Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M7/537 

1 1325647 зобретение относится к элект эо тк з т п д т ж д т с т в н в о о н

технике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизированного преобразователя постоянного напряжения .

На фиг. представлена электрическая схема стабилизированного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы работы стабилизированного преобразователя постоянного напряжения при коэффициенте заполнения управляющих импульсов, равном 0,25; на фиг, 3 - то же, при коэффициенте заполнения управляющих импульсов, равном 0,5.

20

На фиг . 2 и 3 цифрами обозначены: 17(18) - напряжение коллектор-эмит- тер регулнруюшег о транзистора 1(2); 19(20) - ток, протекающий по ветви коллектор-эмиттер регулирующего транзистора 1(2) - первичная обмотка трансформатора 3(4); 21(22) - ток, протекающий по ветви рекуперационный диод 7(8) - отвод пефвичной обмотки трансформатора 4(3); 23(24) - напряжение на катоде дополнительного диода 13(14) относительно его анода; 25 - напряжение на первичной обмотке трансформатора 3 относительно минусового входного вывода преобразователя (напряжение на первом выводе пер вичной обмотки трансформатора 3 относительно ее отвода; напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3 относительно анода диода DLC-фильтра ); 26 - напряжение на первичной обмотке трансформатора 4 относительно коллектора регулирующего транзисСтабилизированный преобразователь содержит два регулирующих транзистора 1 и 2, два трансформатора 3 и 4, каждый из которых имеет первичную обмотку, снабженную отводом, и вторич--,ц тора 2 (напряжение йа первом выводе ную обмотку, два выпрямительных 5 первичной обмотки трансформатора 4 и 6 и два рекуперационных 7 и 8 дио- относительно ее отвода; напряжение да, DLC-фильтр 9-11, вход которого че- на вторичной обмотке трансформатора рез вьтрямительные диоды подключен к 4 относительно анода DLC-фильтра выводам вторичных обмоток трансформа- 9-11); 27(28) - напряжение на катоде

рекуперационного диода 7(8) относительно его анода; 29 - ток через дроссель DLC-фильтра 9-11.

торов, а выход - к выходным выводам блок 12 уйравления, своими входами подключенный к выходным выводам, а выходами - к уйравляющим входам регу

лируТющих транзисторов 1 и 2, два до- На фиг. 2 и 3 приняты следующие полнительных диода 13 и 14 и два кон- 35 обозначения: Е - напряжение первично- денсатора 15 и 16, которые включены го источника питания; -dE - напряже- параллельно дополнительным диодам. Положительный входной вывод непосредственно подключен к выводу первичной обмотки трансформатора 4 и чение, формируемое на дополнительных . конденсаторах 15 и 16; п - отношение числа витков вторичной обмотки к пер- 50 вичной трансформаторов 3 и 4; п рез анод-катод дополнительного диода 13 и коллектор-эмиттер регулирующего транзистора 1 подключен к выводу первичной обмотки трансформатора 3. Другой вывод первичной обмотки трансфор- 5 витков первичной обмотки от отвода

матора 3 подключен к минусовому входному выводу, который через катод-анод дополнительного диода 14 и эмиттер- коллектор регулирующего транзистора 2 подключен к другому выводу первичной обмотки трансформатора 4. Отвод первичной обмотки трансформатора 3 через катод-анод рекуперационного диода 8 подключен к эмиттеру регулирующего транзистора 2, а отвод первичной обмотки трансформатора 4 через анод-катод рекуперационного диода 7,подключен к коллектору регулирующего транзистора 1.

