Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M3/335 

ду одной из нерегулируемых преобра,- зовательных ячеек, а его выход - к входу задающего генератора 4. Такое включение преобразовательных ячеек обеспечивает стабилизацию

выходного напряжения путем изменения относительного угла управления на входе только одной регулируемой преобразовательной ячейки 1. 6 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах электропитания для преобразования и стабилизации постоянного напряжения. Цель изобретения - упрощение и обеспечение защиты преобразователя по току нагрузки. Поставленная- цель достигается за счет исключения силового переключающего коммутатора и использования входных зажимов одной из преобразовательных ячеек в качестве датчика тока. Для этого в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения, содержащем одну регулируемую ячейку 2 и несколько нерегулируемых преобразовательных ячеек 1, задающий генератор 4, выход которого подключен к управляющим входам нерегулируемых преобразовательных ячеек и входу синхронизации блока (ШИМ) широтно- импульсных модуляторов 3, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя, а выход к управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки 2, и пороговый элемент 5, преобразовательные ячейки включены последовательно по входу и параллельно по выходу, вход порогового элемента подключен к вхо(С (Л с 4 ел

t

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям на ключевых элементах, и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлект- ровной аппаратуры.

Цель изобретения - упрощение и обеспечение защиты преобразователя по току нагрузки.

На фиг. 1 представлена структурная схема изобретения:; на фиг. 2-6 графики, по1|сняющие его работу.

На графиках приняты следующие обозначения:

ЕП - напряжение источника питания;

Uflfl- опорное напряжение;

RH - сопротивление нагрузки;

и

вх

- напряжение на входе 1-й нерегулируемой ячейки; напряжение на входе регулируемой ячейки;

напряжения на выходе промежуточного трансформатора соответственно нерегулируемой и регулируемой ячеек; относительный угол управления ; коэффициент регулирования

выходного напряжения преобразователя;

напряжение на вькоде устройства;

мощность нагрузки; мощность, передаваемая в нагрузку i-й нерегулируемой ячейкой;

мощность, передаваемая в нарузку регулируемой ячейкой; число нерегулируемых преобразовательных ячеек. лизированный преобразователь ного напряжения (фиг. 1) соряд нерегулируемых преобраьных ячеек 1.1, 1.2, ..., 1 .п.

входящих в блок, нерегулируемых преобразовательных ячеек 1, регулируемую преобразовательную ячейку 2, блок широтно-импульсной модуляции

5 (ШИМ) 3, задающий генератор 4 и по роговый элемент 5, Все преобразовательные ячейки 1.1,. 1.2, .,,.,, 1.П, 2 включены последовательно по входу и параллельно ijo выходу, выход дающего генератора 4 подключен к -управляющим входам нерегулируемь х преобразовательных ячеек 1.1, 1.2, . .., 1 ,Г1 и входу синхронизации блока ШИМЗ управляющий вход которого подключен

5 к выходу преобразователя, а выход - к управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки 2, один вход порогового элемента 5 подключен к входу нерегулируемой преобра20 зовательной ячейки 1, а его выход - к входу задающего генератора 4, на второй вход порогового элемента 5 . подается опорное напряжение Upn Нерегулируемые преобразовательные

25 ячейки 1.1, t.2, ..., 1.п могут быть вьатолнены по любой известной схеме с промежуточным трансформатором (мостовой, полумостовой, со средней точкой) и с конденсатором на входе.

30 Конденсатор может быть общим для все нерегулируемых ячеек. Регулируемая преобразовательная ячейка 2 также может быть выполнена по любой известной схеме, например, по мостовой схе35 ме с конденсатором на входе и с дросселем на выходе. Конденсатор выходного фильтра может быть общим для всех преобразовательных ячеек. Промежуточные трансформаторы всех преобразова40 тельных ячеек имеют одинаковый коэффициент трансформации«

Устройство работает следующим образом.

