Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

со ю

СП

IND

со

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения - повышение надежности путем устранения перегрузки силовых транзисторов в моменты включения и выключения. Пороговый элемент 16 включается синхронно с передним фронтом импульса пускового генератора 11 или позже него, но не раньше чем через период следования импульсов блока регулирования напряжения, а выключается синхронно с задним фронтом импульса пускового генератора 11. Поэтому закрывание ключа 13 и открывание ключа 19 происходит в тот момент, когда импульс генератора 11 только начинается или кончается и собственная индуктивность выходного трансформатора 2 разряжается. На входе усилителя 18 мощности не происходит суммирования по длительности импульсов генератора |1 и блока 8 регулирования напряжения, что исключает насыщение трансформатора 2, 3 ил. с S (Л с

гч

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники и является усовершенствованием устройства по авт.св. (Р 1234932.

Целью изобретения является повышение надежности однотактного преоб- разователя постоянного напряжения путем снижения перегрузок по току силовых транзисторов при включении и выключении преобразователя.

На фиг.1 приведена электричсскггя принципиальная схема преобразователя j на фиг.2 и 3 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит усилитель 1 мощности, выходной трансформатор 2, первичная обмотка 3 которого соединена с выходом усилителя 1 мощности, а первые выводы вторичной обмотки 4 и обмотки 5 положительной обратной связи - с общей щиной, второй вывод вторичной обмотки 4 подключен через последовательно соединенные выпрямитель 6 и сглаживающий LC-фильтр 7 к выходному выводу и входу блока 8 регулирования напряжения,цепь питания которого через формирователь 9 напряжения подключена к второму выводу вторичной обмотки 4, цепи питания усилителя 1 мощности соединена с выходным выводом непосредственно и через резистор 10 - с цепью питания пускового генератора 11, выход которого через первый диод 12 подключен к основному входу первого ключа 13 и входу первого порогового элемента 14, соединенного выходом через второй ключ 15 с управляющим входом первого ключа 13, один управляющий вход управления второго ключа 15 подключе

непосредственно к выходу пускового генератора 11 коротких импульсов, а другой управляющий вход соединен с выходом второго порогового элемента 16, основной вход первого ключа 1 3 через второй диод 17 соединен с вторым ВЫВО/1ОМ обмотки 5 положительной обратной связи, а выход первого ключа 13 - с первым входом логической схемы 1ПИ 18, второй вход которой подключен к выходу блока 8 регулирования напряжения через третий ключ 19, управляющий вход которого подключен к выходу второго порогового элемента 16, а выход схемы ИЛИ 18

Q

0 5 5 0

0

5

0

5

соединен с цепью управления усилителем 1 мощности, между входом второго порогового элемента и выходом формирователя напряжения включен резистор 20, а выход пускового генератора подключен к входу дифференцирующей цепи 21, выход которой соединен с входом второго порогового элемента 16.

Рассмотрим работу устройства по временным диаграммам, изображенным на фиг. 2 и 3, где U - выходное напряжение пускового генератора 11; вы врн выходное напряжение блока 8 регулирования; Ug, „, и Ugb,., - соответственно входное и выходное напряжения второго порогового элемента 16; Ug,, и напряжения соответственно включения и выключения второго порогового элемента 16, - вых или выходное напряжение логического элемента ИЛИ 18; UBBIX Кз выходное напряжение соответственно первого 13 и третьего 19 ключей.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении на входную клемму устройства подается напряжение, Koi opoe поступает в цепь питания усилителя 1 мощности и через резистор 10 - в цепь питания пускового генератора 11. Генератор 11 начинает вырабатьшать импульсы напряжения (Зольшой скважности (фиг.2а), которые с его выхода поступают на первый управляю1ций вход второго ключа 15 и через диод 12 - на основной вход ключа 13 и вход Порогового элемента 14. Когда амплитуда импульсов выходного напряжения генератора 11 становится достаточной для управления усилителем 1 мощности, с началом каждого импульса генератора 11 пороговый элемент 14 включается, и с его выхода через ключ 15, открьп-ый выходным напряжением генератора 11, подается отпирающий сигнал на управляющий вход ключа 13. Выходное напряжение генератора 11 через открытый ключ 13 и схему ИЛИ 18 поступает в цепь управления усилителя 1 мощности. На обмотках трансформатора 2 формируются напряжения, одно из которых с второго вывода обмотки 5 через диод 17 поступает на вход порогового элемента 14 и через ключ 13 и схему ИПИ 18 - в цепь управления усилителя 1 мощности.