5

0

На фиг . 2 и 3 цифрами обозначены: 17(18) - напряжение коллектор-эмит- тер регулнруюшег о транзистора 1(2); 19(20) - ток, протекающий по ветви коллектор-эмиттер регулирующего транзистора 1(2) - первичная обмотка трансформатора 3(4); 21(22) - ток, протекающий по ветви рекуперационный диод 7(8) - отвод пефвичной обмотки трансформатора 4(3); 23(24) - напряжение на катоде дополнительного диода 13(14) относительно его анода; 25 - напряжение на первичной обмотке трансформатора 3 относительно минусового входного вывода преобразователя (напряжение на первом выводе первичной обмотки трансформатора 3 относительно ее отвода; напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3 относительно анода диода DLC-фильтра ); 26 - напряжение на первичной обмотке трансформатора 4 относительно коллектора регулирующего транзис,ц тора 2 (напряжение йа первом выводе первичной обмотки трансформатора 4 относительно ее отвода; напряжение на вторичной обмотке трансформатора 4 относительно анода DLC-фильтра 9-11); 27(28) - напряжение на катоде

тельно его анода; 29 - ток через дроссель DLC-фильтра 9-11.

На фиг. 2 и 3 приняты следующие 35 обозначения: Е - напряжение первично- го источника питания; -dE - напряже-

ние, формируемое на дополнительных . конденсаторах 15 и 16; п - отношение числа витков вторичной обмотки к пер- 50 вичной трансформаторов 3 и 4; п отношение числа витков первичной обмотки от отвода до другого вывода к числу витков всей первичной обмотки трансформатора 3 и отношение числа

до одного вывода к числу витков всей первичной обмотки трансформатора 4; ; 1 - максимальные значения токов намагничивания (токов холостого хода),

50 протекающим по первичным обмоткам трансформаторов 3(4) в момент включенных регулирующих транзисторов 2); 1,,„ 1,м«кс минимальное и максимальной значения токов регулирую55 щих транзисторов 1 и 2.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

Рег улирующие транзисторы 1 и l работают поочередно и управляются широтно-модулированными импульсами напряжения, формируемыми блоком 12 управления в зависимости от рассогласования выходного и эталонного напряжений, сдвинутыми на половину периода коммутации устройства и длительностью не более 0,5 Т, где Т - период коммутации.

В моменты времени tp-Ц (фиг. 2) регулирующий транзистор 1 открыт и напряжение питания через дополнительный диод 13 поступает на первичную обмотку трансформатора 3.

Во вторичной обмотке трансформатора 3 наводится ЭДС, под действием которой по цепи 5-10-11 и нагрузку протекает ток. В этот же промежуток времени (tg-t ) в сердечнике трансформатора 3 накапливается реактивная энергия. В момент времени регулирующий транзистор 1 выключается и на первичной обмотке трансформатора 3 возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой открывается рекуперацион- ный диод 8 и по цепи отвод - другой вывод первичной обмотки трансформатора 3-16-8 запасенная в сердечнике трансформатора 3 энергия рекуперируется на конденсатор 16. Это процесс продолжается до момента времени t..

При этом конденсатор 16 заряжается до величины лЕ. В момент времени 0,5 Т включается регулирующий- транзистор 2 и напряжение Е+4Е, образованное первичным источником и конденсатором 16, прикладывается к первичной обмотке трансформатора 4. Под

5

10

запасенная энергия в сердечнике тран форматора 4 рекуперируется на конден сатор 15. За это время конденсатор 15 заряжается до напряжения лЕ. В момент времени Т регулирующий транзи тор 1 включается и на первичную обмотку трансформатора 3 подается напряжение E+JE, образованное первичны источником и конденсатором 15. Под действием ЭДС, наводимой при этом во вторичной обмотке трансформатора по цепи 5-10-11 и нагрузка - вторичная обмотка трансформатора 3 протекает ток.

Конденсатор 15 начинает разряжать ся. После его разряда на первичную обмотку трансформатора 3 поступает н пряжение Е через дополнительный диод 1 3 .

Далее процессы повторяются аналогично описанным выше. В моменты времени выключенных регулирующих тран15

20

Зисторов 1 и 2 t, - 0,5 Т, t - Т

25

и т.д. постоянство тока на

4 выходе

30

преобразователя обеспечивается за счет энергии, накопленной в дросселе 10 и конденсаторе 11 DLC-фильтра 9-1 Эта энергия передается в нагрузку по цепи 9-10-11 и нагрузка.

