Стабилизированный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 H02M7/537 

. 1 1325635 Изобретение относится к преобразожеря

нательной технике и может быть использовано с системах вторичного электропитания.

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей и повьшшние надежности.

На фиг. 1. представлена схема преобразователя;напряжения.

на фиг.2 - диаграммы

Стабилизированный преобразователь напряжения содержит последовательно соединенные помехоподавляющий фильтр 1, сетевой выпрямитель 2, однотактны преобразователь 3, выходной выпрямитель 4, ключ 5, цепь 6 задержки наратания тока ключа 5, выходной фильтр 7, параллельно входу которого включена цепь 8 задержки нарастания напряжения на ключе 5, дополнительный источник 9 питания, подключенный к выходу помехоподавляющего фильтра 1, блок 10 управления, соединенный первым и вторым выходами с управляющими входами преобразователя 3 и ключа 5 соответственно и содержащий стабилизатор 11 напряжения, задающий генератор 12, подключенный выходом к входу генератора 13 пилообразного напряжения, соединенного выходом с одним входом компаратора 14, другой его. вход соединен с выходом усилителя 15 постоянного тока, соединенный входом с выходом выходного фильтра 7, первую цепь 16 задержки, соединенную входом с задающим генератором 12, а выходом - с вторым входом второй схемы И 17, вторую цепь 18 задержки, соединенную входом с выходом компаратора 14, первым входом второй схемы И 17, объединенными выходами первого 19 и второго 20 порогового элементов, а выходом - с вторым входом первой схемы И 21, первый вход которой соединен с генератором 12, а третий вход - с выходом третьего порогового элемента 22, входы пороговых элементов 19 и 20 соединены с выходом источника 9, который через диод 23 соединен с стабилизатором 11, а к выходу подключен вход порогового устройства 22, выходы схем И 21 и 17 подключены к усилителям 24 и 25, выходы которых через трансформаторы соединены с управляющими входами преобразователя 3 и ключа 5 соответственно.

2

0

5

0

30

На приведенных диаграммах напряжения (фиг,2) индексы указывают напряжения соответствующих блоков.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении устройства напряжение сети подается через выпрямитель 2 на преобразователь 3 и через дополнительный источник 9 питания на блок 10 управления. Причем на преобразователь 3 и на блок 10 подается вьптрямленное несглаженное напряжение с удвоенной частотой сети. В блоке 10 это напряжение после развязывающего диода 23 сглаживается и подается- на стабилизатор 11, которьй питает блок 10. Как только напряжение на выходе стабилизатора 1 достигает установленной величины (фиг. 26) и все узлы блока 10 начинают устойчиво работать, так пороговый элемент 22 (фиг.2в) выдает сигнал разрещения на прохождение импульсов управления 25 на вход преобразователя 3. Импульсы управления формируются задаклцим генератором 12, с выхода которого они подаются одновременно на первый вход схемы 21, генератор 13 пилообразного напряжения и цепь 16 задержки. Генератором 13 прямоугольные импульсы преобразуют в пилообразное напряжение той же частоты, которое подается на один вход компаратора 14. На другой его вход подается выходное напряжение усилителя 15 постоянного тока, который усиливает разностный сигнал между выходным напряжением и опорным. При этом компаратор 14 формирует иМпульс, пропорциональный разности сравниваемых сигналов. Этот импульс подается одновременно на первый вход схемы И 17 и вторую цепь 18 задержки, а импульс с выхода первой цепи 16 задержки подается на ее второй вход.

Разностный по длительности импульс поступает на вход усилителя 25, усиленные им импульсы управляют ключом 5 (схема- И 21 формирует разностный по длительности импульс от генератора 12 и от второй цепи 18 задержки). Этот импульс поступает на вход усилителя 24, усиленные им импульсы управ- ц( ляют преобразователем 3. При воздействии всех дестабилизирующих факторов выходное напряжение усилителя 15 изменяет длит ел1 ность импульса с компаратора 14, а следовательно, и вы35

40

4

5С

ходные импульсы с усилителей 24 и 25 так, что выходное напряжение остается неизменным. Цепь 16 задержки обеспечивает задержку включения ключа 5 по отношению к преобразователю 3, а цепь 18 обеспечивает задержку выключения преобразователя 3 по отношению к ключу 5. Поэтому включение и выключение преобразователя 3 происходит при отключенной нагрузке, т.е. на холостом ходу, а следовательно, коммутируемая мощность транзистором преобразователя 3 составляет единицы-десятки ватт.

