Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повьшш ние КПД.

На фиг.1 изображена электрическая схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений в характерных точках преобразователя.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит силовые транзисторные ключи 1, выходной трансформатор 2 и выпрямитель и фильтр 3. Силовые ключи

Iуправляются от управляющего трансформатора 4 тока, обмотка 5 управления которого через резистор 6 и конденсатор 7 связана с обмоткой 8 выходного трансформатора 9 задающего генератора Ю. Через диодный мост

I1обмотка 5 управления связана с коллектором и эмиттером включающего транзистора 12. Параллельно эмиттер- базовому переходу этого транзистора включены коллекторы и эмиттеры двух управляющих транзисторов 13 и 14. Коллекторы через общий резистор 15 соединены с источником питания операционного усилителя 16 модулятора

17длительности импульсов. База транзистора 13 через форсирующую RC-цепь

18соединена с выходом модулятора 17 На первый вход операционного усилителя 16 включен генератор 19 пилообразного напряжения, второй вход через диодный коммутатор 20 связан с выходом усилителя 21 усилительно-выя вительного элемента 22, в который, кроме него, входит источник 23 опорного напряжения. К диодному коммутатору 20- подключен источник 24 ограничивающего напряжения. Один из входов операционного усилителя 21 включен н выход выпрямителя 3, второй вход на источник 23 опорного напряжения.

База транзистора 14 через ограничивающий резистор .25 соединена с выходом диодного моста 26, нагруженног на резистор 27 дифференцирующей RC-цепЬчки, конденсатор 28 которой включен в разрыв между диодным мостом 26 и обмоткой 29 трансформатора 9 задающего генератора 10.

На временных диаграммах, на фиг.2 обозначены 30 - выходное. .напряжение трансформатора 9 задающего генератора 10; 3 - ток

обмотки тора 4

5

0

5

5 управления трансформа- тока; 32 - -выходное напряжение операционного усилителя 16 модулятора 17. импульсов; 33 - напряжение на резисторе 27; 34 - напряжение на базе управляющего транзистора 12;- 35,36 - коллектор-эмиттерные напряжения на транзисторных ключах , 1.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.

В момент коммутации транзисторов задающего генератора 10, когда происходит изменение полярности его выходного напряжения 30 цепочка из резистора 6 и конденсатора 7 формирует импульс тока 31 включения, протекающий через обмотку 8 трансформатора задающего генератора 10 и обмотку 5 управления трансформатора 4 тока. Одновременно вторая дифференцирующая цепочка из резистора 27 и конденсатора 28 формирует сигнал 33, который через резистор 25 подается на базу транзистора 14. Он отпира - ется, его коллекторное напряжение 34 становится равным напряжению насыщения, а управляющий транзистор 12 выключается, несмотря на то, что выходное напряжение 32 операционного усилителя 16 не успевает возрасти до необходимого уровня и вызвать включение транзистора 13. Форсирующая цепочка 18, сокращая длительность фронта вклю-чения транзистора 13, оставляет тем не менее определенное запаздывание. Поэтому только наличие дифференцирующей цепи из резистора 27 и конденсатора 28 позволяет скомпенсировать это временное запаздывание путем включения транзистора 14, обеспечивая тем самым режим отсечки управляющего транзистора 12 в самом начале полуперио - да. В связи с этим.весь импульс тока 31 трансформируется в базовую обмотку трансформатора 4 тока и вызывает включение соответствующего транзисторного ключа 1, Его коллекторное напряжение 35 снижается до нуля. Включение происходит лавинообразно, И ток коллекторной обмотки трансформатора 4 трансформируется в базовую, 5 поддерживая транзистор 1 в насыщенном состоянии, а ток 31 управляющей обмотки 5 постепенно падает до нуля.

Через .некоторое время, определяемое постоянной времени цепи резистор

0

5

0

5

0

27 - конденсатор 28, транзистор 14 отключается. Однако постоянная времени выбирается такой, что к этому моменту транзистор 13 уже включен по сигналу модулятора 17 длительности импульсов. Так как независимо от сигнала модулятора 17 импульсов в начале .каждого полупериода соответствующий транзисторный ключ 1 открывается на время, определяемое длительностью импульса 33, то, следовательно, именно этот импульс задает минимально возможную длительность открытого состояния транзисторных ключей 1. Поэтому, если в переходном процессе модулятор 17 выдает сигнал, требующий полного закрытия транзисторных ключей 1, то тем не менее в каждый -полупериод схема формирует импульс .минимальной длительности, которьй обеспечивает перемагничива- ние сердечника силового трансформа - тора 2. Таким образом, осуществля- .ется зашита от сдваивания импульсов, предотвращающая режим, когда на трансформатор 2 подаются последовательно два импульса одинаковой полярности, вызывающие насыщение его сердечника. Процесс отключения транзисторных ключей 1 начинается с момента, когда сравниваются амплитуды напряжения генератора 19 пилоо(3разного напряжения и выходного напряжения усилителя

ограничения напряжения на входе операционного усилителя 16, на который подается управляющий сигнал от усилителя 21. Если в устройстве используется генератор 19 линейно падающего пилообразного напряжения, то для ограничения длительности импульса ограничивается минимально допустимое

10 значение напряжения, которое вырабатывает источник 24 ограничивающего напряжение. Как только напряжение усилителя 21 оказывается -равным или ниже допустимой величины, диодный

15 коммутатор 20 подключает к входу

усилителя 16 источник 24, после чего дальнейшее снижение выходного напряжения усилителя 21 не влияет на режим модулятора 17 длительности им20 пульсов и время импульса остается неизменным.

