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

вторичными обмотками 4.3 и 11.3, 4.4 и 11.4 выходных трансформаторов предварительных усилителей четкое открытие транзисторов 17, 18 и их Форсированное закрытие. В предварительных усилителях наличие транзис15576484

торных ключей 5 и 12, взаимодействующих со вторичными обмотками 11,5 и 4,5, позволяет отводить энергию пер- , вичных обмоток 4.1, 4.2 и 11.1, 11.2 обратно в стабилизатор 16 и тем самым исключить выбросы напряжения на трансформаторах. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной и вычислительной аппаратуры. Цель изобретения - повышение КПД. Конвертор содержит силовой канал с двухтактным усилителем мощности на транзисторах 17, 18, силовым выпрямителем 30 и сглаживающим фильтром 31, а также канал формирования двухполярных широтно-модулированных импульсов управления с узлом 32 обратной связи, блоком 1 управления, вспомогательным стабилизатором 16 напряжения, открывающим предварительным усилителем на транзисторах 2, 3 и закрывающим предварительным усилителем на транзисторах 9, 10. В управляющие контуры транзисторов 17, 18 введены транзисторные ключи 20 и 22, 21 и 23, обеспечивающие во взаимодействии со вторичными обмотками 4.3 и 11.3, 4.4 и 11.4 выходных трансформаторов предварительных усилителей четкое открытие транзисторов 17, 18 и их форсированное закрытие. В предварительных усилителях наличие транзисторных ключей 5 и 12, взаимодействующих со вторичными обмотками 11, 5 и 4, 5, позволяет отводить энергию первичных обмоток 4.1, 4.2 и 11.1, 11.2 обратно в стабилизатор 16 и тем самым исключить выбросы напряжения на трансформаторах. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания радиоэлектронной и вычислительной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение КПД. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого конвертора напряжения постоянного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу устройства без введенных конструктивных элементов (а) и при их наличии (б).

Конвертор напряжения содержит блок 1 управления, открывающий .транзисторный предварительный усилитель с транзисторами 2 и 3, выходным трансформатором, имеющим первичные обмотки 4.1, 4.2 с обшим выводом, основные вторичные обомтки 4,3, 4.4 и дополнительную вторичную обмотку 4.5, транзисторным ключом 5, выпрямительным мостом 6 и разде- лительными диодами 7 и 8, закрывающий предварительный усилитель с транзисторами 9 и 10, выходным трансформатором, имеющим первичные обмотки И.1, 11.2с общим выводом, основные вторичные обмотки 11.3, 11. и дополнительную вторичную обмотку 11.5, транзисторным ключом 12, выпрямительным мостом 13 и разделитель ными диодами 14 и 15, вспомогательный стабилизатор 16 напряжения, усилитель мощности с транзисторами 17 и 18, выходным трансформатором 19, двумя управляющими контурами, состоящи- ми из первых 20, 21 и вторых 22, 23 транзисторных ключей, базовых резисторов 24 и 25, выпрямительных мостов 26 и 27 и разделительных диодов 28 и 29, силовой выпрямитель 30, сглаживающий Фильтр 31 и узел 32 обратной связи.

Силовой канал устройства составляют усилитель мощности (элементы

5

0

0

s

д5 sfl

0

5

17-29), силовой выпрямитель 30 и сглаживающий фильтр 31, включенные последовательно между выводами 33 и 34 для подключения первичного источника питания и выводами 35 и 36 для подключения нагрузки. Остальные функциональные узлы и блоки входят в канал Формирования двухполярных широтно- модулированных импульсов управления. Вход узла 32 обратной связи соединен с выходом сглаживающего фильтра 31. Вход блока 1 управления подключен к выходу узла 32 обратной связи. Управляющие входы открывающего и закрывающего предварительных усилителей (базовые цепи транзисторов 2, 3 и 9, 10) связаны с соответствующими выходами блока 1 управления. Вход вспомогательного стабилизатора 16 напряжения соединен с выводами 33 и 34 для подключения первичного источника питания, а выход - с питающими входами предварительных усилителей (с эмиттерами транзисторов 2, 3, 9 и 10 и общими выводами первичных обмоток 4.1 и 4.2, 11.1 и П.2 выходных трансформаторов предварительных усилителей) . В открывающем предварительном усилителе коллекторы транзисторов 2 и 3 соединены с общим выводом первичных обмоток 4.1 и 4.2 собственного выходного трансформатора через разделительные диоды 7 и 8, а управляющий вход транзисторного ключа 5 подключен к выходу выпрямительного моста 6, соединенного входом с дополнительной вторичной обмоткой 1 1.5 выходного трансформатора закрывающего предварительного усилителя. В послед- нем коллекторы транзисторов 9 и 10 соединены с общим выводом первичных обмоток и 11.2 собственного выходного трансформатора через разделительные диоды 14 и 15, а управляющий вход транзисторного ключа 12 подключен к выходу выпрямительного моста 13,

