Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M3/337 

2 ) Выход

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

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения путем уменьшения высокочастотных пульсаций и улучшение электромагнитной (;ов.мес- тимости при одновременном расширении диапазона регулирования.

На фиг. 1 показана схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь постоянного напряжения содержит цепь 1 обратной связи, входом подключенную к выходному выводу 2, а вьксодом - к входу широтно- импульсного модулятора 3, другой вход которого соединен с выходом задающего генератора 4, а-выход - с первым входом фазорасщепителя 5, построенного, например, на ключе 6 и трансформаторе 7, Второй в коц фазорасщепителя 5 соединен с вторым выходом задающего генератора 4, а первый и второй выходы фазорасщепителя соответственно через первый 8 и второй 9 формирователи управляющих напряжений соединены с входами 10 и 11 регулирующих транзисторов полумостового усилителя 12 мощности, выходом подключенного к первичной обмотке выходного трансформатора 13, вторичная обмотка которого через выпрямитель 14 и фильтр 15 подключена к выходному выводу 2. Преобразователь также содержит последовательно соединенные инвертор 16, входом соединенный с выходом широтно- импульсного модулятора (1Ш1М) 3, дифференцирующую 1тепь 17, усилитель 18 с разБязываюишм трансформатором 19, выход которого подключен к управляющему входу двухпроводного ключа 20, силовые выводы которого подключены к точке 21 соединения силовых выводов транзисторов полумостового усилителя мощности и к средней точке 22 емкостного делителя 23 напряжения, включенного параллельно входным выводам 24.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При вршючении стабилизированного преобразователя постоянного напряжения задаюишй генератор 4 генерирует прямоугольные импульсы (фиг. 2а), которые поступают на вход ШИМ 3. На другой вход LUroi 3 поступает сигнал

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рассогласования с выхода цепи 1 обратной связи, где выходное напряжение сравнивается с опорным, и разностный сигнал усиливается до необходимого значения. На своем выходе ШИМ 3 формирует прямоугольные импульсы (фиг. 2б), длительность которых определяется цепью 1 обратной связи и зависит от выходного и входного напряжений и тока нагрузки. С выхода ШИМ 3 широтно-модулированная последовательность прямоугольных импульсов поступает на вход ключа 6, на другой вход этого ключа поступает переменное напряжение с выхода задающего генератора 4. Ключ 6 работает таким образом, что ток через первичную обмотку трансформатора 7 протека ет при наличии напряжений на обоих входах. Причем,, если полярность напряжений на обоих входах совпадает, ток через ключ и первичную обмотку протекает в одном направлении, если полярность противоположна - то в другом. Таким образом, на вторичных обмотках трансформатора 7 формируются импульсные напряжения прямоугольной формы, сдвинутые друг относительно друга на 180°, т.е. происходит расщепление фазы.

С выходных обмоток трансформатора 7 импульсные управляющие напряжения через формирователи 8 и 9 управляющих напряжений поступают соответственно на управляющие входы 10 и 11 регулирующих транзисторов полумостового усилителя 12 мощности. Формирователи 8 и 9 управляющих напряжений служат для формирования управляющих напряжений, обеспечивающих переключение силовых регулируюищх транзисторов и содержат ограничивающие, форсирующие и запирающие цепи.

Таким образом, на управляющие входы регулируюощх транзисторов полумостового усилителя 12 мощности поступают управляющие напряжения (фиг.2 виг), сдвинутые друг относительно друга на 180 и равные по длительности соответствующим напряжениям, вырабатываемым liBM 3. В результате происходит поочередное переключение регулирующих транзисторов полумостового усилителя 12 мощности, и на первичной обмотке выходного трансформатора 13 формируется переменное на- пря5кение с паузой на время выключенного состояния (фиг. 2д). С вторич

1/4

ных обмоток выходного трансформатора 13 переменное напряжение через выпрямитель 14 ифильтр 15 поступает н нагрузку. Стабилизация выходного напряжения при воздействии дестабилизирующих факторов осуществляется за счет поддержания открытого и закрытого состояний регулирующих транзисторов таким образом, .чтобы выходное напряжение оставалось постоянным.

