Стабилизирующий конвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к электро- технике, в частности к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано в стабилизирован- ных источниках питания с бестрансформаторным входом.

Цель изобретения - повышение надежности, КПД и снижение уровня электромагнитных помех путем исключения одностороннего подмагничивания выходг ного трансформатора.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг,2 и 3 - диаграммы работы при различных токах нагрузки и напряжениях сети; на фиг.4 и 5 - диаграм№1 работы при пуске; на фиг,6- регулировочная характеристика усили- теля обратной связи -и передаточная характеристика узла согласования,

Изобретение содержит двухт актный регулируем)1й транзисторный преобразователь 1, к выходу которого через датчик тока 2 подключен выходной

трансформатор 3, соединенный .через выходные выпрямитель 4 и фильтр 5 с нагрузкой 6, формирователь импульсов 7, выходами соединённый с управ- ЛЯЮ1ЦИМИ входами двухтактного ре гули- руемого транзисторного преобразователя 1, а входами - с узлом 8 совпадения, входы которого соединены с выходами триггера 9, делителя 10 частоты на два и формирователя 11 фик- сированной паузы,.широтно-импульсны модулятор 12, выход которого соедине с первым входом триггера 9, первый вход широтно-импульсного модулятора 12 соединен с выходом усилителя об- ратной связи 13, входы которого соединены с выходными выводами и источником 14 опорного напряжения,- второй вход широтно-импульсного модулятора 12 соединен с первым входом компара- тора 15 и выходом сумматора 16, входами подключенного к выходам датчика тока 2 и формирователя 17 пилообразного однополярного напряжения, вход которого соединен с выходом зад кщего генератора 18, синхронизируклцим входами широтно-импульсного модулятора 12 и компаратора 15 и входами делителя 10 частоты и формирователя 1 фиксированной паузы, выход компара- тора 15 соединен с вторым входом триггера 9, а второй вход компаратора 15 через узел согласования 19 связан с выходными.выводами.

На фиг.2-4 используются следующие обозначения: 20 - выходной сигнал задающего генератора, 21 - выходной сигнал формирователя пилообразного сигнала, 22 - выходной сигнал датчика тока, 23 - выходной сигнал усилителя обратной связи, 24 - выходной сигнал сумматора, 25 - выходной сигнал узла согласования, 26 - выходной сигнал широтно-импульсного модулятора, 27 - выходной сигнал компаратора 28 - выходной сигнал триггера, 29 - выходные импульсы преобразователя, 30 - напряжение сети, 31 - время, 32 - выходное напряжение на нагрузке

Широтно-импульсный модулятор 12 функционирует таким образом, что при достижении сигналом 24 в процессе ег нарастания уровня сигнала 23 его выходной сигнал 26 изменяет логический уровень. Компаратор 15 функционирует таким образом, что при достижении сигналом 24 в процессе его нараста- 1шя уровня сигнала 25 его ыходной сигнал 27 изменяет логический уровень. Подача выходного тактирующего сигнала задающего генератора 20 на синхронизирующие входы щиротно-им- пульсного модулятора 1.2 и компаратора 15 обеспечивает их возврат в исходное состояние,

Триггер 9 срабатывает при изменении уровня как сигнала 26, так и сигнала 27. Высокому уровню его выходного сигнала 28 соответствует открытое состояние силовых транзисторов .преобразователя 1, Делитель 10 частоты и узел совпадения В обеспечивает необходимый порядок следования импульсов управления силовыми транзисторами преобразователя 1. Формиро ватель фиксированной паузы I1 обеспечивает фиксированную паузу между запи)анием одних силовых транзисторов преобразователя 1 и отпиранием других транзисторов, исключая возможность возникновения сквозных токов.

Устройство работает следующим образом.