Диод 12 при этом закрывается, отбор тока оТ генератора 11 прекращается и в течение последующего времени, равного -практически длительности им- пульса выходного напряжения генератора 11, питание цепи управления усилителя 1 мощности осуществляется с обмотки 5 выходного трансформатора 2. В конце импульса выходного на- пряжения генератора 11 ключ 15 закрывается и вместе с ним закрывается и ключ 13. Напряжение на обмотках выходного трансформатора 2 становится равным нулю и пороговый элемент I4 выключается. Таким образом, на обмотках выходного трансформатора 2 формируется последова.тельность импульсов напряжения с частотой и скважностью импульсов выходного напряжения пуско- вого генератора 11. Импульсы напряжения с второго вывода обмотки 4 выходного трансформатора 2 через выпрямитель 6 поступают на вход сглаживающего LC-фильтра 7, выходное напряжение которого имеет малую величину вследствие большой скважности импульсов его входного напряжения. Последовательность импульсов напряжения

с второго ВЬЕВОДа вторичной обмотки 4

поступает на вход формирователя 9 напряжения, входом которого является вход выпрямителя (не показан), имеющего на выходе емкостной сглажиг вающий фильтр. Поскольку напряжение на емкостном сглаживающем фильтре пропорционально амплитуде выпрямленного напряжения, выходное напряжение формирователя 9 напряжения быстро возрастает. При выходном напряжении формирователя 9 напряжения, меньшем допустимой величины, пороговый элемент 16 выключен и ключ 19 закрыт. Когда выходное напряжение формирователя 9 напряжения достигнет минималь но допустимой для блока 8 регулирования напряжения величины, которая выбирается несколько меньше , на выходе блока 8 регулирования напряжения начинает формироваться :после- довательность импульсов с частотой преобразования и скважностью, близкой к двум (фиг.2и, 36). При этом на ВХОД второго порогового элемента 16 поступает напряжение 11,,,равное сумме монотонно нарастающего выходного напряжения формирователя 9 напряжения, поступающего через резистор 20, и выходного напряжения

д 5 о 5

iQ

,, дд 45

50

5

дифференцирующей цепи 1 - в виде последовательности пар двухполярных импульсов, один из которых соответствует переднему, а другой заднему фронту импульса пускового генератора 11 (фиг.2 и Зв). Амплитуда импульсов выходного напряжения дифференцирующей цепи выбирается больше произведения периода частоты следования импульсов блока 8 регулирования напряжения на наибольшую скорость нарастания выходного напряжения формирователя 9 в момент сравнивания этого напряжения с произведения периода частоты генератора 11 на наибольшую скорость уменьшения выходного напряжения формирователя 9 в момент сравнения этого напряжения с Uj,,,, а разница между Ug и U,- гистерезис порогового элемента 16 - берется больше удвоенной амплитуды импульсов выходного напряжения дифференцирующей цепи 21. В момент времени t , когда Ug „5 зновится больше Цдц (фиг.2 и Зв), пороговый элемент 16 включается. В общем случае включение порогового элемента 16 может произойти в интервале времени, начало которого совпадает с моментом времени, отстающим от переднего фронта импульсов генератора 11 не менее, чем на период следования импульсов блока 8, а конец совпадает с передним фронтом следующего импульса генератора 11. При этом исключается суммирование по длительности импульсов генератора 11 и блока 8 на выходе схемы ИЛИ 18, например, в момент времени tj, когда задний . фронт импульса генератора Т1 совпадает с передним фронтом блока 8, и монотонно увеличивающийся участок сравнивается с U (фиг.2 и За-г). По сигналу с выхода порогового элемента 16 ключ 15 перестает открываться импульсами генератора 11 и ключ 13 прерывает доступ импульсов генератора 11 и напряжения обмотки 5 положительной обратной связи в управляющую цепь усилителя 1 мощности, а ключ 19 открьшается. При этом в управляющую цепь усилителя 1 мощности через открытый ключ 19 и схему ИЛИ 18 начинает поступать последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, близкой к двум (фиг.2 и 3 г), вырабатываемых блоком 8 регулирования напряжения, что поллерживает необходимый уровень напряжения на выходе формирователя 9 напряжения и обеспечивает нарастание напряжения на выходе устройства. Когда выходное напряжение ,устройства достигает своего номинального значения, блок 8 регулирования напряжения начинает вырабатывать последовательность

