Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК G05F1/46 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение стабильности выходного напря- женид и снижение пульсаций входного напряжения,

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Двухтактньй преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит двухтактный автогенератор 1 с транзисторными переключающими элeмeнтa ш 2 и 3, выходным трансформатором 4, имёкхцим первичную обмотку 5, выполненную со средним выводом, первую 6, вторую 7 и третью 8 вто- ричные обмотки с защитными диодами 9-12 и резистором 13, двухтактный усилитель. 14 мощности с транзисторами 15 и 16, первым 17 и вторым 18 выходными трансформаторами, имеющими соответственно первичные обмотки 19 и 20, выполненные со средними вьшо- дами, вторичные обмотки 21 и 22, дополнительные обмотки 23 и 24, разме щенные на магнитопроводах ортогональ- 30 и 16 усилителя 14 мощности попеременно остальным обмоткам,, с дросселями 25 и 26, защитными диодами 27 и 28 и резистором 29, первый 30, второй 31 и третий 32 выпрямители, первьй 33, второй 34 и третий 35 фильтры, узел 36 управления, транзисторньй регулятор 37 напряжения, вспомога- тельньй источник 38 постоянного напряжения и.,,„ . Входные выводы 39 и

I f - °

40 устройства предназначены для подключения источника преобразуемого постоянного напряжения а выходные выводы 41 и 42 устройства - для подключения нагрузки.

Коллекторы транзисторов 2 и 3 через диоды 11 и 12 подключены к первичной 5, а базы через резистор 13 - ко вторичной 6 обмоткам трансформатора 4. Базы транзисторов 15 и 16 через резистор 29 соединены со вторичной обмоткой 7 трансформатора 4, а коллекторы подключены к одним из крайних выводов соответственно первичных обмоток 19 и 20, трансформаторов 17 и 18, другие крайние вьгаоды которых соединены с коллекторами соответственно транзисторов 2 и З.Первый входной вьшод 39 устройства подключен к общей шине автогенератора

и усилите.пя 14 мощности, а второй входной вывод 40 соединен со средним вьшодом первичной обмотки 5 трансформатора 4 непосредственно, а со средними выводами первичных обмоток 19 и 20 трансформаторов 17 и 18 - через дроссели 25 и 26. Входы выпрямителей 30 - 32 подключены соответственно ко вторичным обмоткам 21,22 и 8 трансформаторов 17,18 и 4, а выходы - ко входам соответственно фильтров 33-35. Выходы последних включены последовательно и соединены с входом узла 36 управления и с выходными выводами 41 и 42 устройства. Выход узла 36 управления подключен ко входу регулятора- 37 напряжения, выходная цепь которого через последовательно включенные дополнительные обмотки 23 и 24 трансформаторов 17 и 18 соединена с выходом вспомогательного источника 38 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства постоянного напряжения Ugi автогенератор 1 начинает генерировать прямоугольные колебания. Транзисторы 15

но находятся в проводящем и закрытом состоянии, в аналогичном состоянии находятся транзисторы 2 и 3 автогенератора 1. Со вторичной обмотки 8

трансформатора 4 автогенератора 1 . напряжение через выпрямитель 32 и фильтт) 35 Поступает на выход устройства. При открытом транзисторе 15 напряжение с трансформатора 17 через

вторичную обмотку 21, выпрямитель 30 и фильтр 33 также поступает на выход устройства, а в трансформатор 18 при закрытом транзисторе 16 ток протекает через обмотку 20 и транзистор 3,

наводя напряжение на вторичной обмотке 22. Это напряжение поступает на выход устройства через выпрямитель 31 и фильтр 34.

При смене полярности управляющего

напряжения открывается транзистор 16, через который продолжается трансформация входного напряжения IJ на выход устройства, а трансформация при закрытом транзисторе 15 обеспечивается через транзистор 2. Диоды 11 и 12 отсекают напряжение, превышакщее удвоенное напряжение питания, и обесг печивают нормгшьное функционирование автогенератора 1. С выхода устройства через узел 36 управления передается управляющий сигнал на вход регулятора 37. Транзистор регулятора 37 открывается, и через обмотки 23 и 24 трансформаторов 17 и 18 начинает про- текать ток, вызывающий возникновение поперечной индукции:

.В.