При некотором допустимом токе нагрузки и некотором допустимом напряжении сети рабочая точка усилителя обратной связи 13 находится на участке ВГ его регулировочной характеристики, где выходной сигнал 25 узла согласования превышает выходной сигнал 23 усилителя обратной связи, В момент появления сигнала 21 задающего генератора соответствующие силовые транзисторы преобразователя 1 открываются и на его выходе формируются импульсы 29 (фиг.2а). В первичной обмотке выходного трансформатора 3 начинает протекать ток, рав-. ный сумме приведенного тока нагрузки и тока намагничивания, и на выходе датчика тока 2 появляется сигнал 22, амплитуда и скорость нарастания которого при отсутствии подмагничивания определяются током нагрузки и параметрами выходного фильтра 5, Сигнал 22 суммируется с выходным сигналом . формирователя пилообразного сигнала 21 и образованный в результате этого выходной сигнал сумматора 24 поступаг- ет на соответствующие входа широтно- импульсного модулятора 12 и компаратора 15, где производится его сравнение с сигналом 23 и сигналом 25 соответственно. При достижении сигналом 24 уровня сигнала 23 широтно-им- пульсный модулятор 12 срабатывает, выходной уровень сигналов 26 и 28 становится низким, силовые транзисторы преобразователя 1 запираются и импульсы 29 закачиваются. Поскольку сигнал 24 не достигает уровня сигнала 25, компаратор 15 .не оказывает никакого влиянии на работу устройства Если при работе устройства в данном реркиме произойдет нарушение симметрии в его силовой части, например, за счет временного измерения падения напряжения на силовых транзисторах преобразователя 1, i что приведет к увеличению скорости нарастания тока .намагничивания и сигнала 24, а также к увеличению амплитуды импульсов 29 в один из полупериодов инвертирова10

15

20

бочая точка усилителя обратной связи 13 переходит в точку Г, причем сигна 23 становится равным нулю. Длительность выходных импульсов 29 преобра- зователя при этом минимальна. Если ток нагрузки устройства увеличивает- ся (фиг, 2а, в), то рабочая точка усилителя 13 обратной связи перемещается в сторону точки В, длительность выходных импульсов 29 преобразователя увеличивается, и выходное напряжение устройства стабилизируется. Если при данном токе .нагрузки произойдет увеличение напряжения сети 30 (фиг, 2а, .г) 5 то рабочая точка усилителя 13 обратной связи вновь переместится в сторону точки Г, длительность импульсов преобразователя 29 уменьшится и выходное напряжение стабилизируется.

Фиг, 26, д соответствует состоянию устройства при максимальном токе нагрузки, когда рабочая точка усилителя обратной связи 13 находится в точке В. При этом длительность выходных импульсов 29 преобразователя максимальна. Дальнейшее увеличение тока нагрузки (перегрузка) приводит к тому, что за счет увеличения амплитуды выходного сигнала 24 сумматора при постоянном максимальном сигнале 23 -.длительность выходных импульсов преобразователя 29 резко уменьшается i-ir, (фиг. 26, e)f что приводит ;К умень- 35 шению выходного напряжения 31 и сиг нала 25. При зтом рабочая точка усилителя- обратной связи 13 перемещается в сторону точки А и сигнал 25 становится меньше сигнала 23, В момент равенства нарастающего сигнала 24 и убывающего сигнала 25 уровень выходного сигнала 27 компаратора изл) меняется, что приводит к срабатыванию

25

30

40

ния Сфиг. 2 пунктир), то выходное напряже-45 триггера 9, запиранию силовых тран- ; ние 32 стремится уменьшиться, а выходной зисторов преобразователя 1, уменьше- сигнал усилителя обратной связи 23J длительности выходных импульсов

10

5

0

бочая точка усилителя обратной связи 13 переходит в точку Г, причем сигнал 23 становится равным нулю. Длительность выходных импульсов 29 преобра- зователя при этом минимальна. Если ток нагрузки устройства увеличивает- ся (фиг, 2а, в), то рабочая точка усилителя 13 обратной связи перемещается в сторону точки В, длительность выходных импульсов 29 преобразователя увеличивается, и выходное напряжение устройства стабилизируется. Если при данном токе .нагрузки произойдет увеличение напряжения сети 30 (фиг, 2а, .г) 5 то рабочая точка усилителя 13 обратной связи вновь переместится в сторону точки Г, длительность импульсов преобразователя 29 уменьшится и выходное напряжение стабилизируется.

