Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное с защитой от перегрузок Советский патент 1988 года по МПК G05F1/569 

тель 11 и оптоуправляемый ждущий мультивиВратор 3. Отсутствие регулирующего транзистора и датчика тока в цепи питания увеличивает КПД устр-ва,

причем изменением частоты генератора I устр-во может быть настроено на оптимальный КПД. 2 з.п. ф-лы, ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для Питания различных приборов. Цель изобретения - повышение КПД при изменении в широких пределах входного постоянного напряжения, повышение стабильности выходного напряжения и обеспечение защиты от перегрузок при гальванической развязке между входным и выходными выводами. Устр-во содержит генератор тактовых импульсов, двухтактный усилитель 9 мощ- i ности с трансформаторным выходом, выпрямитель 10 с фильтром,схему 4 сравнения с источником опорного напряжения. В устр-во введены делитель 2 частоты, первый инвертор 7, схемы ЗИ 5,6, блок 8 защиты, масштабирующий усили- с S СО

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания различных приборов и устройств, в частности, устанавливаемых на подвижных и необслуживаемых объектах.

Цель изобретения - повышение КПД при изменении в широких пределах входного постоянного напряжения, по- вьш1ение стабилизации выходного напря жения и обеспечение защиты от перегрузок при гальванической развязке между входными и выходными выводами. .На чертеже представлена структурная схема стабилизированного преоб- раэователя постоянного напряжения в .постоянное с защитой от перегрузок.

Стабилизированный преобразователь содержит генератор I тактовых импульсов с периодом Т следования импуль- сов, являющийся задающим генератором для работы всего преобразователя и подсоединенный к делителю 2 частоты с коэффициентом деления N, выход последнего подключен к первому входу оптоуправляемого ждущего мультивибратора 3, длительность t импульса на выходе которогЬ меняется в зависимое ти от напряжения на выходе схемы 4 сравнения, подсоединенной своим нуле вым и потенциальным выходами к второму и третьему входам оптоуправляемого ждущего мультивибратора 3 соответственно. Выход последнего подключен к первым входам первой 5 и вто- рой 6 схем ЗИ, вторые входы которьш подключены к выходу генератора 1 тактовых импульсов: схемы ЗИ 5 - непосредственно, схемы ЗИ 6 - через первый инвертор 7. Третьи входы схе;М ЗИ 5 и 6 подсоединены к выходу блока 8 защиты, который служит для отключения выходного напряжения Оц (на выходных выводах (нагрузке Кц) стабилизированного преобразователя при пе регрузках, т.е. при уменьщении нап

ряжения и„ ниже заданного. Схемы ЗИ 5 и 6 своими выходными сигналами управляют.в противофазе двухтактным усилителем 9 мощности с трансформато ньм вькодом. Выходное напряжение усилителя 9 (запитьшаемого от силовых входов постоянного напряжения Ug) поступает на выпрямитель 10 с фильтром.

С выхода последнего напряжение и поступает в нагрузку R. К ее потенциальному входу неинвертирующим входом подключен масштабирующий усилитель 11с коэффициентом усиления (ослабления) К, служащий для приведения напряжения U к з ровню опорного напряжения , подаваемого на. схему 4 сравнения. Коэффициент уси- . ления усилителя 11 определяется со- отнощением резисторов 12 (R - входного) и 13 (К 7 резистора обратной связи),. и

откуда следует, что при К 1 масштабирующий усилитель может быть заменен резистивным делителем с резисторами R1 и R2 и коэффициентом деления К.

Оптоуправляемый ждущий мультивибратор 3 состоит из RS-триггера 14, инвертора на транзисторе 15, база которого соединена через первый резистор 16с Q-выходом триггера 14, эмиттер подключен к общей шине, а коллектор через второй резистор 17 - к силовому входному выводу, который через третий резистор 18 и первый стабилитрон 19 подключен к общей шине. Напряжение стабилизации последнего делится четвертым 20 и пятым 21 резисторами и подается на первую базу

олиоперелодиого транзистора 22, вторая база которого через второй инвертор 23 соединена с S-входом RS-триг- гера 11. Змттер транзистора 22 через конденсатор 24 подсоединен к общей шине, а через шестой резистор 25 - к коллектору транзистора 15. Однопереходный транзистор 22 вместе с первым светодиодом 26 образует оптрон 27. Входы светодиода 26 одновременно являются вторым и третьим входами оптоуправляемого ждущего мультивибратора 3.