После включения питания запуска- 45 ется задающий генератор 4, управляющий нерегулируемыми преобразовательными ячейками 1.1, 1.2, ., 1.пи через блок ШИМ 3 - регулируемой преобразовательной ячейкой 2. На выходе преобразовательных ячеек 1.1, 1«2, ..,, 1 .HS 2 появ.гяется напряжение, причем на вьЛоде регулируемой ячейки 2 это напряжение определяется длительностью управляющего импульса, поступающего от блока 3. Стабилизация выходного напряжения регулируемой преобразовательной ячейки 2 осуществляется путем изменения относительного угла управления блока аШМ 3 по цепи обратной связи, так как преобразовательные ячейки включены на общую нагрузку, а по входу ячеек течет общий ток, то напряжение на входе преобразовательных ячеек определяется токами, отдаваемыми . этими ячейками s нагрузку.

Для нерегулируемой преобразовательной ячейки

регулируемой ячейки и увеличению амплитуды импульса на выходе промежуточного трансформатора нерегулируемой ячейки. Таким образом, предлагаемое устройство работает по входу как регулируемый делитель напряжения. Изменение напряжения на входе регулируемой U и i- нерегулируемой и 3, . ячеек в зависимости от относительного угла управления представлено на графике фиг. 3 для различного числа ячеек, входящих в блок нерегулируемых преобразовательных ячеек 1. Сйлошной линией изображена зависТймость U ьу ,,- fCc/), а пунктирной и 8x,j fCeC). Используя (1) ИЛИ

(2) и (3), можно определить выходное напряжение

Ш

15

20

и,

- .

(4)

и

н

и 6Х ; Кт-р

(1)

25

Выходное напряжение U, определяется длительностью управляющих импульсов на выходе блока ШИМ 3, т.е. обратная связь по напряжению, заведенная через блок ШИМ 3 только на одну преобразовательную ячейку, обеспечивает стабилизацию выходного на- форматора i-й нерегулиру- пряжения всего предлагаемого устрой„ы«JV

где - коэффициент трансформа ции промежуточного трансемой ячейки. Для регулируемой преобразовательной ячейки

ства. Регулировочная характеристика преобразователя представлена на графике фиг. 4.

UH UBU- I-P.

где Ктрл коэффициент трансформации промежуточного трансформатора регулируемой ячейки. Используя (1) и (2) и учитывая.

что

п

Т- и бк - 6X1 л

IT t

ределить напряжения на входе регулируемой 2 и нерегулируемой 1.1, 1.2, .... 1.П преобразовательных ячейках

(К.

К

тр{

)

Ubx,,--

UB.г Е

1

1 +

(3)

Работу устройства иллюстрируют осциллограммы напряжений на выходе промежуточного трансформатора регулируемой нерегулируемой , ячеек (фиг. 2). Так увеличение относительного угла управления сС приводит к уменьшению амплитуды на вы- ходе промежуточного трансформатора

500504

регулируемой ячейки и увеличению амплитуды импульса на выходе промежуточного трансформатора нерегулируемой ячейки. Таким образом, предлагаемое устройство работает по входу как регулируемый делитель напряжения. Изменение напряжения на входе регулируемой U и i- нерегулируемой и 3, . ячеек в зависимости от относительного угла управления представлено на графике фиг. 3 для различного числа ячеек, входящих в блок нерегулируемых преобразовательных ячеек 1. Сйлошной линией изображена зависТймость U ьу ,,- fCc/), а пунктирной и 8x,j fCeC). Используя (1) ИЛИ

(2) и (3), можно определить выходное напряжение

Ш

15

20

и,

- .

(4)

(1)

25

улиру-

Выходное напряжение U, определяется длительностью управляющих импульсов на выходе блока ШИМ 3, т.е. обратная связь по напряжению, заведенная через блок ШИМ 3 только на одну преобразовательную ячейку, обеспечивает стабилизацию выходного на- - пряжения всего предлагаемого устрой«JV

35

40

ства. Регулировочная характеристика преобразователя представлена на графике фиг. 4.

