Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с комбинированным управлением Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

Изобретение откосится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания о

Цель изобретения - повьЕпение стабильности выходного напряженияр увеличение КПД и надежности.

На фиг. 1 приведена электрическая схема стабилизированного преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграм мы, поясняющие работу преобразователя; на фиг, 3- электрическая схема

модулятора.

Преобразователь содержит еиловой трансформатор 1,,первичная обмотка 2 которого через силовой транзисторный ключ 3 и датчик А тока подключена к источнику 5 питания. Выходная об- мотка. 6 трансформатора 1 через выпрямительный диод 7 подключена к LCD- фильтру 8 и нагрузке 9, Дополнительная обмотка 10 трансформатора 1 чере токозадающий элемент 11, который в простейшем случае является резисторо и диод 12 подключена к выводам интегрирующего конденсатора 13 формирователя 14 пилообразного напряжения.Конденсатор 13 подключен между неинвертирующим входом Х4 модулятора 15 и выходом источника 16 опорного напряжения и зашунтирован разрядным транзистором 17, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора 18. Первый инвертируюЕшй вход Х1 модулятора 15 подключен к вькоду .порогового элемента 19, первый вход которого соединен с выходом датчика 4 тока и с выходом задающего генератора 18, а второй вход - с источником 16 опорного напряжения. Второй инвертирующий вход Х2 модулятора 15 через делитель 20 подключен к выходным клеммам 21 и 22 преобразователя. Выход модулятора 15 через предварительный усилитель 23 подключен к управляющему входу силового ключа 3. Кроме того, выход задающего генератора 18 подключен к третьему инвертирующему входу ХЗ модулятора, (Цепь перемагкичивания силового трансформатора 1 на фиг. 1 не показана),,

Схема модулятора (фиг, 3) представляет собой последовательно соединенные дифЛеренциальный и мостовой

усилитель, при этом казздое :плечо дифференциального усилителя содержит па- раллельно соединенные транзисторы, образующие схему ИЛИ,

жения U разного

Преобразователь работает следующи образом.

Задающий генератор 18 вырабатывает тактовые импульсы и в интервалах времени, когда сигнал и., соответствует логическому нулю, не оказывает влияния ira работу преобразователя. При отсутствии перегрузки по току сигнал на выходе порогового элемента 19 также соответствует логическому нулю. В интервале времени t - t., сигнал и„, равный сумме напряжений источника 16 опорного напря и формирователя 14-гшлообнапряжения UQ и поступающий

g жения U разного

30

на неинвертирующий вход Х4 модулятора 15, превышает сигн.ал UQJ-обратной связи, который снимается с делителя 20

20 и подается на второй инвертирующий вход Х2 модулятора 15. В результате сигнал и,5 на выходе модулятора 15 соответствует логической единице и через предварительный усилитель 23 под25 держивает транзисторный ключ 3 в открытом состоянии. Напряжение Е источника 5 питания приложено к первичной ббмотке 2 трансформатора 1, и происходит передача электроэнергии в нагрузку 9 и фильтр 8. Одновременно под действием напряжения, снимаемого с дополнительной обмотки 10, происходит заряд конденсатора 13 через диод 12 и токозадающий элемент 11.При этом скорость изменения напряжения на конденсаторе 13 пропорциональна входному напряжению Е преобразователя за вычетом падений напряжений на транзисторном ключе 3, датчике 4 тока к сопротивлений г первичной обмотки 2 .

В момент времени t суммарный сигнал и становится равным сигнапу U.j, обратной связи, вследствие чего на выходе модулятора 15 появляется сигнал логического нуля, что приводит к запиранию ключа 3 Под действием положительной обратной связи, осуществляемой внешютм резистором, который подршючен между первым инвертирующим входом XI и инвертирующим выходом У модулятора, происходит увеличение сиг35

40

45

50

нала UQC обратной связи, что устраняет возможные дополнительные переключения ключа 3 в интервале времени 11 - t 2.

I 1

В момент времени tj на выходе задающего генератора 18 появляется сигнал логической единицы, который, от

пирая транзистор 17, разряжает интегрирующий конденсатор 13, вследствие чего суммарный сигнал U превышает сигнал UPP обратной связи. Однако сигнал на выходе модулятора 15 по- прежнему равен логическому нулю и транзисторный ключ 3 остается в закрытом состоянии, так как на третий инвертирующий вход ХЗ модулятора поступает сигнал логической единицы с задающего генератора 18.

В момент времени tj на выходе задающего генератора 18 устанавливается сигнал логического нуля, что приводит к появлению на выходе модулятора 15 сигнала логической единицы и отпиранию транзисторного ключа 3. Одновременно происходи;т запирание разрядного транзистора 17 и начинается процесс заряда интегрирующего конденсатора 13. Б дальнейшем процессы в схеме протекают аналогично описанному.

При изменении входного напряжения Е в момент времени t пропорционально изменяется и скорость нарастания напряжения на интегрирующем конденсаторе 13. Это-ведет к изменению длительности открытого состояния транзисторного ключа 3 без воздействия сигнала цепи обратной связи таким образом,что вольт-секундная площадь импульса напряжения на входе фильтра 8 остается неизменной. Вследствие этого при постоянной частоте преобразователя остаются неизменными среднее значение напряжения на входе фильтра и выходное Напряжение преобразователя, т.е. величина выходного напряжения преобразователя становится инвариантной (независимой) по отношению к изменению входного напряжения. Независимость выходного напряжения иgj i от изменения входного Е вытекает из того, что амплитуда напряжения U, на интегрирующем конденсаторе 13 равна

и H

1Эm Wj

1

R.