При коэффициенте заполнения управ ляющих импульсов, равном 0,5 (фиг.З) выключение регулирующего транзистора 1 будет происходить в момент времени 35 включения регулирующего транзистора 2, т.е. te-t,,5T. В интервале времени 0,5T-tj или t,-t происходит процесс размагничивания сердечника трансформатора 3. В интервале времедействием этого напряжения во вторич- 0,5T-tj или происходит заной обмотке трансформатора 4 в промеряд и разряд конденсатора 16. Время заряда и разряда конденсатора опреде ляется .разностью токов и ijy n. При отрицательной f)a3HocTH (например

жуток времени 0,5 Т - t наводится ЭДС и по цепи вторичная обмотка трансформатора 4-6-10-11 и нагрузка протекает ток.

После окончания разряда конденсатора 16 в момент времени.на первичную обмотку трансформатора 4 поступает напряжение Е через дополнительный диод 14.

В момент времени t, регулирующий транзистор 2 выключается и на первичной обмотке трансформатора 4 возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой открывается рекупераци- онный диод 7 и по цепи отвод - один вывод первичной обмотки трансформатора 4-7-15 в промежуток времени t4-t5

5

10

3647

запасенная энергия в сердечнике трансформатора 4 рекуперируется на конденсатор 15. За это время конденсатор- 15 заряжается до напряжения лЕ. В момент времени Т регулирующий транзистор 1 включается и на первичную обмотку трансформатора 3 подается напряжение E+JE, образованное первичным источником и конденсатором 15. Под действием ЭДС, наводимой при этом во вторичной обмотке трансформатора по цепи 5-10-11 и нагрузка - вторичная обмотка трансформатора 3 протекает ток.

Конденсатор 15 начинает разряжаться. После его разряда на первичную обмотку трансформатора 3 поступает напряжение Е через дополнительный диод 1 3 .

Далее процессы повторяются аналогично описанным выше. В моменты времени выключенных регулирующих тран15

20

Зисторов 1 и 2 t, - 0,5 Т, t - Т

25

и т.д. постоянство тока на

4 выходе

30

преобразователя обеспечивается за счет энергии, накопленной в дросселе 10 и конденсаторе 11 DLC-фильтра 9-11 Эта энергия передается в нагрузку по цепи 9-10-11 и нагрузка.

При коэффициенте заполнения управляющих импульсов, равном 0,5 (фиг.З) выключение регулирующего транзистора 1 будет происходить в момент времени 35 включения регулирующего транзистора 2, т.е. te-t,,5T. В интервале времени 0,5T-tj или t,-t происходит процесс размагничивания сердечника трансформатора 3. В интервале време 0 0,5T-tj или происходит заряд и разряд конденсатора 16. Время заряда и разряда конденсатора определяется .разностью токов и ijy n. При отрицательной f)a3HocTH (например,

45 в момент времени 0,5 Т) этих токов происходит рекуперация энергии, накопленной в сердечнике трансформатора 3, по цепи отвод - другой вывод первичной обмотки трансформатора 350 16-8 в цепи положительный вывод источника питания - первичная обмотка трансформатора 4-2-8 - отвод - другой вывод первичной обмотки трансформатора 4 - минусовой вывод источника пи55 тания. По мере размагничивания транс- форматора ток п , снижается и при достижении равенства ,i , процес заряда конденсатора 16 заканчивается и начинается процесс его разряда.

При этом размагничивание траисфнэр- матора 3 происходит по цепи отвод -- другой вывод первичной обмотки транс форматора 3-16-8 до моМента времени

Процесс размагничивания трансформатора 4 происходит аналогично в интервал .времени t -tyCT-t).