Широтно-модулированная последовательность прямоугольных импульсов с выхода модулятора 3 поступает на инвертор 16 и на его выходе имеет вид, показанный на фиг. 2 е. Последовательно включенные инвертор 16,дифферен-. цирующая цепь 17, усилитель 18 с развязывающим трансформатором 19 необходимы для формирования на управляю- щем входе ключа 20 напряжения, которое открывает ключ 20 в момент закрытия силовых регулирующих транзисторов усилителя 12 мощности, так как включение ключа 20 происходит при за- крывании силовых регулирующих транзисторов, а выключение ключа 20 необходимо осуществить несколько раньше, чем произойдет включение регулирующего транзистора, из-за возможно- го возникновения сквозных токов и обеспечения необходимого диапазона регулирования, то в названной последовательной цепи из инвертора 16, дифференцирующей цепи 17 и усилителя

18с развязывающим трансформатором

19происходит .укорачивание запирающих импульсов, поступающих с выхода ШИМ 3. Укорачивание импульсов осуществляется дифференцирующей цепью 17, напряжение на выходе которой имеет

вид, показанный на фиг. 2ж. Включенный перед дифференцирующей цепью 17 инвертор 16 позволяет при этом оставить задний фронт импульсов, выраба- Тываемых ШИМ 3 во временной привязке без изменения. Это необходимо, так как закрывание регулирующих транзисторов усилителя мощности происходит при попадании импульсов, посту пающих с выхода ШШ 3, т.е. по их заднему фронту, и в тот же момент необходимо открыть ключ 20. Импульсы поступают с выхода дифференцирующей цепи 17 на вход усилителя 18, усили- ваются им до необходимого значения и там же приобретают прямоугольную форму с длительностью, меньшей, чем на выходе инвертора 16, а значит

55

Q

5 0 5 О 5

Q

g gQ gg

1/

н меньшой, чем длительность паучы в напряжении на первичной обмотке выходного трансформатора 13, сформированное импульсное напряжения с выхода усилителя-формирователя 18, имеющее вид, показанный на фиг. 2з, поступает через развязывающий трансформатор 19 на управляющий вход ключа 20. На чертеже показан ключ, выполненный на диодном мосте с транзистором, включенным в диагональ постоянного тока.

Таким образом, на управляющий вход ключа 20 поступает импульсное напряжение, открывающее его при закрывании силовых регулирующих транзисторов и закрывающее его несколько раньше, чем откроются регулирующие транзисторы (фиг. 2и). При зтом первичная обмотка выходного трансформатора 13 одним концом (точка 21) оказывается подключенной через открытый ключ 20 к средней точке 22 емкостного делителя 23 напряжения, а другим - к средней точке емкостного делителя напряжения полумостового усилителя 12 мощности. Такое включение первичной обмотки при закрытых транзисторах и открытом ключе 20 аналогично включению ее между двумя источниками питания одинакового напряжения, образуемыми двумя емкостными делителями. При зтом первичная обмотка выходного трансформатора 13 оказывается в момент паузы нагруженной на малое реактивное сопротивление. В результате энергия, запасенная в выходном трансформаторе 13, расходуется на переза ряд емкостей одного и второго емкостных делителей, включенных параллельно входному источнику питания. Таким образом, при закрывании регулирующих транзисторов полумостового усилителя 12 мощности и открывании двухстороннего ключа 20 происходит полное демпфирование возникающих высокочастотных колебаний. При этом резко уменьшаются высокочастотные выбросы напряжения на первичной и вторичной обмотках выходного трансформатора 13 во время паузы. Это приводит к уменьшению высокочастотных пульсаций на выходе, и к значительному уменьшению электромагнитных наводок на выходные и другие расположенные рядом цепи, что улучшает электромагнитную совместимость стабилизированного преобразорл- теля постоянного напряжения.