Снижение коммутируемой мощности до тех же величин на ключе 5 обеспечивают цепи 6 и 8 задержки нарастания тока и напряжения коллектора ключа 5. Но импульсы управления подаются 2о ДУющим причинам: для частот свьше на преобразователь 3 и ключ 5 только Ю кГц емкость конденсатора выходно- при определенных значениях величин го фильтра 7 снижается в несколько выпрямленного напряжения, поступающего на преобразователь 3 и блок 10 (фиг.2а). Когда выпрямленное надряже- 25 выходного фильтра 7 определяется до- ние (фиг.2а) становится больше мини- пустимой величиной подъемов (прова- мапьно установленной величины, тогда пороговый элемент 19 (фиг.2г) .вьщает сигнал разрешения на прохождение импульсов управления на преобразователь зо несколько раз против расчетной, что- 3 и ключ 5 (фиг.2е). Когда выпрямлен- бы обеспечить устойчивость и эаданраз, а для частоты 100 Гц практически неизменная; емкость конденсатора

лов) выходного напряжения при импульсной нагрузке, т.е. практически емкость фильтра 7 увеличивается в

ное напряжение становится больше максимально установленной величины, тогда пороговый элемент 20 выдает сигнал запрета (фиг.2д) на прохождение импульсов управления на преобразова- тёль 3 и ключ 5 (фиг,2е). При снижении напряжения ниже максимально установленной величины, пороговый элемент 20 вьщает сигнал разрешения (фиг.2д) на прохождение импульсов управления на преобразователь 3 и ключ 5, а когда оно становится ниже минимально установленной величины, тогда пороговый элемент 19 в,ыдает сигнал запрета (фиг,2г) на прохождение импульсов.

Таким образом, выпрямленное, но не сглаженное напряжение сети преобразуется в пачки высокочастотных импульсов, следующих с удвоенной частотой сети и в зависимости от напряжения сети (фиг,2а) пачка может состоять из двух частей. Эта последовательность пачек высокочастотных импульсов , вьшрямленная выходным выпрямителем 4 (фиг.2ж), подается через ключ 5 и цепи 6 и В задержки на выходной фильтр 7, который сглаживает

их до заданной величины пульсации низкочастотной (удвоенная частота сети) и высокочастотной (частота преобразования) составляющей, т.е. фильтр 7 вьтолняет одновременно функции сетевого низкочастотного и выходного высокочастотного фильтра.

Кроме этого, пороговый элемент 20 обеспечивает защиту преобразователя 3 от входных перенапряжений. При увеличении входного напряжения (фиг.2а,д) транзисторы преобразователя выключаются, а в выключенном состоянии транзисторы выдерживают значительно более высокие напряжения (и, .- статическое), чем в режиме переключения (U ,., огр.). Целесообразность этого определяется по слеДУющим причинам: для частот свьше Ю кГц емкость конденсатора выходно- го фильтра 7 снижается в несколько выходного фильтра 7 определяется до- пустимой величиной подъемов (прова- несколько раз против расчетной, что- бы обеспечить устойчивость и эаданраз, а для частоты 100 Гц практически неизменная; емкость конденсатора

ДУющим причинам: для частот свьше Ю кГц емкость конденсатора выходно- го фильтра 7 снижается в несколько выходного фильтра 7 определяется до- пустимой величиной подъемов (прова- несколько раз против расчетной, что- бы обеспечить устойчивость и эаданлов) выходного напряжения при импульсной нагрузке, т.е. практически емкость фильтра 7 увеличивается в

35

ные пульсации на высокой частоте и при импульсной нагрузке. Поэтому в схеме стабилизированного преобразователя этой емкости с учетом сглаживающего действия обратной связи достаточно без сетевого фильтра.

Таким образом, устройство обеспечивает уменьшение габаритов и повы- 40 шение надежности за счет исклочения сетевого фильтра с ограничением тока заряда фильтра, обеспечения гарантированного сдвига на включение- выключение транзистора преобразователя и ключа, выбора алгоритма работы, обеспечивакщего оптимальный режим работы транзисторов, защиты транзисторов от входных перенапряжений без дополнительных аппаратных затрат (без введения устройства защиты от перенапряжений).

