Статический преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1989 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено для использования в источниках вто- ричного электропитания радиоэлектронной аппаратуры переменным напряжением с низким содержанием гармонических составляющих.

Целью изобретения является улучше- ние формы кривой выходного синусоидального напряжения путем снижения нелинейных искажений при малых токах нагрузки.

На чертеже представлена функцио- нальная схема статического преобразователя постоянного напряжения в . переменное.

Устройство содержит инвертор 1 класса Д, фильтр 2 нижних частот, узел 3 обратной связи с согласующим трансформатором А, выпрямителем 5, сглаживающим фильтром 6, блоком 1, опорного напряжения, усилителем 8 сигнала рассогласования, датчик 9 тока с входным резис-швным шунтом / 10, трансформатором 11 напряжения, двухполупарнодным выпрямительным блоком на диодах 12 и 13 и сглаживающим ЕС-фильтром на резисторе 14 и кон- денсаторе 15, транзисторный усилитель 16 с первым транзисторным каскадом на транзистЬре 17 и резисторах 18 и 19, вторым транзисторным каскадом на транзисторе 20 и резисторе 21 и мостовой выпрямитель на диодах 22-25, подгрузочный резистор 26.

На схеме обозначены входные выводы 27 и 28 устройства, предназначенные для подключения первичного ис- точника питания, выходные выводы 29 и 30 фильтра 2 нижних частот, а также выходные выводы 31 и 32 устройства, предназначенные дпя подключения нагрузки, которой присвоена позиция 33. Инвертор 1 класса Д и фильтр 2 нижних частот включены последовательно. Питающий вход инвертора 1 соединен с выводами 27 и 28, а выходной вывод 29 фильтра 2-е вы водом 31. Вход узла 3 обратной связи (первичная обмотка согласующего транформатора 4) подключен к выводам 31 и 32, а выход (выход усилителя 8 сигнала рассогласования) - к регули- рующему входу инвертора 1. В узле 3 обратной связи вход выпрямителя 5 соединен с вторичной обмоткой трансформатора 4, а Bbixo rt - с входом сглаживающего фильтра 6, сигнальный вход усилителя 8 сигнала рассогласования подключен к выходу сглаживающего фильтра 6, а опорный вход - к выходу блока 7 опорного напряжения. Вход датчика 9 тока (например, выводы входного резистивного щунта 10) соединен с выводами 30 и 32. Подгрузочньгй резистор 26 подключен к выходным выводам транзисторного усилителя 16, вход последнего соединен с выходом датчика 9 тока. В датчике 9 тока первичная об- моТка .трансформатора 1 1 напряжения соединена с выводами резистивного шунта 10, вход двухполупериодного выпрямительного блока 12-13 подключен к вторичной обмотке трансформатора II, вход сглаживающего ЕС-фильтра 14-15 соединен с выходом выпрямительного блока 12 и 13, а выход является выходом датчика 9 тока. В транзисторном усилителе 16, включенном на выходе постоянного тока мостового выпрямителя на диодах 22-25, два транзисторных каскада соединены последовательно, вьшолнены по схеме с общим эмиттером и снабжены отрицательной обратной связью по напряжению, функции которой выполняют резисторы 18 и 21 . При этом вход первого из транзисторных каскадов (эмиттер-базовый переход транзистора 17) является управляющим входом усилителя 16, выходной вывод мостового вьтрямителя 22-25 отрицательной полярности соединен с эмиттерами транзисторов 17 и 20, а выходной вывод положительной полярности, соединенный с коллекторной цепью первого транзисторного каскада, и коллектор транзистора 20 второго каскада с выводами для подключения подгрузочного резистора 26.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на выводы 27 и 28 питающего напряжения постоянного тока инвертор 1 класса Д вырабатьшает псевдосинусоидальный сигнал. Длительности составных импульсов псевдосинусоидального напряжения промодулированы по синусоидальному закону.

Фильтром 2 нижних частот осуществляется выделение из псевдосинусоидального напряжения первой гармоники соответствующей заданной частоте выходного напряжения статического преоразователя. С помощью узла 3 обратно связи обеспечивается стабилизация выходного напряжения. При этом сигнал обратной связи трансформируется трансформатором А, вьтрямляется выпрямителем 5 и сглаживается фильтром 6, Усилитель 8 сигнала рассогласования срав нивает постоянное напряжение с выхода фильтра 6 с опорным напряжением, вырабатываемым блоком 7 опорного напряжения, и усиленным разностным сигна- лом управляет инвертором 1, изменяя длительности составных импульсов псевдосинусоидального напряжения (с сохранением синусоидального закона модуляции ).