10

соединенного входом с дополнительной вторичной обмоткой 4, 5 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя. В одном из управляющих контуров усилителя мошно- сти эмиттер-базовый переход транзистора 17 через последовательно включенные базовый резистор 24 и транзисторный ключ 20 соединен с основной вторичной обмоткой 4.3 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя, а через транзисторный ключ 22 - с выходом выпрямительного моста 26, подключенного вхо- дом к основной вторичной обмотке 11.3 выходного трансформатора закрывающего предварительного усилителя. При этом управляющие входы транзисторных ключей 20 и 22 связаны соответственно с ос- 20 новной вторичной обмоткой 4.3 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя и выходом выпрямительного моста 26, а разделительный диод 28 включен встречно-параллельно цепи из базового резистора 24 и транзисторного ключа 20. В другом управляющем контуре усилителя мощности эмиттер-базовый переход транзистора 18 через последовательно включенные базовый резистор 25 и транзисторный ключ 21 соединен с основной вторичной обмоткой 4.4 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя, а через транзисторный ключ 23 с выходом выпрямительного моста 27, подключенного входом к основной вторичной обмотке 11.4 выходного трансформатора закрывающего предварительного усилителя. При этом управляющие входы транзисторных ключей 21 и 23 связаны соответственно с основной вторичной обмоткой 4.4 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя и выходом выпрямительного моста 27, а разделительный диод 29 включен встречно-параллельно цепи из базового резистора 25 и транзисторного ключа 21. На фиг. 2 показаны напряжения U

и„ и,,

ю

U

п

J2 эмиттер-коллекторных переходах соответственно транзисторов 2, 3, 9, 10, 17 и 18 и напряжения U4, U , U „n на обмотках

соответственно трансформаторов 4, 11 и 19.

Блок 1 управления, построенный по классической схеме четырехканалъного широтно-импульсного модулятора с фа10

й 20 25

5576486

зовым разделением выходных цепей, вырабатывает на каждой паре выходов две сдвинутые на полпериода последовательности импульсов с длительностью, зависящей от уровня напряжения на выходе узла 32 обратной связи. При этом сдвиг по фазе между первой и третьей, второй и четвертой последовательностями импульсов составляет четверть периода. С выходов блока 1 управления сформированные широтно- модулированные импульсы поступают на базы транзисторов 2 и 3 открывающего предварительного усилителя, поочередно отпирая их на время, определяемое длительностью импульсов (фиг.2). На обмотках 4.1-4.5 выходного трансформатора данного усилителя имеет место двухполярное прямоугольное напряжение с паузой на нуле. Снимаемые с вторичных обмоток 4.3, 4.4 напряжения используются для отпирания транзисторов 17 и 18 усилителя мощности. При поступлении от блока 1 широтно-модулированных импульсов управления на базы транзисторов 9 и 10 закрывающего предварительного усилителя на обмотках 11.1- 11.5 его выходного трансформатора также формируются двухполярные прямоугольные напряжения с паузой на нуле, сдвинутые относительно импульсов на обмотках 4.1-4.5 на четверть периода. Снимаемые со вторичных обмоток 11.3, 11.4 напряжения используются для запирания транзисторов 17 и 18 усилителя мощности.

Напряжение обратной связи, вырабатываемое узлом 32, подается на вход блока 1 управления, который при воздействии различного рода дестабилизирующих факторов (например, колебаниях тока нагрузки) изменяет длительность формируемых импульсов таким образом, что среднее значение выходного напряжения конвертора остается неизменным.