Длительность процессов рекуперации энергии, накопленной в сердечниках трансформаторов при включенных регулирую1цих транзисторах, т.е. интервалы времени ., т -Д. определяются индуктивностью части первичных обмоток трансформаторов, участвующих в процессе размагничивания, и емкостями введенных конденсаторов, а также активными сопротивлениями обмоток и рекуперационных диодов. В эти промежутки времени цепи .размагничивания (15 - часть первичной обмотки трансформатора 4-7j 16-8 часть первичной обмотки трансформатора 3) представляют собой последовательный колебательный контур. Для того, чтобы намагничивающий ток i, в этой цепи спадал до нуля за ограниченный промежуток времени (не более ), необходимо обеспечить колебательный характер процесса, т.е. обес печить выполнение неравенства

R 2УЕс ,

где R - активное сопротивление цепи; С - емкость введенного конденсатора 15(16);

L - индуктивность части первичной обмотки, участвующей в процессе размагничивания. При выполнении вышеуказанного неравенства ток в вьшеуказанных цепях будет спадать за промежуток времени

4t 0,5lfLC ,

Для того, чтобы ток намагничивания спадал до нуля к моменту очередного включения регулирующих транзисторов с учетом того, что коэффициент заполнения управляющих импульсов меньше равен 0,5 необходимо обеспе

3256476

, dt iO,5T, т.е. должно выпо,:нять- ся неравенство

nVLC Т.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два регулирующих транзистора, два трансформатора, имеющих первичную и вторичную обмотки, два выпрямительных и два рекуперационных диода, DLC- фильтр, вход которого через выпрямительные диоды подключен к выводам вторичных обмоток трансформаторов, а выход подсоединен к выходным выводам, блок управления, подключенный входами к выходным выводам, а выхо- дами подсоединенный к управляющим входам регулирующих транзисторов, первичная обмотка второго трансформатора , подключена одним выводом к плюсовому входному выводу, другим соединена с коллектором второго регулирующего транзистора, эмиттер которого подключен к аноду второго ре- куперационного диода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены два дополнительных диода, каждый из которых зашунтирован конденсатором, а первичные обмотки трансформаторой снабжены отводами, причем анод первого дополнительного диода подключен к плюсовому входному выводу, а катод соединен с коллектором лервого регу-; пирующего транзистора и с катодом первого рекуперационного диода, анод которого подключен к отводу первичной обмотки второго трансформатора, при этом эмиттер первого регулирующего транзистора подключен к выводу первичной обмотки первого трансформатора, другой вывод которого подключен к минусовому входному выводу и к катоду второго дополнительного диода, а отвод подключен к катоду второго рекуперационного диода, анод которого подключен к аноду второго дополнительного диода.

/7

(

k

16

E

r°

HV

%

4

19

IM

JMl/H

V

гГ

(//

JW«.--1

r

L 23(.

js:

/:

1 макс

rx.

л/

t

/J

ЛЕ

X.

25

|fffA;f//t;

i

E()

J. t ,1

Ч1--| / ;(4 ; Л;//1)

&f{n,f)lfL

Гк1Ж

I/ .,

ГШ-Г-х|

25

IlMUH-ri I I 11 I I II

t, t «3 t t5 rUr

.2

E()

Ч

AEn;{&B;&En,lt,)

AEi&Elnj-.

j

4ff/7; ;;A;

r t

.,

ГШ-Г-х| It

.Х Г ЛохсЧ

fr X

H . f

2T

f7

E/ffj

I

18

Л.

A,

::

Л,

л A/AW

crr

Изобретение относится к вторич- ньи источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности стабилизированного преобразователя постоянного напряжения. Сущность изобретения состоит в том, что за счет передачи активной энергии, накопленной в сердечниках трансформаторов 3 и 4 на предварительно разряженные конденсаторы 15 и 16, снижены напряжения на регулирующих транзисторах 1 и 2. Это позволяет уменьшить динамические потери и повысить надежность стабилизированного преобразователя постоянного напряжения . 3 ил. (Л С ФигЛ

E{EJnj,/n}

rr

H

(

&Enj{& ,) (

UEni;

271 2

H

(.,

(uBlnj ,Afln)

ln)

UEni;(u fuSniln)

29

0.57 t3 2

Составитель Ю.Опадчий Редактор Г.Гербер Техред Л.Сердюкова

Заказ 3122/53 Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретеннй и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производсткенно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, Д

e.J

Корректор И.Муска