Стабилизирующий преобразователь напряжения постоянного тока Советский патент 1990 года по МПК H02M3/335 

tn ел |

г

1

315

резистора 16 и индуктивности намагничивания развязывающего трансформатора I7 образуется дифференцирующая цепь, позволяющая получить пилообразное напряжение без применения отдельного Формирователя. Отсутствие в контуре обратной связи фильтра нижних частот предопределяет быстрое протекание переходного процесса

при скачках нагрузочного тока и при пуске. Благодаря привязке импульсов управления усилителем мощности к передним фронтам импульсов автогенератора 1 снижается время рассасыва- , ния избыточных носителей в базах транзисторов 10, 11 и повышается устойчивость функционирования преобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель - упрощение и повышение качества стабилизации выходного напряжения при импульсном характере нагрузки и в процессе пуска. Преобразователь содержит автогенератор 1 с выходным трансформатором 2, регулируемый двухтактный усилитель 9 мощности на транзисторах 10, 11, узел 12 выпрямления и фильтрации, измерительно-усилительный узел 13, узел 14 гальванической развязки с двухполярным ключевым модулятором 15, токоограничивающим резистором 16, развязывающим трансформатором 17 и демодулятором 21, широтно-импульсный модулятор 22, диодно-транзисторный запирающий ключ 23. Путем определенного выбора сопротивления резистора 16 и индуктивности намагничивания развязывающего трансформатора 17 образуется дифференцирующая цепь, позволяющая получить пилообразное напряжение без применения отдельного формирователя. Отсутствие в контуре обратной связи фильтра нижних частот предопределяет быстрое протекание переходного процесса при скачках нагрузочного тока и при пуске. Благодаря привязке импульсов управления усилителем мощности к передним фронтам импульсов автогенератора 1 снижается время рассасывания избыточных носителей в базах транзисторов 10, 11 и повышается устойчивость функционирования преобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации малогабаритных импульсных источников вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры с гальванической развязкой входных и выходных цепей. ( Цель изобретения - упрощение и повышение качества стабилизации выходного напряжения при импульсном характере на грузки и в процессе пуска.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого стабилизирующего преобразователя напряжения постоянного тока-, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит автогенератор 1 с выходным трансформатором 2, имеющим первичную обмотку 3, первую 4 и вторую 5 вторичные обмотки, выполненные с общим выводом, а также третью 6, четвертую 7 и пятую 8 вторичные обмотки. В состав устройства входят также регулируемый двухтактный усилитель 9 мощности на транзисторах 10, 11, узел 12 выпрямления и фильтрации, измерительно-усилительный узел 13, узел 14 гальванической развязки, состоящий из двухполярного ключевого модулятора 15, токоограни- чивающего резистора 16, развязывающего трансформатора 17с первичными обмотками 18 и 19, выполненными с общим выводом, и вторичной обмоткой 20, демодулятора 21, широтно-импульс- ный модулятор 22, диодно-транзистор- ный запирающий ключ 23, вспомогательный источник эталонного напряжения иэт с выходным потенциальным выводом 24. На схеме показаны также входной 25 и выходной 26 выводы устройства, предназначенные для подключения потенциальных выводов соответственно

0

5

0

5

0

5

0

5

первичного источника питания и нагрузки, а также шина 27 нулевого потенциала . Питающий вход регулируемого двухтактного усилителя 9 мощности соединен с выводами для подключения первичного источника питания, т.е. с входным выводом 25 и шиной 27 нулевого потенциала, а выход через узел 12 выпрямления и фильтрации - с выводами для подключения нагрузки, т.е. с выходным выводом 26 и шиной 27 нулевого потенциала. Вход измерительно-усилительного узла 13 подключен к выходу узла 12 выпрямления и фильтрации, а выход через узел 14 гальванической развязки - к одному из входов широтно-импульсного модулятора 22.

8узле 14 гальванической развязки двухполярный ключевой модулятор 15, развязывающий трансформатор 17 и демодулятор 21 включены последовательно, а токоограничивающий резистор 16 включен в общую цепь первичных обмоток 18 и 19 развязывающего трансформатора 17. Вторичные обмотки 4 и 5 выходного трансформатора 2 автогенератора I соединены с базовыми цепями транзисторов 10 и 11 усилителя

9мощности, а вторичные обмотки 6 и 7 - с входами синхронизации двухполярного ключевого модулятора 15 узла 14 гальванической развязки. Диодно- транзисторный запирающий ключ 23 выключен между выходом широтно-импульсного модулятора 22 и базовыми цепями транзисторов 10 и 11 усилителя 9 мощности и соединен сигнальным входом с вторичной обмоткой 8 выходного трансформатора 2 автогенератора 1. Выход вспомогательного источника эталонного напряжения с выходным потенциальным выводом 24 соединен с другим входом широтно-импульсного модулятора 22. Число витков W|

5

первичных обмоток 18 и 19 развязывающего трансформатора 17 выбрано из условия:

155

(О

Iй Г

R

IV,-с 0,5RlM/fU«jSMfnp ,

где SM и 1М - площадь сечения и длина магнитной силовой линии магнитопроводаi дифференциальная магни ная проницаемость материала магнитопровода , сопротивление токоогра ничивающего резистора

16;

частота преобразования Устройство работает следующим образом.