Если в преобразователе используется генератор 19 линейно возрастаю25 щего напряжения, то источник 24 ограничивает максимально, возможное значение напряжения на входе усилителя 16. При превьшении выходным напряжением усилителя 21 допустимой

20 величины диодный коммутатор 20 подключает к входу усилителя 16 источ- . ник 24, фиксируя тем самым максимальную длительность импульса. Величина ее обычно выбирается исходя из

21. Из-за инерционности операционного 35 максимально возможного времени расса- уоилителя 16 имеет место плавное . сывания транзисторов силовых ключей, снижение его выходного напряжения 32. - 1- В следующий полупериод процесс

С помощью формирующей цепочки 18 удается сократить длительность заднего фронта напряжения на базе транзис- тора 13. Форсирующая цепочка 18 обеспечивает более крутые импульсы напряжения на базе транзистора 13, что в свою очередь снижает динамические потери в управляющем транзисторе 12. Особенно существенным это становится при работе на высоких частотах, когда постоянные времени -переключения операционного усилителя 16 оказываются соизмеримыми с длительностью импульса силовых транзисторных ключей 1 .

В интервал паузы транзистор 13 находится в режиме отсечки, а управляющий транзистор 12 - в режиме насыщения, и по его базе протекает ток, определяемый резистором 15.

Ограничение максимальной длительности импульса обеспечивается путем

ограничения напряжения на входе операционного усилителя 16, на который подается управляющий сигнал от усилителя 21. Если в устройстве используется генератор 19 линейно падающего пилообразного напряжения, то для ограничения длительности импульса ограничивается минимально допустимое

0 значение напряжения, которое вырабатывает источник 24 ограничивающего напряжение. Как только напряжение усилителя 21 оказывается -равным или ниже допустимой величины, диодный

5 коммутатор 20 подключает к входу

усилителя 16 источник 24, после чего дальнейшее снижение выходного напряжения усилителя 21 не влияет на режим модулятора 17 длительности им0 пульсов и время импульса остается неизменным.

Если в преобразователе используется генератор 19 линейно возрастаю5 щего напряжения, то источник 24 ограничивает максимально, возможное значение напряжения на входе усилителя 16. При превьшении выходным напряжением усилителя 21 допустимой

0 величины диодный коммутатор 20 подключает к входу усилителя 16 источ- . ник 24, фиксируя тем самым максимальную длительность импульса. Величина ее обычно выбирается исходя из

повторяется, однако изменившаяся полярность напряжения 30 задающего генератора 10 вызывает включение другого транзисторного ключа 1, напряжение 36 на котором в интервал импульса снижается до нуля.

Формула изобретения

, Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержаш;ий усилитель мощности с управляющим токовым трансформатором, входом подключенный к входньм клеммам, а выходом через вьшрямитель и фильтр подсоединенный, к выходным , узел обратной связи, входом подключенный к выходным клеммам, а выходом соединенньй с входом широтно-импульсного модулятора, задающий генератор с трансформаторным выходом, первая выходная

51

обмотка которого через токоформи- . рующий элемент подсоединена к управляющей обмотке токового трансформатора, усилителя мощности и выводам переменного тока первого диодного моста, выводь постоянного тока которого подключены к- выводам коллектора и эмиттера выключающего транзистора вторая выходная обмотка трансформатора задающего генератора подключена к входу дифференцирующей цепи, клемму для подключения источника вспомогательного напряжения, соединенную с выводами питания широтно-импульс- ного Модулятора, второй диодный мост первый управляющий транзистор и ре

0

5

тличающийся тем, что, с целью повьппения КЩ, в него введен второй управляющий транзистор, причем между базой и эмиттером выключающего транзистора включены коллекторы и эмиттеры обоих управляющих транзисторов, коллекторы которых через резистор подключены k клемме для подключения источника вспомогательного напряжения, база первого управляющего транзистора связана с выходом щиротно-импульсно- го модулятора, а база второго управляющего транзистора через второй диодный мост подключена к выходу дифференцирующей цепи.

Редактор И.Николайчук

Составитель Ю.Опадчий Техред Л.Сердюкова

Заказ 3831/43Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раущская наб,, д. 4/5.

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг. 2

Корректор Е.Рошко

Изобретение относится к источникам вторичного электроцитания и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение КПД. Устройство содержит усилитель мощности с токовым управляющим трансформатором 4. Его обмотка управления через диодный мост I шунтирована выключающим транзистором 12. Эмиттерный переход выключающего транзистора I2 шунтирован двумя параллельно включенными транзисторами 13 и 14. Вход первого из них подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 17, вход второго через вьтрями- тель 26 и дифференцирующую цепь 27 и 28 - к выходу задающего генератора 10. Это подключение позволяет скомпенсировать инерционность широтно- импульсного модулятора и тем самым уменьшить время взаимодействия управляющих выключающего и включающего источников. 2 ил. (С (О