Фиг, 26, д соответствует состоянию устройства при максимальном токе нагрузки, когда рабочая точка усилителя обратной связи 13 находится в точке В. При этом длительность выходных импульсов 29 преобразователя максимальна. Дальнейшее увеличение тока нагрузки (перегрузка) приводит к тому, что за счет увеличения амплитуды выходного сигнала 24 сумматора при постоянном максимальном сигнале 23 -.длительность выходных импульсов преобразователя 29 резко уменьшается i-ir, (фиг. 26, e)f что приводит ;К умень- 5 шению выходного напряжения 31 и сиг нала 25. При зтом рабочая точка усилителя- обратной связи 13 перемещается в сторону точки А и сигнал 25 становится меньше сигнала 23, В момент равенства нарастающего сигнала 24 и убывающего сигнала 25 уровень выходного сигнала 27 компаратора изл) меняется, что приводит к срабатыванию

5

0

0

Изобретение относится к электротехнике ,в частности, к источникам вторичного электропитания и может быть использовано в стабилизированных источниках питания с бестрансформаторным входом. Цель изобретения - повышение надежности, КПД и снижение уровня электромагнитных помех путем исключения одностороннего подмагничивания выходного трансформатора. Стабилизированный конвертер содержит двухтактный регулируемый транзисторный преобразователь 1 с датчиком тока 2 в цепи выходного трансформатора 3, узел совпадения 8, триггер 9, делитель частоты на два 10, широтно-импульсный модулятор 12, усилитель обратной связи 13, компаратор 15, сумматор 16, формирователь пилообразного однополярного сигнала 17, задающий генератор однополярных прямоугольных импульсов 18 и узел согласования 19. При нарушении симметрии в силовой части преобразователя 1, что приводит к одностороннему подмагничиванию выходного трансформатора 3, возникает разница в сигналах на выходе сумматора 16, которая через широтно-импульсный модулятор 12, триггер 9 и узел совпадения 9 воздействует на силовые транзисторы преобразователя 1 так, чтобы длительности выходных импульсов перераспределились таким образом, что суммарная площадь за период была равна нулю. 4 ил.

возрастет, что приведет к перераспределению длительностей импульсов 29 таким образом, чтобы их суммарная площадь за период инвертирования рав-г нялась нулю. Таким образом, возникно- вение несимметрии в силовой части устройства не приводит к односторон--, нему подмагничнванию магнитопровода выходного трансформатора.

При .уменьшении тока нагрузки до нуля (dtMr, 2а, б) выходное напряжение 32 стремится увеличиться и ра

5

29 преобразователя и дальней- .шему уменьшению выходного напряжения 32 и сигнала 25, При этом уровень выходного сигнала 26 щиротно-импульсного модулятора 12 остается постоянным и модулятор 12 не оказывает влияния на работу устройства,. Из (фиг. 26, е} видно, что при перегрузке максимальное значение тока, протеканнцего через первичную обмотку выходного трансформатора 3 и через силовые транзисторы

преобразователя 1, ограничивается на уровне, определяемом максимальной величиной усиленного сигнала 23 рассогласования, а затем уменьшается по мере уменьшения сигнала 25 и длительности выходного сигнала 27 компаратора, определяющей длительность открытого состояния силовых транзис- торов. Таким образом, обеспечивается автоматическая защита силовых транзисторов преобразователя 1 при перегрузках по току. Устранение перегрузки приводит к уменьшению скорости роста тока в первичной обмотке, выходного трансформатора 3 и, следовательно, к увеличению длительности выходных импульсов преобразователя и к автоматическому восстановлению выходного напряжения устройства,