Анализ частотного спектра псевдосинусоидального напряжения показывает что в нем из-за несовершенства реализации сигналов в классе Д (из-за конечных падений напряжения на насыщен- ных транзисторах, из-за наличия в транзисторном мосту инверсных токов в случае не чисто активной нагрузки запаздывания при переключении транзисторов и т.д.) имеются гармоники с порядковыми номерами, располагающимися ниже несущей частоты, причем в режиме статического преобразовате

ля, близком к холостому ходу, имеет место резкое ухудшение- частотного спектра псевдосинусоидального напряжения, что впечет за собой существенные возрастания нелинейных искажений выходного напряжения статического преобразователя. Для предотвращения этого негативного явления при малых токах нагрузки осуществляется принудительная подгрузка статического преобразователя.

Процесс подгрузки реализуется функциональным взаимодействием датчика 9 тока и мостового выпрямителя 22- 25 с транзисторным усилителем 16.. Если в нормальном рабочем режиме при номинальном токе нагрузки на выводах резистивного шунта 10 имеется падение напряжения, которое после трансформации трансформатором 11, выпрямления выпрямительным блоком 12-13 и сглаживания НС-4мльтром 14-15 обеспечивает открытое состояние транзистора 17 и закрытое - транзистора 20, то при значительном снижении тока нагрузки выходной сигнал датчика 9 тока оказьшается малым и транзисторный усилитель 16 переходит в состояние, предусматривающее подключение под- грузочного резистора 26. При этом ток подгрузки в течение одного полупериода протекает по цепи: вывод 31, диод 22, резистор 26, коллектор-эмиттерный переход транзистора 20, диод 25, вывод 32, а в течение другого полупериода - по цепи: вывод 32, диод 23, резистор 26, коллектор- эмиттерный переход транзистора 20, диод 24, вывод 31. За счет резисторов 18 и 21 отрицательной обратной связи обеспечивается линейность нарастания тока подгрузки по мере снижения нагрузочного тока. Таким образом, форма выходного напряжения при малых токах нагрузки не претерпевает существенных изменений и коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения статического преобразователя остается в допустимых пределах.

Формула изобретения

1. Статический преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержаш 1й инвертор класса Д с фильтром нижних частот на выходе, сое- диненнмм с выходными выводами преобразователя, узел обратной связи, вход которого подключен к выходным выводам преобразователя, а выход - к регулирующему входу инвертора, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного синусоидального напряжения

путем снижения нелинейных искажений

при малых токах нагрузки, введены

датчик тока, мостовой выпрямитель, транзисторный усилитель и подгрузоч- ньй резистор, причем вход датчика

тока включен последовательно в выходную цепь между выводом фильтра нижних частот и выходным выводом преобразователя, входные выводы переменного тока мостового вьтрямителя подключены к выходным выводам преобразователя, к выходным выводам постоянного тока мостового выпрямителя подключен транзисторный усилитель, к выходным выводам которого подключен подгрузочный резистор, а входной вывод усилителя соединен с выходом датчика тока.

2. Преобразователь по п. 1, о т- личающийся тем, что датчик

тока содержит в выходной цепи последовательно соединенные двухполупери- одный выпрямитель и сглаживающий RC- фильтр, выход которого является выходом датчика тока.

5U57128

3. Преобразователь по п. 1, от-- связью по напряжению транзисторных личающййсУ тем, что тран-каскада, базовый вывод первого из них

зисторный усилитель содерясит два по-подключен к входному выводу усшштеследовательно соединенных, вьшолнен-ля, а коллекторный вывод второго ных по схеме с обпо1м эмиттером ик его выходному выводу,

снабженных отрицательной обратной.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиозлек- , тронной аппаратуры переменным напряжением. Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного синусоидального напряжения путем снижения нелинейных искажений при малых токах нагрузки. Силовой канал статического преобразователя включает в себя последовательно включенные инвертор 1 класса Д и фильтр 2 нижних частот. Стабшш/7 о- 2в bL. зация выходного напряжения осуществляется с помощью узла 3 обратной связи, вход которого соединен с выходными выводами 31, 32, а выход - с регулирующим входом инвертора 1. Для обеспечения неизменности амплитудно- частотной- характеристики фильтра 2 при малых токах нагрузки производится принудительная подгрузка статического преобразователя. В нормальном режиме с номинальным током нагрузки датчик тока 33 вырабатьшает напряжение для открытия транзистора 17 и закрытия транзистора 20 транзисторного усилителя -16 переменного тока. При снижении тока нагрузки выходной сигнал датчика 9 уменьшается, усилитель 16 изменяет свое состояние и к.выходным выводам 3, 32 подключаете под- груз очный резистор 26. Резисторы 18, 21 обратной связи обеспечивают линейность нарастания тока подгрузки по мере снижения тока нагрузки. 2 з.п. сЬ-л ы, 1 ил. € (Л