Блок 8 защиты состоит из последо- вательно соединенных седьмого ре- зистора 28, второго стабилитрона 29 и второго светодиода 30. Последний служит светоизлучателем для фотоприемника, выполненного на фототран- зисторе 31, коллектор которого через восьмой резистор 32 подключен к выводу силовой цепи Ujy, а между его базой и эмиттером включен девятый резистор 33, эмиттер фототранзистора 31 через десятый резистор 34 подключен к общей шине и через эмиттерный повторитель 35, элемент 36 задержки и выключатель 37 подсоединен к выходу блока 8 защиты,

Стабилизированный преобразователь работает следующим образом.

При подаче на силовые входные выводы входного постоянного напряжения Uj , оно поступает на элементы

1-3 и 5-9. Элементы 4 и II могут запитьгеаться как от входной или отдельной обмотки трансформатора усилителя 9, так и от отдельного маломощного источника питания. С генера- тора 1 тактовых импульсов импульсы с периодом Т поступают на второй вход схемы ЗИ 5, а на второй вход схемы ЗИ 6 поступают эти же импульсы,инвер тированные инвертором 7. Импульсы с генератора 1, поделенные делителем 2 частоты в N раз, с периодом Т поступают на R-вход триггера 14. При каяздом поступлении последних импульсов потенциал О с Q-выхода триггера 14 закрьгеает транзистор 15. Через резисторы 17 и 25 конденсатор 24 заряжается от напряжения U |. При достижении напряжением на конденсаторе 24 порогового напряжения поо однопереходного транзистора 22 последний открывается и конденсатор 24 разряжается через переход эмиттер - вторая база транзистора 22 и

входное сопротивление инвертора 23. Инвертированный импульс разряда конденсатора 24 через инвертор 23 возвращает по. S-ВХОДУ триггер 14 в исходное состояние. На Q-вьгходе RS-триг- гера 14 возникает импульс 1 длительностью t, открывающий на йто время схемы ЗИ 5 и 6 по первым входам. Выбором номиналов элементов мультивибратора 3 - резисторов 17, 25, 20 и 21 и конденсатора 24 - время необходимо ограничить так, чтобы выполнялось условие t i NT при любых заданных изменениях напряжения Ug. По третьим входам схемы ЗИ 5 и 6 должны быть открыты в момент включения напряжения за счет работы элемента 36 задержки, а при нормальной работе и номинальной нагрузке стабилизированного преобразователя за счет функционирования блока 8 защиты. Тогда выходные импульсы с выходов схем ЗИ 5 и 6 в противофазе поступают во время действия импульса длительностью t на входы усилителя 9, усили- ваю тся, выпрямляются и фильтруются вьшрямителем 10 с фильтром и посту- , пают на выходные выводы (нагрузку Rjj). Это напряжение поступает также на масштабирующий усилитель 11 с коэффициентом усиления Кис его выхода на схему 4 сравнения с источни- . ком опорного напряжения

Коэффициент К должен быть выбран следующим образом:

К7I

К R,

И

и on

при

RI

R,+ R, UH

где R - номиналы резисторов 12 и 13 соответственно.

Тогда выходное напряжение схемы 4 сравнения изменением тока светодиода 26 так меняет световой поток последнего, что вариации Unop порогового напряжения транзистора 22 стабилизируют выходное напряжение инпреобразовате ля. Так, при увеличении напряжения иj увеличивается V (за счет увеличения коэффициента передачи усилителя 9), при этом через усилитель 11 и схему 4 сравнения увеличивается ток светодиода 26, т.е. его свето- поток, который уменьшает Unep транзистора 22, что уменьшает t, а еледовате.пьио, и время огк.рытси-п состояния схем ЗИ 5 и 6 . и через усилитель 8, выпрямитель. 10 с фильтром приводит к уменьшению U ,т,е. к его стабилизации. Аналогичный результат достигается и при уменьшении Ug (вплоть до значений Ug , определяемых

; коэффициентом передачи усилителя 9), т.е. преобразователь функциони-

: рует аналогично ШИМ, причем и в случае изменения U,

Блок 8 защиты работает следующим образом.

При номинальном Пц через резистор 15 трансформаторным выходом, выпрямиi 28, стабилитрон 29 и светодиод 30

I протекает ток, соответствующий номинальному току светодиода 30 (стабилитрон 29 пробит). При уменьшении и ц (например, при перегрузках) ниже