ср ср

где I - ток, протекающий через регулятор 37; - число витков в обмотках

23 и 24; FJ. - средняя дпина магнитной

силовой линии.

Индукция во вторичных обмотках 21 и 22 трансформаторов 17 и 18 будет определяться как

В у 1 - B,VB| ,

где Bg - индукщГя насыщения.

При отсутствии тока, протекающего через регулятор 37, индукция в магни топроводах трансформаторов 17 и 18 будет изменяться от -Вр до +Вр, где /В / Bg . При появлении тока, про- текающего через регулятор 37, индук- ция, определяемая частью полупериода в магнитопроводах трансформаторов 17 и 18 постоянна и характеризуется равенством (2), т.е. трансформаторы 17 и 18 будут находиться в режиме насыщения. На этом этапе напряжения на обмотках трансформаторов 17 и 18 равны нулю, а через дроссели 25 и 26 протекает ток, обеспечивакидий накопление энергии при переключении тран- зисторов 2,3,15 и 16. К первичным обмоткам 19 и 20 трансформаторов 17 и 18 прикладывается напряжение, наведенное на дросселях 25 я 26, и напряжение, питающее устройство (по зако- ну обеспечения постоянного тока через индуктивный элемент - дроссель). На вторичных обмотках 21 и 22 трансформаторов 17 и 18 наводится напряжение, которое передаётся в накопи- тельные элементы - фильтры 33 и 34 и в нагрузку. Напряжения на выходах фильтров 33 и 34 определяются следу- ющим условием:

и.ы. -UB -Q--- где Uj, и и jy - входное и выходное напряжения устройства;

с

W

п - коэффициент трансформации трансформаторов 17 и 18; Q - скважность работы трансформаторов 17 и 18 (т.е. отношение к периоду времени пребывания трансформаторов в насыщенном состоянии). . Индуктивность дросселей 25 и 26 рассчитьтается из условия безразрывности тока:

АР

U9)

41

Rv, MUH

f -Q

(4)

20

,5 , , . . ггп

где I a .. , - минимальный входной

И 3t - М И

ток;

f частота коммутации, : , определяемая автогенератором 1.

С изменением подмагничивающего тока через обмотки 23 и 24 изменяется величина Q, а следовательно, и выходное напряжение U. ,„ устройства.

вЫ X

Напряжение с выхода автогенератора 1 поступает на выход устройства через вьтрямитель 32 и фильтр 35 не стабилизированным, к нему вольтодобавочно подключены выходы трансформаторов 17 и 18 через вьтрямители 30 и 31 и .фильтры 33 и 34. Такое подключение повышает КПД и обеспечивает стабильность выходного напряжения Р замыкании цепи обратной связи с использованием узла 36 управления. Выходное напряжение U будет поддерживаться на заданном уровне, точность которого определяется коэффициентом усиления усилителя сигнала рассогласования и качеством опорного напряжения. Узел 36 управления выполнен таким образом, что при увеличении сигнала на входе происходит з акрыва- ние транзистора регулятора 37. Частота автогенератора 1 может быть выбрана высокой, так как сквозные токи в данном устройстве отсутствуют из-за включения дросселей 25 и 26, а интервал одновременного открытого состояния транзисторов определяет минимальную паузу при регулировании.

В предлагаемом устройстве автогенератор дополнительно к основной функции - формированию симметричного прямоугольного напряжения обеспечивает передачу части входной мощности

на выход устройства (обеспечение вольтодобавки), а транзисторы 2 и 3 автогенератйра 1 совместно с транзисторами 15 и 16 и трансформаторами 17 и 18 образуют два самостоятельных усилителя мощности: транзисторы 2,15 и трансформатор 17 - первый усилитель мощности, транзисторы 3j,16 и трансформатор 18 второй усилитель мощности.