Формула изобретения

gg Стабилизированный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий последовательно соединенные сетевой вьшрямитель, однотактный преобразователь, выходной вьшрями45

50

тель, один выход которого соединен с входом ключа, выходом соединенного с входом цепи задержки нарастания тока ключа, выход которой и другой выход выходного выпрямителя подключен с последовательно соединенными цепью задержки нарастания напряжения на ключе и выходным фильтром, выходы которого образуют выходные выводы, домы И, вход первой цепи задержки соединен с выходом задающего генератора, а выход компаратора соединен с входом второй цепи задержки и первым входом второй схемы И, выходы первой и второй схемы И соединены с входами первого и второго усилителей соответственно, выходы которых являются выходами блока управления, ..„. .-,„.„„,, f luicM выходами олока управления ста- полнительный источник питания, входом О билизатор напряжения о т л и ч а ю подключенный V avnm.ti.ii ,.. л ч d К)

подключенный к входным выводам, блок управления, соединенный первым выходом с управляющим входом однотактно- го преобразователя, а вторым выходом - с управляющим входом ключа, и содержащий задающий генератор, подключенный выходом к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним входом компаратора другой вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, соединенного входом, являющимся входом блока управления, с выходными выводами устройства, первую и вторую цепи задержки, выход первой и вход второй цепей задержки подключены к первому и второму входам второй схемы И, а вход первой и выход второй цепей задержки подключены к первому и второму входам первой схе20

щ и и с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и повьлчения надежности, введены развя- зывающий диод, подключенный анодом 5 к выходу дополнительного источника, а-катодом - к входу стабилизатора напряжения, а также первый, второй, третий пороговые элементы, причем входы первого и второго пороговых элементов подключены к выходу дополнительного источника, объединенные выходы которых соединены с входом второй цепи задержки, выход стабили- затора соединен с входом третьего порогового элемента, выход которого подключен к третьему входу первой схемы И, вторые входы пороговых элементов соединены с общим выводом дополнительного источим - ка.

1325635

мы И, вход первой цепи задержки соединен с выходом задающего генератора, а выход компаратора соединен с входом второй цепи задержки и первым входом второй схемы И, выходы первой и второй схемы И соединены с входами первого и второго усилителей соответственно, выходы которых являются выходами блока управления, стаluicM выходами олока управления ста- билизатор напряжения о т л и ч а ю luicM выходами олока управления ста- О билизатор напряжения о т л и ч а ю л ч d К)

0

щ и и с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и повьлчения надежности, введены развя- зывающий диод, подключенный анодом 5 к выходу дополнительного источника, а-катодом - к входу стабилизатора напряжения, а также первый, второй, третий пороговые элементы, причем входы первого и второго пороговых элементов подключены к выходу дополнительного источника, объединенные выходы которых соединены с входом второй цепи задержки, выход стабили- затора соединен с входом третьего порогового элемента, выход которого подключен к третьему входу первой схемы И, вторые входы пороговых элементов соединены с общим выводом дополнительного источим - ка.

,« f)

)

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для вторичных источников питания. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей и повышение надежности. Преобра- збватель содержит помехоподавляющий фильтр 1,сетевой выпрямитель 2, од- нотактный преобразователь 3, выходной выпрямитель 4, ключ 5, цепь 6 задержки нарастания тока ключа 5,выходной фильтр 7, цепь 8 задержки нарастания напряжения на ключе 5. Дополнительный источник 9 питания содержит на выходе выпрямитель 23 и стабилизатор 11 напряжения. Блок 10 управления выполнен на задающем генераторе 12, генераторе пилообразного напряжения 13, компараторе 14, усилителях 15, 24 и 25, элементах И 17 и 21, цепях задержки 16 и 18. Введение в блок 10 пороговых элементов 19, 20 и 22 и подключение блока 10.к напряжению сети обеспечивает надежное управление преобразователем 3 и ключом 5 за счет исключения сетевого фильтра с ограничением тока заряда фильтра и обеспечения гарантированного сдвига на включение - выключение транзисторов. Выбор алгоритма работы обеспечивает защиту транзисторов от входных перенапряжений без дополнительных устройств защиты. 2 ил. S 7 W 00 to ел о оо О1 J

Редактор М.Бланар

Составитель Н.Цишевская

Техред В.КадарКорректор Т.Колб

Заказ 3121/52

Тираж 659Подписное

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, 7