Заданного ток стабилитрона 29 резко

Уменьшается (он выходит из состояния

|пробоя ), что приводит к резкому

|уменьщению светоизлучения светодио|да 30. Фототранзистор 31 (первоначаль-25 чения защиты от перегрузок при гальтель и фильтр, подключенный параллельно выходным выводам, схему сравнения с источником опорного напряжения и двумя выходами, 20 отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при изменении в широких пределах входного постоянного напряжения, повьш1ения стабилизации выходного напряжения и обеспе|но светопотоком от светодиода 30) закрывается, напряжение на его эмиттере уменьшается практически до нуля. Этот потенцил О через эмиттерный повторитель 35, элемент 36 задержки и выключатель 37 закрывает схемы |ЗИ 5 и 6; напряжение UH уменьшается РО нуля. Повторное включение преобра- :зователя может быть осуществлено наваническои развязке между входными и выходными выводами, в него введены делитель частоты, первьгй инвертор, две схемы ЗИ, блок защиты, масшта- 30 бирующий усилитель и оптоуправляемый ждущий мультивибратор, выход которого соединен с первьми входами первой и второй схем ЗИ, его первьгй вход - с выходом делителя частоты, вход ко ясатием выключателя 37 либо выключени- д торого подключен к выходу генератора

ем и пЬвторным включением силовой епи Uj .

Отсутствие регулирующего транзистора и датчика тока (резистора) в Силовой цепи, Ug позволяет увеличить КПД стабилизированного преобразоватетактовых импульсов и к второму вхо ду первой схемы ЗИ, а через первый инвертор - к второму входу второй схемы ЗИ, третьи входы указанных 40 схем ЗИ подключены к выходу блока защиты, входы которого подключены параллельно выходным выводам, выход первой и второй схем ЗИ подключены соответственно к первому и второму

ля до значений, практически определяемых трансформатором и ключевыми транзисторами усилителя 9, причем из- менение,м частоты генератора 1 преоб- 5 входам двухтактного усилителя мощ- разователь может быть настроен на ности с трансформаторньм выходом, оптимальный КПД, а стабильность выходного напряжения может достигать Десятых долей процента при значительном (до десятков процентов) изменений силовой сети U .

Стабилизированный преобразователь

входы масштабирующего усилителя по ключены к выходным вьшодам, а его выход соединен с входом схемы срав 50 ния, выходы которой подключены к в рому и третьему входам оптоуправля мого ждущего мультивибратора.

может быть использован для полз чения If ц от долей вольт (при использовании соответствующих выпрямительных элементов в выпрямителе 10) до нескольких киловольт (при использовании соответствующего трансформатора в усилителе 9)- Однако при слишком малых

Уц следует модифицировать блок та- щиты (например, с предяарительгтым усилением U до подачи ei o на блок защиты.

Формула изобретения

тель и фильтр, подключенный параллельно выходным выводам, схему сравнения с источником опорного напряжения и двумя выходами, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при изменении в широких пределах входного постоянного напряжения, повьш1ения стабилизации выходного напряжения и обеспеваническои развязке между входными и выходными выводами, в него введены делитель частоты, первьгй инвертор, две схемы ЗИ, блок защиты, масшта- 30 бирующий усилитель и оптоуправляемый ждущий мультивибратор, выход которого соединен с первьми входами первой и второй схем ЗИ, его первьгй вход - с выходом делителя частоты, вход котактовых импульсов и к второму входу первой схемы ЗИ, а через первый инвертор - к второму входу второй схемы ЗИ, третьи входы указанных 40 схем ЗИ подключены к выходу блока защиты, входы которого подключены параллельно выходным выводам, выход первой и второй схем ЗИ подключены соответственно к первому и второму

5 входам двухтактного усилителя мощ- ности с трансформаторньм выходом,

5 входам двухтактного усилителя мощ- ности с трансформаторньм выходом,

входы масштабирующего усилителя под- , ключены к выходным вьшодам, а его выход соединен с входом схемы сравне- 50 ния, выходы которой подключены к второму и третьему входам оптоуправляе- мого ждущего мультивибратора.

Q-выходом через первый резистор с базой транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через резистор - с силовым входным выводом, который через третий резистор и первый стабилитрон подключен к общей шине и через указанный третий резистор и четвертый резистор подключен к первой базе однопереход- ного транзистора, которая через пятый резистор соединена с общей шиной, к которой подключена одна из обкладок конденсатора, другая обкладка которого через шестой резистор соединена с коллектором указанного транзистора и непосредственно с эмитером однопереходного транзистора, вторая база которого через второй инвертор подключена к S-входу RS- триггера, Q-выход которого является выходом оптоуправляемого ждущего мультивибратора, второй и третий

входы которого подключены к первому светодиоду, который образует с од- нопереходным транзистором оптрон.

второго стабилитрона, включенного в об{ атном направлении, и второго светодиода - в прямом направлении, катод которого подключен к общей шине, фотоприемник св1етодиода вьтолнен на фототранзисторе, коллектор кото рого через восьмой резистор подключен к силовому входному вьгеоду, а база через девятый резистор . - к эмиттеру фототранзистора, который

через десятый резистор подключен к общей шине, а через эмиттерный повторитель, элемент задержки и выключатель - к выходу блока защиты.