Кроме того, вследствие быстрого и Полного демпфирования высокочастотных Колебаний в предлагаемом стабилизированном преобразователе постоянного напряжения имеется более широкий диа- йазон регулирования выходного напря- :|кения. Это объясняется тем, что для Нормального функционирования стабили- ;шрованного преобразователя постоянного напряжения минимальная дпитель- иост-ь закрытого состояния регулирую- 1ЩХ транзисторов (пауза) ограничивамоткн которого через пьшрямитель и фильтр подключены к выходным клеммам цепь обратной связи, входом подключенную к выходным выводам, а выходом к одному входу шнротно-имиульсного одулятора, другой вход которого соединен с первым выходом задающего гене ратора, а выход - с первым входом фазорасщепителя, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, а первый и второй выходы фазорасщепителя соответственно через первый и второй формировате9ТСЯ временем затухания высокочастотных колебаний и перемагничиваиием вы- 15 управляющих напряжений соединены : одного трансформатора. В преобразова- с входами регулирующих транзисторов, феле минимальная длительность закры-и дифференцирующую цепь, о т л и фого состояния транзисторов (пауза)чающийся тем, что, с целью

фграничена временем открытого состоя- улучшения качества выходного напря- йия двухпроводного ключа и может быть 2о жения за счет уменьшения высокочастотных пульсаций, улучшения электромагнитной совместимости при одновременном расширении динамического диа начительно меньшей, так как определяется параметрами дифференцирующей

цепи, а не длительностью затухающих

1 ысокочастЬтных колебаний.пазона регулирования, в него введены

Кроме того, предлагаемый преобразо-25 двухпроводный ключ, емкостной дели атель имеет более высокий КПД, так ак двухпроводный демпфирующий ключ 1| слючается только во время закрытого (Достояния транзисторов, а во время с|ткрытого состояния транзисторов он Отключен и не оказывает влияния на р аботу.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторш- й полу- Мостовой усилитель мощности, выходом подключенный к первичной обмотке вы- хЬдного трансформатора, вторичные обтель, усилитель с развязывающим транс форматором, инвертор, входом подключенный к выходу широтно-импульсного модулятора, а выходом - к входу диф- 30 Ференцирующей цепи, усилитель с развязывающим трансформатором, вход которого подключен к выходу дифференцирующей цепи, а выход - к управляющему входу двухпроводного ключа, силовыми выводами подключенного к точке соединения силовых выводов транзисторов полумостового усилителя мощности и к средней точке емкостного делителя напряжения, включенного параллельно входным выводам.

35

0

моткн которого через пьшрямитель и фильтр подключены к выходным клеммам, цепь обратной связи, входом подключенную к выходным выводам, а выходом - к одному входу шнротно-имиульсного одулятора, другой вход которого соединен с первым выходом задающего гене ратора, а выход - с первым входом фазорасщепителя, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, а первый и второй выходы фазорасщепителя соответственно через первый и второй формировате5 управляющих напряжений соединены с входами регулирующих транзисторов, и дифференцирующую цепь, о т л и тель, усилитель с развязывающим транс форматором, инвертор, входом подключенный к выходу широтно-импульсного модулятора, а выходом - к входу диф- 0 Ференцирующей цепи, усилитель с развязывающим трансформатором, вход которого подключен к выходу дифференцирующей цепи, а выход - к управляющему входу двухпроводного ключа, силовыми выводами подключенного к точке соединения силовых выводов транзисторов полумостового усилителя мощности и к средней точке емкостного делителя напряжения, включенного параллельно входным выводам.

5

а д

г

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичньк источниках электропитания. Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения высокочастотных пульсаций, улучшение электромагнитной совместимости при одновременном расширении динамическо/ о диапазона .регулирования. Цель достигается введением инвертора 16, усилителя 18, ключа 20 и емкостного делителя 23. Работа двухпроводного ключа 20 синхронизирована с работой широтно- импульсного преобразователя 3 через последовательно соединенные инвертор 16, дифференцирующую цепь 17 и усилитель 18 с развязывающим трансформатором. Это позволяет включить ключ 20 при закрывании транзисторов усилителя 12 мощности. При этом резко уменьшаются высокочастотные выбросы напряжения на обмотках выходного трансформатора 13 в паузах во время выключенного состояния упомянутых транзисторов. Вместе с тем быстрое и полное демпфирование высокочастотных колебаний расширяет диапазон ре- гулировгяния выходного напряжения. 2 ил. ( сл

ж

Ч t

Фиг. 2