При открытом состоянии транзистора 2 (3) открывающего предварительного усилителя через его эмиттер- коллекторный переход и первичную обмотку 4.3 (4.4) выходного трансформатора протекает ток от вспомогательного стабилизатора 16 напряжения. Импульсы со вторичной обмотки 4.3 прикладываются к управляющему входу транзисторного ключа 20 (21). Последний открывается и обеспечивает

30

35

40

45

50

55

прохождение отпираюшего импулься через базовый резистор 24 (25) к эмиттер-базовому переходу транзистора 17 (18), вызывая его открытие. При открытом состоянии транзистора 9 (10) закрывающего предварительного усилителя через его эмиттер- коллекторный переход и первичную обмотку 11.1 (11.2) выходного тран- сформатора протекает ток от вспомогательного стабилизатора 16 напряжения . Импульсы с вторичной обмотки 11,3 (11.4) через выпрямительный мост 26 (27) прикладываются к управляюще- му входу транзисторного ключа 22(23). Последний открывается и обеспечивает прохождение запирающего импульса к эмиттер-базовому переходу транзистора 17 (18), вызывая его Форсированное закрытие. Транзисторные ключи 20 (21) 22 (23) позволяю - улучшить фронты импульсов в управляющих контурах транзисторов 17 (18). Это достигается соответствующим подбором резисторов в базовых цепях транзисторных ключей. Изменяя величину сопротивлений указанных резисторов, управляют коэффициентом насыщения ключей. Таким образом регулируется длительность фрон- тов импульса управления и обеспечивается согласование отпирающих и запирающих сигналов. Кроме того, транзисторные ключи 20 (21), 22 (23) при работе вторичной обмотки 4.3 (4.4) исключают ее закорачивание на вторичную обмотку 11.3 (И .4), а при работе вторичной обмотки 11.3 (11.4) - на вторичную обмотку 4.3 (4.4), что существенно снижает ток в указанных обмотках. Разделительный диод 28 (29) является необходимым для поддержания запирающего напряжения на эмиттер-базовом переходе транзистора 17 (18) при отсутствии импульса на вто- ричной обмотке 11.3 (11.4).

После закрытия транзистора 2 (9) или 3 (10) открывающего закрывающего) предварительного усилителя импульс с вторичной . обмотки 11.5 (4.5) выходного трансформатора закрываюше- го /открывающего) предварительного усилителя подводится к управляющему входу транзисторного ключа 5 (12), вызывая его открытие. Через диод 7 (14) или 8 (15), открытый транзисторный ключ 5 (12) и ранее работающую первичную обмотку 4.1 (11.1) или 4.2 (11.2) обеспечивается короткозамкнутый контур. В результате тран .зисторы 2,3 и 9, 10 формируют импульсы на обмотках 4.1-4.5 и 11.1-11.5 без обратных выбросов напряжения, что также способствует повышению экономичности конвертора.

Формула изобретени

Стабилизируюший конвертор напряжения постоянного тока, содержащий силовой канал, состоящий из транзисторного двухтактного усилителя мощности с двумя базовыми резисторами в управляющих контурах силового выпрямителя и сглаживаюшего фильтра включенного последовательно между выводами для подключения первичного источника питания и нагрузки, канал формирования двухполярных широт но-модулированньгх импульсов управления, включающий в себя узел обратной связи, соединенный входом с выходом сглаживающего фильтра, блок управления, подключенный входом к выходу узла обратной связи, открывающий и закрывающий транзисторные двухтактные предварительные усилители, управляющие входы каждого из которых связаны с соответствующими выходами блока управления, а выходной трансформатор выполнен с двумя первичными обмотками, имеющими общий питающий вывод,и двумя основными вторичными обмотками, вспомогательный стабилизатор напряжения, вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника питания, а выход - с питающими входами предварительных усилителей, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в каждый из предварительных усилителей мощности введены выпрямительный мост, транзисторный ключ, два разделительных диода, а выходной трансформатор снажен дополнительной вторичной обмоткой, в каждый из управляющих контуров усилителя мощности введены выпрямительный мост, два транзисторных ключа и разделительный диод, причем в каждом из предварительных усилителей коллекторы транзисторов соединены с общим вьюодом первичных обмоток выходного трансформатора через разделительные диоды, включенные последовательно с транзисторным ключом, а управляющий вход транзисторного ключа подключен к выходу выпрямительного моста, соединенного входом с дополнительной вторичной обмоткой выходного трансформатора другого предварительного усилителя, в каждом из управляющих контуров усилителя мощности эмиттер-базовый переход транзистора через последовательно включенные базовый резистор и первый транзисторный ключ соединен с одной из основных вторичных обмоток выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя, а через второй транзисторный

o

ключ - с выходом выпрямительного моста, подключенного входом к одной из основных вторичных обмоток вы- ( ходкого трансформатора закрывающего предварительного усилителя, управляю-1 щие входы первого и второго транзис- торьгх ключей связаны соответственно с основной вторичной обмоткой выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя и выходом выпрямительного моста, а разделительный диод включен встречно-параллельно цепи из базового резистора и первого транзисторного ключа.

Фиг. 2