Использование изобретения позволяет повысить стабильность выходного напряжения при высоком КПД устройства и малых входных пульсациях, упро1325А326

ходные выводы устройства, предназначенные для подключения нагрузки,вспомогательный источник постоянного напряжения, отличающийся 5 -тем, что, с целью повьппения стабильности выходного напряжения и снижения пульса1щй входного напряжения, в него введены второй и третий выпрямители, второй и третий фильтры, транзистор- 10 ньй регулятор напряжения и узел управления, вьпсодной трансформатор автогенератора снабжен третьей вторичной обмоткой, а усилитель мощности - двумя дросселями и вторым выходным стить схему при одновременном обеспе- 15 трансформатором, аналогичным первому чении гальванического разделения и наделенным, как и первый выходной входных и ВЫХ.ОДНЫХ цепей.трансформатор, дополнительной обмоткой, размещенной на магнитопроводе ортогонально остальным обмоткам, при- 20 чем входы второго и третьего выпрямителей соединены с вьшодами соответственно вторичной обмотки второго выходного трансформагтора усилителя мощности и третьей вторичной обмотки автогенератора, входы второго и третьего фильтров подключены к выходам соответственно второго и третьего выпрямителей, а выходы включены последовательно с выходом первого фильтра 30 и соединены с входом узла управления и с вьшодами дцля подключения нагрузп ки, выход узла управления подключен к входу регулятора напряжения, выходная цепь которого через последоваФормула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий двухтактньй автогенератор, вьшолненный на транзисторных переключающих элементах, коллекторные цепи которых подключены в первичной, а базовые цепи - к первой вторичной обмотке выходного трансформатора автогенератора, двухтактньй усилитель мощности, вьтолненньш на ключевых транзисторных каскадах, базовые цепи которых соединены с вьгоодами второй вторичной обмотки выходного трансформатора автогенератора, а коллектор

25

первого транзистора подключен к одно- 35 тельно включенные- дополнительные 66му из крайних вьшодов первичной обмотки первого выходного трансформатора усилителя мощности, имекнцей средний вывод, первый выпрямитель, вход которого соединен с вьшодами- вторичной обмотки первого выходного трансформатора усилителя мощности, первьй фильтр, вход которого подключен к вькоду первого выпрямителя.

мотки выходных трансформаторов уси- лито ,.я мощности соединена с выходом вспомогательного источника постоянного напряжения, средние вьшоды первич- 40 ных обмоток выходных трансформаторов усилителя мощности через соответству- няцие дроссели подключены к второму входному вьшоду устройства, коллектор второго транзистора усилителя входные выводы устройства, предназна- 5 мощности соединен с одним из крайних ченные для подключения источника пре- вьшодов первичной обмотки второго выобразуемого постоянного напряжения, первьй из которых соединен с общей шиной автогенератора н усилителя мощности, а второй - со средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора автогенератора, выходного трансформатора усилителя мощности, а другие крайние вьшоды первичных обмоток выходных трансформа- 50 торов усилителей мощности подключены к коллекторам транзиствров автогенератора.

ВНИИПИ Заказ 3107/42 Тираж 863 Подписное Произв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

мотки выходных трансформаторов уси- лито ,.я мощности соединена с выходом вспомогательного источника постоянного напряжения, средние вьшоды первич- 40 ных обмоток выходных трансформаторов усилителя мощности через соответству- няцие дроссели подключены к второму входному вьшоду устройства, коллекходного трансформатора усилителя мощности, а другие крайние вьшоды первичных обмоток выходных трансформа- 50 торов усилителей мощности подключены к коллекторам транзиствров автогенератора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения и снижение пульсаций входно- го напряжения. Автогенератор 1 дополнительно к основной функции - формированию симметричного прямоугольного напряжения обеспечивает подачу части входной мощности на выход устройства, через выпрямитель 32 и фильтр 35. Трансформаторы 2,3 автогенератора 1 совместно с транзистором 15,16 и трансформаторам 17,18 образуют два самостоятельных усилителя мощности. С изменением подмагничивающего тока через ортогонально размещенные дополнительные обмотки 23,24 изменяется скважность работы трансформаторов 17,18 и обеспечивается обработка отклонений выходного напряжения преобразователя. Наличие-в устройстве дросселей 25,26 предопределяет ис- |ключение сквозных токов и как следствие снижение пульсаций во входном напряжении. J ил. а S