11 -13 о - ) - ) dt ,

п

E(t)-

де W.. ,W

10 2

R

13

-соответственно числа витков дополнительной 10 и первичной 2 обмоток;

-сопротивление токоза- дающего элемента 11;

-емкость интегрирующего конденсатора 13;

t( - длительность открытого

состояния транзисторно-, го ключа 3;

iUi,3j, падение напряжения на насьпденном транзисторном ключе 3;

dUj - падение напряжения на сопротивлении г первичной обмотки 2; ли4 - падение напряжения на

датчике 4 тока,

При неизменных величинах опорного DO и выходного и(1,, напряжений неизменны сигнал ошибки

и„ и.

JbMx K.2C

(2)

И амтглитуда напряжения на конденсаторе 13, так как

и.,„, и,,

(3)

где К2о коэффициент передачи делителя 20.

Из совместного решения (1), (2) (3) следует, что вольт-секундная площадь импульса напряжения на обмотке 2 при изменении входного напряжения Е постоянна и равна Ь,

E(t)- ) - AU,(t) - /lU Ctlldt

(Ь о - Ug,,,-K,,,)

WW.

11 n

(4

И при постоянной частоте преобразования неизменно и выходное напряжение преобразователя. Из (4) также следует, что выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения падений напряжения на транзисторном ключе 3, на сопротивлении первичной обмотки 2 и на датчике 4 тока.

Преимуществами модулятора, приведенного на фиг. 3, являются

малое потребление тока 1,,,. от дополнительного источника питания (не более 0,2 МА), аналогично шкpoмoщ- ным операционным усилителям (ОУ); большая скорость перехода выходного сигнала от одного уровня к другому (более 10 В/мкс), аналогично быстродействующим ОУ; возможность логичес- кой операции ИЛИ, что упрощает схему управления, и некритичность к стабильности напряжения питания.

При этом наличие двух противофазных выходов, сигналы с которых имеют

1350654

уровень логической единицы, чик к напряжению питания, и низень логического нуля, равный напряжения на насыщенном ope, значительно упрощает ние модулятора с предварисилителем при однополярном и питания.

ме, приведенной на фиг, 3, -JQ ь выполней и пороговый элепри этом общее потребление ой управления (без предвао з силителя и выполнении заенератора на элементах КМОП- 15 ) не превышает 2-3 мА,

вых диод ход выв чен элем чен вых вход ния тора пряж кото втор дуля тел сило с я биль наде ная токо соед к вы зашу тран рого гене щего нику вьшо дами перв верт рующ и по жени щий гене

Таким образом,, предлагаемый преобразователь по сравнению с известным обладает значительно большим коэффи- циентом .стабилизации, имеет меньшее потребление тока схемой управления, что увеличивает КПД, особенно при малой выходной мощности. Схема управления проще (при выполнении модулято- ра в виде интегральной микросхемы, как ОУ) и не требует двухполярного источника питания. Кроме того, имеется ограничение максимальной длительности проводящего состояния транзис- торного ключа, что в целом увеличивает надежность преобразователя.

Формула изобретения

35

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с комбинированным управлением, содержащей силовой трансформатор, первичная обмотка которого через последовательно соединен- о ные силовой транзисторный ключ и датчик

Q 5

0 5 о

5

о

тока подключена к входным выводам, выходная обмотка через выпрямительный диод подключена к LCD-фильтру, а выход LCD-фильтра соединен с выходными выводами, параллельно которым подключен делитель напряже1гая5 пороговый элемент, первый вход которого подключен к выходу датчика тока и связан с выходом задающего генератора,, другой вход - к источнику .опорного напряжения, а выход - к первому входу модулятора, формирователь пилообразного напряжения, интегрирующий конденсатор которого одним выводом подключен к второму входу модулятора, а выход модулятора через предварительный усилитель подключен к управляющему входу силового ключа, отличающий- с я тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, КПД и надежности, в него введены дополнительная обмотка силового трансформатора, токозадающий элемент и диод, которые соединены последовательно и подключены к выводам интегрирующего конденсатора, зашунтированного введенньм разрядньм транзистором, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к источнику опорного напряжения, модулятор вьшолнен с тремя инвертирующими входами и одним неинвертирующим, причем первый вход модулятора является инвертирующим, второй вход - неинвертирующим, третий вход - кнверт1-:рующд1м и подключен к выходу делителя напряжения, четвертый вход - инвертирующий и подключен к выходу задающего генератора.

Jnum

Фи.2.2.

(Pu2.d

Редактор И.Николайчук

Составитель А. Волкова Техред И.Попович

Заказ 5284/48Тираж 863Подписное

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

Корректор Г. Решетник

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - увеличение стабильности выходного напряжения,КПД и надежности. Стабилизированный преобразователь выполнен на основе прямой однотактной схемы и содержит силовой / трансформатор 1, силовой транзисторный ключ 3, датчик тока 4, LCD-фильтр 8, формирователь пилообразного напряжения 14, интегрирующий конденсатор 13 которого включен между неинверти- руюпщм входом модулятора 15 и выходом источника опорного напряжения .16,конденсатор 13 зашунтирован транзистором 17, управляюгций вход которого подключен к вькоду задающего генератора 18 (ЗГ). Пороговьм элемент 19, делитель выходного напряжения 20, ЗГ 18 подключены к инвертирующим входам модулятора- 15. Заряд конденсатора 13 осуществляется во время включенного состояния ключа 3 до напряжения, равного разности опорного и приведенного через делитель 20 выходного напряжения. После этого на выходе модулятора 15 появляется нулевой сигнал, запирающий ключ 3. Выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения падений напряжения на ключе 3, на сопротивлении первичной обмотки 2 и на датчике тока 4. 3 ил. If « (Л с 00 ел