Деление входного напряжения зависит от относительного угла управления 1 , а в стабилизированном преобразователе - в конечном итоге от изменения -входного напряжения и тока нагрузки. При постоянном токе нагрузки изменение входного напряжения в устройстве приводит к изменению напряжения на входе регулируемой преобразовательной ячейки 2 и к изменению относительного угла управления f ,

45 таким образом, чтобы напряжение на выходе регулируемой преобразовательной ячейки 2 осталось прежним. Напряжение на входе нерегулируемой преобразовательной ячейки 1.1 при этом

gQ :не изменяется (U н .- К р -dV const, где &V - падение напряжения на внутреннем сопротивлении ячейки). При постоянном входном напряжении изменение тока нагрузки приведет к

55 изменению .падения напряжения на внутреннем сопротивлении ячеек. Напряжение на входе нерегулируемых преобразовательных ячеек 1.1, 1.2, ..., 1.п изменяется таким образом, чтобы

выходное напряжение осталось неизменным, напряжение на входе регулируемой преобразовательной ячейки 2 и относительный угол управления с/ также изменяется. При этом U UaxjK-fp«f const. Таким образом, в предлагаемом устройстве напряжение на ходе любой нерегулируемой ячейки не зависит от изменения входного напряжения, а зависит только от тока нагрузки, т.е. входные зажи- мы любой нерегулируемой ячейки можно использовать в качестве датчика тока нагрузки. Для повышения чувствительности датчика тока можно использовать несколько последовательно включенных нерегулируемых ячеек. Напряжение с входа нерегулируемой преобразовательной ячейки 1.1 поступает на вход порогового элемента 5 и сравнивается с опорным UQ . При равенстве сравниваемого и опорного напряжений сигнал с выхода порогового элемента 5 блокирует работу задающего генератора 4.

Мощность, подаваемую в нагрузку каждой нерегулируемой и регулируемой преобразовательными ячейками, без учета потерь можно определить соответственно по формулам

EZ.KVprf 5

(T+n T -R-;;

и%« (Т+п 55к„

р ,

«Ц-ПсГ

(Ц-п)зВ1„

1

(H-n«P)Rv, 1+п

5)

Соотношения (5) показывают, что в процессе стабилизации (регулировки) выходного напряжения происходит перераспределение мощностей, передаваемых в нагрузку через нерегулируемые l.ti 1.2, ..., 1.п и регулируемую 2 ячейки.

На графике фиг. 5 приведена зависимость мощности нагрузки и распре деление мощностей меязду регулируемой и нерегулируемой ячейками (Р и Р, соответственно) (при постоянных значениях Е и R „) от изменения относительного угла управления, т.е.

20

в режиме регулировки выходного напряжения .

На графике фиг. 6 приведена зависимость распределения мощностей между регулируемой и нерегулируемой ячейками в зависимости от изменения входного напряжения в режиме стабилизации (U(4 const; RH const; f 10 отрабатывает изменение входного напряжения) .

Таким образом, изобретение позволяет исключить отключающий коммута- 5 тор, а также благодаря использованию любой нерегулируемой ячейки в качестве датчика тока без введения новых элементов обеспечивается упрощение устройства и организация за- пщты по току нагрузки, т.е. расширение функциональных возможностей устройства.

Формула изобрете н-и я

25

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий одну регулируемую и несколько нерегулируемых преобразовательных ячеек,

„Q задающий генератор, выход которого подключен к управляющим входам нерегулируемых преобразовательных ячеек и входу синхронизации блока ши- ротно-импульсной модуляи1ии, управляющий вход которого подключен к вы35 ходу преобразователя, а выход - к управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки, и пороговый элемент, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения и обеспечения защиты по току нагрузки, преобразовательные ячейки включены последовательно по входу и параллельно по выходу, вход порогового элемента подключен к входу одной из нерегулируемых преобразовательных ячеек, а его выход - к входу задающего генератора, причем любая из нерегулируемых преобразовательных ячеек использована в качестве датчика тока,

40

45

50

r,Z

M.e.2

05

к

V

0.5

Фиг A

%.г

П:1

.

6

0.5 . аг.5

РН