Фиг,3 иллюстрирует работу устг ройства в режиме пуска. При росте выходного напряжения устройства от нуля до номинальной вёличинь выходной сигнал сумматора 24 сигнала достигает, уровня сигнала 25, а затем, когда сигнал 25 становится больще сигнала 23, сигнал 24 достигает уровня сигнала 23, По мере перемещения рабочей точки узла 19 согласования по участку ОБ в сторону точки Б длительность выходных импульсов преобразователя 29 .увеличивается. Начиная с точки Б, длительность импульсов 29 равна максимальной и определяется максимальным уровнем сигнала 23, Наличие в регулировочной характеристике усилителя обратной связи 1 3 участка БВ, на котором уровень сигнала 23 является максимальным, а сигнал 25 превышает сигнал 23, обеспечивает на участке БВ характеристики максимальную длительность выходных импульсов 29 преобразователя и форсированное нарастание выходного напряжения устройства, т,е, уменьшение времени выхода на ,

В отличие от устройств с параметрическими узлами мягкого запуска в данном устройстве время выхода на режим зависит от тока нагрузки. При малых токах, когда пусковые перегрузки могут отсутствовать, время выхода на режим уменьшается.

Поскольку в процессе пуска длительность выходных импульсов 29 преобразователя изменяется постепенно, начиная от нуля, причем она тем мень- ше, чем больше скорость нарастания

0

5

0

5

выходного сигнала датчика тока 22, которая определяется как током нагрузки, так и током намагничивания выходного трансформатора 3, то обеспечивается защита от любых возможных перегрузок

силовых транзисторов по току и .от

t

одностороннего подмагничивания,

Таким образом, в устройстве обеспечивается Стабилизация выходного напряжения, исключение одностороннего подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора и устранение перегрузок силовых транзисторов двухтактного регулируемого транзисторного преобразователя по току в --статическом и динамическом режимах. Следствием этого является уменьшение амплитудного и среднего значения тока, протекающего через силовые транзисторы, за счет чего уменьшается рассеивае- мая ими мощность, увеличивается надежность и КПД и снижается, уровень электромагнитных помех.

Формула изобретения

0

5

0

Стабилизирующий конвертор, содержащий двухтактный регулируемой транзисторный преобразователь с выходным трансформатором, через выходные пря:митель и фильтр связанный с выход- НЫМ1-1 выводами, формирователь импульсов, выходами соединенный с управляю щими входами .двухтактного регулируемого транзисторного преобразователя, задающий генератор однополярных прямоугольных импульсов, -выход которого подключен к входу формирователя пилообразного однополярного сигнала, усилитель обратной связи, первый вход которого подключен к выходным выводам, второй вход - к выходу источника опорного напряжения, а вывод - к первому входу широтно-импульсного модулятора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу компаратора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности КОД и снижения уровня электромагнит ных помех путем исключения одностороннего подмагничивания выходного 5 трансформатора, дополнительно введены датчик тока, сумматор, узел согласования, выходной сигнал которого прямопропорционален входному сигналу, делитель частоты на два, формиро5

0

ватель (фиксированной паузы и узел совпадения, причем выходной трансформатор подключен к выходу двухтактного регулируемого преобразователя через датчик тока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирователя гшлообразного одно поляр но го си гнала,, а выход - с вторым входом широтно-импульсного модулятора и первым входом компаратора, второй вход которого через узел согласования связан с выходными

выводами, а третий синхронизируюищй вход компаратора соединен с третьим ; синхронизирующим входом широтно-нг. пульсного модулятора и подключен к выходу задающего генератора, соединенному с входами делителя частоты на два и формирователи 4иксирован- ной паузы, выходы которых подклкг- чены соответственно к первому и второму входам узла совпадения, третий вход которого подключен к выходу - триггера, а выходы - к соответствующим входам формирователя импульсов.

В Л п

.0 П П П п.

АЛЛ

3t

3/

-чfS

. л

6 i у

л.

п-

п В I

-з;

№1 гп п п и I

-3f

Я -

d

и ц I

Л/йЗ

3f

fOППППППППППП

Л/|/|/|ИИ/1/|ИИх

ППППППППППП

3t

2S J

FRW

, ii ll

.- .i.XN. «

J Ztfг7-

-- .5

pu8.6

ПП

2S J

3t

-jf

ir и irinmn 3/

-ППППГ

j/

nnnmmnnnnnn

r 92