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

1330

запирающий транзистор 17 удерживаемся Б открытом состоянии напряжением обмотки 20. Измерительный конденсатор 22 подгружается резистором 23 через шунтирующий транзистор 24, что устраняет его подзаряд за счет коммутационных: всплесков напряжений на обмотках выходного трансформатора 1, Скорость измет ения напряжения на первом вхоле компаратора 19 пропорциональна скорости изменения тока в первичной цепи преобразователя, что позволяет достичь инвариантности выходных напряжений относительно входного напряжения. Во время запуска и при перегрузках рьЕ-1о;1.ные напряжения ниже номинального, и с-р; батывание компаратора 18 и закрытие силового транзистора 5 про- ису.оЛчИТ после достижения напряжением н;з обмотке 36 транп орматора тока 4

Ичобретоние относится к электротехнике II может быть использовано во Л , источниках питания элект- р о и а ой а г. чар у ры.

1,сль изобрс ге нтя - повышение ста- б 1: Ы1ости вькодных напряжений.

M;i фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого стабилизированного преобразователя noCTOHHiioi o напряжения; на фиг./ RppMfHHbie диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме стабилизации выходных нлпряжепий (а) ив режимах запуска и г. ерегрузки (б), при этом индексы при перемепньк соответствуют номеру Лемон Га cxeMiii, приведенной на (риг . 1 .

Оцнотакт 1ый стабилизированный преобразователь постоянного напряжения содержит выхо;,:- :ои трансформатор 1 первичная обмогка i; которого подключена к П.Ч.ОД11ЫМ выводам для подключения источника питания через первичную обмотку 3 трансформатора 4 тока и си- 1 рлизистор 5, к управляющему входу которого подключены пусковой узел в виде резистора 6 и базовая обмотка 7 через базовые диод 8 и резистор 9, выходные обмотки 10.1 - 10.п через выпрямительные диоды 11.1-

5

напряжения на первом входе комларато- ра 19. Канал управления но возмущению мгновенно реагирует на изменение входного напряжения, не давая отклониться выходным напряжениям, за счет того, что при увеличении входного напряжения увеличивается скорость нарастаний напряжения на обмотке 3 трансформатора тока 4, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости изменения напряжения на первом входе компаратора 19 и уменьшению (увеличению) длительности открытого состояния силового транзистора 5, пропорционально входному напряжению. Цепь обратной связи в данном преобразователе дополнительно повышает стабильность выходного напряжения за счет компенсации (уменьшении) погрешности управления по возмущению. 2 ил.

5

i)

0

25

11.11 подключены к сглаживающим конденсаторам 12.1 - 12.п и выxoдньпv выво- ДгЗм для подключения нагрузок 13.1 - 13.п. Управляющая обмотка 14 выходного трансформатора 1 через первый диод 15 подключена к накопительному конденсатору 16, соединенному с управ- входом силового транзистора 5 через запирающий транзистор 17. к управляющему входу которого через первый резистор 18 подключен выход компаратора 19, выполненного по схеме аналога однопереходного транзистора. К измерительной обмотке 20 вьгходного трансформатора 1 через второй диод 21 подключен измерительный конденсатор 22, к которому через второй резистор 23 подключен шунтирующий транзистор 24, управляющий вход которого соединен с измерительной обмоткой 20 выходного трансформатора 1 через третий резистор 25. Истоковый повторитель 26, подключенный через третий диод 27 к управляющей обмотке 14, входом соединен с измерительным конденсатором 22. Источник 28 опорного напряжения включен параллельно истоковому повторителю 26 через четвертьш резистор 29. К второй обмотке 30 трансформатора 4 тока подключены пятый ре-

зпсгс Ji н через четнертын диод 3 шестой резистор 33, один вывод которого соединен также с источником 28 опорного напряжения, а другой - с первым входом компаратора 19. К другому входу компаратора 19 подключены через разделительные диоды 34 и 35 выход истокового повторителя 26 и третья обмотка 36 трансформатора А тока. Управляющий запирающего транзистора 17 соединен также с измерительной обмоткой 20 выходного трансформатора 1 через пятьш диод 37 и седьмой резистор 38.

Устройство работает следующим образом.

Открытие силового транзистора 5 током через пусковой резистор 6 в момент времени t (фиг. 2а.) приводит к появлению тока через первую обмотку 3 трансформатора 4 тока и первичную обмотку 2 выходного трансформатора 1 и напряжений на обмотках 2, 7, 10, 14 и 20, полярность которых пока- зана на фиг. 1 без скобок.

Запирающий транзистор 17 закрыт, и ток, протекающий через базовую обмотку 7 выходного трансформатора ), удерживает силовой транзистор 5 в открытом состоянии. Нагрузка 13 JT- ключена от вькодного трансформатора i выпрямительными диодами 11. В выходном трансформаторе 1 происходит накопление электромагнитной энергии, и ток через силовой транзистор 5, первичную обмотку 2 выходного трансформатора 1 и первую обмотку 3 трансформатора 4 тока линейно возрастает.