Усилитель 9 мощности возбуждается импульсами U2 (фиг.2а), следующими от выходного трансформатора 2 автогенератора 1 с частотой f„. (периодом Тпр), преобразует питающее напряже

up

ние U 6Х в переменное напряжение прямоугольной формы с паузой на нуле. В узле 12 это напряжение выпрямляется и сглаживается LC-фильтром. Выходное напряжение U поступает в нагрузку и

8ЫХ

на вход измерительно-усилительного узла 13, где сравнивается с опорным напряжением Uon . В узле 14 гальванической развязки усиленный сигнал рассогласования дискретизируется на частоте fnp двухполярным ключевым модулятором 15. При этом переменное прямоугольное напряжение оказывается приложенным через ограничивающий резистор 16 к первичным обмоткам 18 и 19 развязывающего трансформатора 17. Сопротивление резистора 16 и индуктивность намагничивания трансформатора 17 образуют дифференциальную цепь В связи с этим на выходе трансформатора 17 получается двухполярное пилообразное напряжение U (фиг.2б), амплитуда которого пропорциональна напряжению рассогласования. После демодуляции в демодуляторе 21 одно

В данном устройстве при скачкооб разном изменении нагрузочного тока в процессе пуска переходный процесс на выходе протекает очень быстро, п скольку в контуре обратной связи от сутствует фильтр нижних частот. Импульсы управления регулируемым двух тактным усилителем 9 мощности привязаны к передним фронтам импульсов автогенератора 1, что позволяет сни зить время рассасывания избыточных носителей в базах транзисторов 10 и 1I и повысить устойчивость функционирования, когда выходной трансформатор 2 автогенератора 1 работает в режиме насыщения. Поскольку в схеме не используются стабилизирующий пре образователь и отдельный формироваполярное пилообразное напряжение На,

,. чел тель пилообразного напряжения,упро(шиг.2в) подводится к широтно-импульс-)и

ному модулятору 22, где сравнивается с эталонным напряжением U

щается общая конструкция устройства

зт

ф

ормула изобретения Стабилизирующий преобразователь

Модуляция по длительности прямоугольных импульсов U2 , поступающих с вторичных обмоток 4 и 5 выходного трансфер- 55 напряжения постоянного тока, содер- матора 2 автогенератора 1 цепи транзисторов 10 и 11

в базовые усилителя

9 мощности, осуществляется сигналами иеэ (Фиг. 2д) от диодно-транзисторжащий регулируемый двухтактный транзисторный усилитель мощности, питаю щий вход которого соединен с выводами для подключения первичного источ1557647

5

5

0

5

0

5

ного запирающего ключа 23, воспринимающего импульсы U27( фиг. 2г) с выхода широтно-импульсного модулятора 22. Изменение напряжения обратной связи приводит к изменению состояния запирающего ключа 23 и, следовательно, транзисторов 10 и И усилителя 9 мощности (фиг.2е).

На выходе узла 14 гальванической развязки присутствует пилообразное напряжение, если выполняется условие:

(2)

где

г

0

0,5/f,1pl

постоянная времени дифференцирующей цепи, определяемая индуктивностью L, намагничивания развязывающего трансформатора 17 и сопротивлением R токоограничивающего

резистора 16 Со

VR) .

Для магнитопровода трансформатора, имеющего малое магнитное сопротивление:

V /ujw sM/iM. о)

При наложении на величину индуктивности трансформатора 17 условий

0

дифференцирования сигнала рассогласования на интервале Тп /2 определяется неравенство (1).

В данном устройстве при скачкообразном изменении нагрузочного тока и в процессе пуска переходный процесс на выходе протекает очень быстро, поскольку в контуре обратной связи отсутствует фильтр нижних частот. Импульсы управления регулируемым двухтактным усилителем 9 мощности привязаны к передним фронтам импульсов автогенератора 1, что позволяет снизить время рассасывания избыточных носителей в базах транзисторов 10 и 1I и повысить устойчивость функционирования, когда выходной трансформатор 2 автогенератора 1 работает в режиме насыщения. Поскольку в схеме не используются стабилизирующий преобразователь и отдельный формирова

щается общая конструкция устройства.

ф

ормула изобретения Стабилизирующий преобразователь

напряжения постоянного тока, содер-

напряжения постоянного тока, содер-

жащий регулируемый двухтактный транзисторный усилитель мощности, питающий вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника питания, а выход через узел выпрямления и фильтрации - с выводами для подключения нагрузки, измерительно-усилительный узел, вход которого . подключен к выходу узла выпрямления и Фильтрации, а выход через узел гальванической развязки, состоящий из последовательно включенных двух- полярного ключевого модулятора, развязывающего трансформатора с двумя выполненными с общим выводом первичными обмотками, и демодулятора - к одному из входов широтно-импульсного модулятора, автогенератор с выходным трансформатором, первая и вторая вторичные обмотки которого соединены с базовыми цепями транзисторов усилителя мощности, а третья и четвертая вторичные обмотки, выполненные с общим выводом, - с входами синхронизации двухполярного ключевого модулятора узла гальванической развязки, ди- одно-транзисторный запирающий ключ, включенный между выходом широтно-импульсного модулятора и базовыми цепями транзисторов усилителя мощности и соединенный сигнальным входом с пятой вторичной обмоткой выходного

5

трансформатора автогенератора, о т - л и ч ающийс я тем, что, с целью упрощения и повышения качества стабилизации выходного напряжения при импульсном характере нагрузки и в , процессе пуска, в него введен вспомогательный источник эталонного напряжения, а узел гальванической развязки снабжен токоограничивающим резистором, причем выход вспомогательного источника эталонного напряжения соединен с другим входом широтно-импульсного модулятора, токоограничивающий резистор включен в общую цепь первичных обмоток развязывающего трансформатора, а число витков w, последних выбрано из условия

w «Jo.,

где S и 1 м- площадь сечения и длина Ммагнитной силовой линии

магнитолровода; jUq дифференциальная магнит- ная проницаемость материала магнитопровода; R - сопротивление токоограничивающего резистора, fnp - частота преобразования.

и

Фие.2