широтно-модулированных импульсов дли- 10 ше, чем через период следования имтельность которых изменяется обратно пропорционально величине изменения напряжения на выходе устройства, что обеспечивает его необходимую стабильность. При выключении устройства уме ньшаются амплитуда импульсов выходного напряжения пускового генератора 11 и выходного напряжения формирователя 9 напряжения, амплитуда импульсов выходного напряжения бло- ка 8 регулирования напряжения, напряжение выходное напряжение схемы ИЛИ 18 (фиг. 2 и За-г ).В момент времени t, совпадающий с задним фронтом импульса генератора 11, когда

и в „ становится меньше .2 и 3 пороговый элемент 16 выключается, и по сигналу с его выхода ключ 19 закрывается, а ключ 15 начинает открываться импульсами генератора 11, которые вместе с импульсами обмотки 5 положительной обратной связи через открывающий ключ 13 и схему ИЛИ 18 начинают поступать в цепь управления усилителем мощности (фиг.2 и Зг). Как следует из временных диаграмм, выключение порогового элемента произошло в момент времени t, а не t, когда задний фронт импульса блока 8 регулирования напряжения совпал с передним фронтом импульса генератора 11, и монотонно уменьшающийся участок Ue.ng сравнялся с ЦВУ (фиг.2 и в ), в результате этого суммирования по

длительности импульсов пускового гене 5 подключен к входу второго пороратора 11 и блока 8 регулирования напряжения не произошло (фиг.2 и Зг) . Импульсы генератора 11 и обмотки 15 положительной обратной связи постугового элемента, соединение которого с выходом формирователя напряжения питания осуществлено через резистор.

пают в управляющую цепь усилителя 1 мощности до тех пор, пока их амплитуда не станет меньше напряжения включения порогового элемента 14. В устройстве включение второго порогового элемента происходит с передним фронтом импульса пускового генератора или позже него, но не раньпульсов блока регулирования напряжения, а выключается второй пороговый элемент синхронно с задним фронтом импульса пускового генератора, что исключает суммирование по длительности импульсов пускового генератора и блока регулирования напряжения и, как следствие, насьпцение выходного трансформатора, перегрузку по ток и мгновенной мощности и выход из строя ключевых элементов силовых тразисторов усилителя мощности, что по- вьпиает надежность устройства.

Устройство может быть использовано в качестве импульсного источника вторичного электропитания, силовые транзисторы которого не допускают кратковременной перегрузки по току и мощности.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь посто- янного напряжения по авт .св.№1 234932, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности путем устранения перегрузки силовых транзисторов в моменты включения и выключения, введены резистор и диф

ференцирующая цепь, причем вход дифференцирующей цепи подсоединен к выходу пускового генератора коротких импульсов, а выход дифференцирующей

гового элемента, соединение которого с выходом формирователя напряжения питания осуществлено через резистор.

t/

а)

I I. -аогл чг

П h- П К 41

пХ

...::ii 1

... s /u, zr

ELIjjr,,

Utbtf бри

«у

tlha.Kj

П П

г

Дб/г

, п п г Т11CU

Фиг 2

в)

п

Фиг 2

, (/Лй.

/

rf;

7Л

ПП

1CL NI П .

.. г г

IX МГ ЯИГ II,

;п П п п| г

jl п

,L . .

п li п

л J

пХ

lJt.bl ПГ

а

...::ii

-аогл чг

4

...

Utbtf бри

tlha.Kj

У1|

г

У1

Дб/г

Т1

Фиг 2

, (/Лй.

/

CL NI

t ч

л