держки и развязывающий диод, причем ре- зистивные делители включены соответственно в первый и второй каналы преобразователя, резистивный делитель смещения включен на выходе линейного стабилизатора, блокирующая цепь из последовательно соединенных резистора и фототиристора оптро- на, вход которой предназначен для подключения к выходу источника первичного электропитания, а ее выход - к аноду развязывающего диода, катод которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя щиротно-импульсного модулятора, выход первого резистивного делителя через разделительный конденсатор подключен к выходу второго резистивного делителя, к катоду первого и аноду второго блокирующих диодов, анод первого из них подключен к первому входу первого резистивного сумматора, катод второго блокирующего диода подключен к первому входу второго резистивного сумматора, точка соединения первого и второго резисторов резистивного делителя смещения подключена к второму входу первого резистивного сумматора, точка соединения второго и третьего резисторов упомянутого делителя подключена к второму входу второго резистивного сумматора, выходы первого и второго резистивных сумматоров подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя, выход которого соединен со светодиодом тиристорного оптрона и через первый и второй резисторы обратной связи подключен соответственно к неинвертирующему входу операг ционного усилителя и выходу второго резистивного делителя, выход цепи задержки, подключенной к выходу линейного стабилизатора, через.третий блокирующий диод соединен с инвертирующим входом операционного усилителя.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения с несколькими выходами, и может быть использовано в различных устройствах электропитания радиоаппаратуры, средств связи и вычислительной техники специального и общего назначения. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя путем защиты его от изменений входного и выходных напряжений сверх заданных пределов, защиты от перегрузок по току и короткого замыкания на выходах. При уменьщении напряжения на входе устройства ниже заданного напряжение на выходе резистивного делителя 24, подключенного через конденсатор 23 и выпрямитель 19 к вторичной обмотке 17 силового трансформатора 14 усилителя мощности, уменьщается. При этом за счет встречно- параллельного включения блокирующих диодов 28 и 29 потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 37 становится ниже потенциала неинвертирующего входа упомянутого усилителя. Это приводит к переключению операционного усилителя 37 в состояние с высоким потенциалом на выходе. Через светодиод оптрона 6 начинает протекать ток, и включается фототиристор оптрона, входящий в состав блокирующей цепи, подключенной через щиротно-и.мпульсный модулятор к управляющему входу усилителя мощности. Положительный потенциал с выхода блокирующей цепи запрещает формирование управляющих импульсов, и преобразователь выключается. Аналогично устройство работает и при других указанных вы- ще аварийных ситуациях. 2 ил. т I (Л со о со го Риг. г

О-

Составитель О. Мещерякова Техред И. ВересКорректор А. Обручар

Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государствеикого комитета СССР по делам изобретений и открытий

П3035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4,/5 Произнодственно-иолиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фаг.1