Накопительный конденсатор 16 заряжается по цепи: управляющая обмотка 14 - диод 15 - накопительный конденсатор 16. Шунтирующий транзистор 2 закрыт, так как к его управляющему переходу приложено напряжение заь и- рающей полярности измерительной обмотки 20.

Напряжение на измерительном конденсаторе 22 пропорционально напряжениям выходных каналов преобразователя в предыдущем периоде и остается неизменным на данном интервале времени, так как измерительный конденсатор 22 подключен лишь к высокоомному входу истокового повторителя 26.

Напряжение на обмотках 36 и 30 трансформатора тока, а следовательно,

на резистсфё 33 пропорционально току, протекающему через обмотку 3

5

о 5

f

5

0

5

0

5

15

рлисформатора 4 -пжл, и линейно воз- рас. зё т. Напряжение на перром входе компаратора 19 равно разности опорного напряжения на источнике 28 и на- гтряженич на ре iHciopo 33 и линейно уменьшй.тся. Б номинальном режиме РЛ6О1Ы преооразоглтеля нлпряженис на обмотке 36 трансформатора 4 тока меньше, чем выходное напряжение истокового попТ .;пите. 1я 26, в резуль . )- те чего диод 35 закрыт и к второму входу компаратор, 19 прикладывается Bir:o;iHoe напряжение истоковог о повторителя 26, которое пропорцисжально напряжениям выходных кана. ЮЕ г рообра- зоватоля.

Р момент преме П L , напряжение на первом входе компаратора 19 спадает до уровня напряжения на выходе истокового повторителя 26 и происходит срабатывание компаратора 19, что ве- дпт к появлению тока через управляющий переход запирающего транзистора 17, последний открывается, и напряжение нпкс пительного конденсатора 16 прикладывается к управляющему переходу силового транзистора 5, кото- nriii Форсмрован1 о закрывается, /rtC;;ii-, на обмотка;; выходного трар1сфор- матора 1 меняет свой знак (поляг - ног.ть в скобках) и запирающи ; 7 ран- 3 -:стор 17 удерживается в открытом состоянии напряжением об:мотки 20, приложенным к управляющему переходу через диод 37 и резистор 38. Тог в обмотке 3 трансформатора 4 тока спадает до нуля, а ток намагничивания трансформатора 4 тока замыкается через обмотку 30 и резистор 31.

С момента времени t энергия, на- - опленная в выходном трансформаторе 1, передается в конденсаторы 12 и 22 и нагрузку 13. Одновременно открывается транзистор 24, шунтирующий через резистор 23 измерительный конденсатор 22. Напряжения на сглажи- взющи к конденсаторах 12 и измерительном конденсаторе 22 пропорциональны коэффициентам трансформации между обмотками 10 и 20 (за вычетом падений напряжений на диодах 11 и 21). Под- гоузка измерителышго конденсатора 22 резистором 23 на время передачи знер- гии от выходного трансформатора 1 в нагрузку 13 устраняет его подзаряд за счет коммутационных всплесков напряжений на обмотках трансформатора 1 , а следовательно, устраняет вно513

симую при этом ошиоку в точность поддержания выходных напряжений,

К моменту времени to энергия, накопленная в пыходном трансформаторе 1, полностью переходит в нагруз- ку. Напряжение на обмотках 2, 7, 10, l-i и 20 выходного трансформатора 1 стгпсинится равным нулю и транзисторы 17 и 24 закрываются. Силовой тр;;; - зистор 5 под дейс гпием тока, проте- кающего черет пусковой резистор 6, открывается, и процессы в устройстве повторяются.

При увеличении (уменьшении) напряжений выходных каналов увеличивается (умет.дается) напряжение на измерительном конденсаторе 21 и на выходе истоконого повторителя 26, что ведет к уменьшению (уве,пичению) времени открытого состояния силового транзис- тора 5 и уменьшению (уве1П1чению) энергии, накапливаемой в выходном трансформаторе 1 и соответственно уменьшению (увеличению) напряжений на выход- ньо4 каналах преобразователя. Таким образом осуществляется стабилизация выходных напряжений предлагаемого од- мотакт ого стабилизированного преоб- р,)зопателя постоянного напряжения при и::;:Ме11см И 1 нас рузки.

Нрн увеличении (уменьшении) входного напряжения увеличивается (умень- игасгся) скорость нарастания тока в первичной обмотке 2 выходного трансформатора 1 и пбмотке 3 трансформато- pa 4 тока, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости спадания напряжения на пеовом входе компаратора 19 и уменыиению (увеличению) длительности открытого состояния силового тран- зистора 5 пропорци1 1нально изменению зходного напряжения.

Таким образом, обеспечивается инвариантность яыходных напряжений преобразователя входного напряжения и na дения напряжения на силовом транзисторе.

Срабатывание ко.-иыратора 19 происходит в момент времени при равенстве няпр гжений на его входах.

Зо иг)емя запуска и при перегрузках ;;u OAHbiO папряжения ниже номинального, и cpa6a ibiBainie компаратора 19 и за1 ;рьпие силового транзистора 5 происходят в момент времени tj (фиг. 2(3) тосле дост1гжения напряжением на обмот лчг 36 рлнсф Орматора 4 тока напряжения Ко первом входе компаратора 19.

156

В результате этого происходит ограничение тока в первичной цепи преобразователя .

Предлагаемый преобразователь обладает большей стабильностью выходных напряжений при изменении входного напряжения за счет применения комбинированной системы управления, т.е. уп ,равления по отклонению (сигналом обратной связи) и по возмущению (сигналом, пропорциональным изменению входного напряжения).

В предлагаемом преобразователе канал управления по возмущению включает в себя трансформатор 4 тока ((})иг, 1), первая обмотка 3 которого включена последовательно с первичной обмоткой 2 выходного трансформатора 1, а напряжение второй обмотки 30 суммируется с опорным напряжением источника 28 и сравнивается на компараторе 19 с выходным напряжением истокового повторителя 26, пропорциональным выходным напряжениям каналов .

Канал управления по возмущению мгн(5Бенно реагирует на изменение входного напряжения, не давая отклониться выходным напряжениям, за счет того, что при увеличении (уменьшении входного напряжения увеличивается (уменьшается) скорость нарастания напряжения на обмотке 3 трансформатора 4 тока, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости изменения напряжения на первом входе компаратора 19 и уменьшению (увеличению) длительности открытого состояния силового транзистора 5, пропорционально входному напряжению. Цепь обратной связи в предлагаемом преобразователе дополнительно повьш ает стабильность выходного напряжения за счет компенсации (уменьшения) погрешности управления по возм ще1гию (токовой нестабильности внешней характеристики, термонестабильности и т.д.).

Формула изобретения

Однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий вьLЧoднoй трансформатор, первичная обмотка которого включена в выходную цепь силового транзистора, к управляющему входу которого подключены пусковой узел и цепь базовой обмотки, содержащая базовые диод и резистор, выходные обмотки соединены через выпрямительные диоды

и сгла,га : с ющ 1 конденсаторы с вмход- ными выводами, управляющая обмотка через первый диод подключена к накопительному конденсатору, соединенном с управляющим входом силового транзистора через запирающий транзистор, управляющий вход которого через первый резистор подключен к выходу компаратора, измерительный конденсатор подключен через второй диод к измерительной обмотке, соединенной одним выводом с управляющей обмоткой, цепь истокового повторителя подключена через третий диод к управляющей обмотке, а вход соединен с одним из выводов измерительного конденсатора, зашунтированного через второй резистор шунтирующим транзистором, управляющий вход которого соединен С вторым выводом измерительной обмотки через третий резистор, источник опорного напряжения, подключенный парал30715

цепи истокового повторителя через четвертый резистор, первый и второй разделительные диоды, отличающийся тем, что, с целью повьппения стабильности выходных напряжений, введен трансформатор тока, первая обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой

10 выходного трансформатора, а вторая обмотка трансформатора тока зашунти- рована пятым резистором и через четвертый диод - шестым резистором, один вывод которого соединен с источ15 НИКОМ опорного напряжения, а другой вывод - с первым входом компаратора, к второму входу которого подключены через разделительные диоды выход истокового повторителя и первый вывод

2Q третьей обмотки трансформатора тока, второй вывод которой соединен с другим выводом измерительного конденсатора.

иг,и7,ию игоДщ

Ut ,U-,,o

to

ii

t .

It.Г,.I,

t

.

Uzz

H

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении многоканальных вторичных источников питания электронной аппаратуры. Цель - повышение стабильности выходных напряжений. Силовой транзистор 5 открывается током через пусковой резистор 6. Напряжение на первом входе компаратора 19 равно разности напряжений опорного источника 28 и напряжения на резисторе 33 и пропорционально току в первичной цепи преобразователя. Напряжение на выходе истокового повторителя 26 пропорционально выходным напряжениям каналов. При равенстве напряжений на входах компаратор 19 срабатывает, что ведет к открытию запирающего транзистора 17 и форсированному закрытию силового транзистора 5. Во время передачи энергии, накопленной в выходном трансформаторе, в нагрузку 5 (/; g - 000 СлЭ О ел фиг

UM

и

i/f)

U8M2S

l/ftaM

и„

J:

UMСоставитель Т.Ершова Редактор Е.Копча Техред И.Верес Корректор в.Бутяга

- .. «вившей .«.

Заказ 3590/55 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,4

,s

:l/

U