Стабилизированный преобразователь напряжения Советский патент 1990 года по МПК G05F1/56 

О

ь О

о

ы

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом для радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение надежности, качества стабилизации и уменьшение массы. Цель достигается тем, что в преобразователь введен программируемый блок 13, выполненный таким образом, что способен обеспечить три режима работы. Первый режим - пуск, обеспечивается с помощью узла 11 ограничения заряда

второй режим - стабилизация выходного напряжения путем формирования широтно-импульсных сигналов управления

третий режим - обеспечение работы при перегрузках и коротком замыкании. 4 ил.

Фа. /

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом для радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение надежности, качества стабилизации и уменьшение массы.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - пример выполнения принципиальной электрической схемы импульсного усилителя мощности; на фиг.З - функциональная схема программируемого блока; на фиг.4 - диаграмма напряжений в характерных точках схемы.

.Преобразователь напряжения (фиг.1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, счетный триггер 2, выходы которого подключены к первым входам двух логических элементов ЗИ 3, 4, выходами соединенных с управляющими входами импульсного усилителя 5 мощности, при этом выходы последнего подключены к управляющим входам, силовой части б преобразователя напряжения, включающей в себя выпрями- тель 7, фильтр 8, конвертор. 9, выходной фильтр 10, узел 11 ограничения заряда и вспомогательный блок 12 питания, подключенный к входу силовой части 6 преобразователя напряжения, программирующий блок 13 управления режимами работы, входы которого подключены к выходам конвертора 9, выходного фильтра 10 и генератора

Iтактовых импульсов, а выходы - к входам двух ло.гических элементов ЗИ 3, 4 и к узлу

IIограничения заряда.

Усилитель 5 (фиг.2) состоит из транзисторов, выполняющих функции ключей и включенных в полуобмотки первичной обмотки трансформатора, состоящего из первичной обмотки со средней точкой и четырех вторичных обмоток.

Программирующий блок 13управления режимами работы (фиг.З) состоит из модулятора 14 длительности Импульсов, входы которого подключены к выходам интегратора 15 импульсов и логического элемента 2И 16, а выход - к входу логических элементов ЗИ 3,4 (фиг.1); блока 17 измерительных элементов, состоящего из трех чувствительных элементов 18 - 20 и источника 21 опорного напряжения, входы которых подключены к выходам конвертора 9 и фильтра 10 нагрузки (фиг,1), выходы чувствительных элементов 18 - 20 подключены к входам блока 2 пороговых элементов, состоящего из трех пороговых элементов 23 - 25, а выходы чувствительного элемента 20 и источника 21

опорного напряжения подключены к входам логического элемента 2И 16; логического элемента 2ИЛИ-НЕ 26, входы которого подключены к выходам пороговых элементов 24 5 и 25, а выход - к входам двух логических элементов ЗИ 3, 4 (фиг.1); времязада.ющего элемента 27, вход которого подключен к выходу порогового элемента 23, а выход - к входу узла 11 ограничения заряда (фиг.1).

10 На фиг.4 представлены следующие диаграммы напряжений; 28 - напряжение на выходе генератора 1 тактовых импульсов, 29 - напряжение на выходе интегратора 15 импульсов, 30 - напряжение на выходе О

15 счетного триггера 2, 31 - напряжение на выходе О счетного триггера 2, 32 - напряжение на выходе фильтра 10 нагрузки, 33 - напряжение на выходе логического элемента 16, 34 - напряжение на выходе модулято0 ра 14 длительности импульсов, 35 - напряжение на выходе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 26, 36- напряжение на выходе логического элемента ЗИ 3,37 - напряжение на выходе лотического элемента ЗИ 4, 38 5 напряжение на выходе усилителя мощности конвертора 9,

Преобразователь напряжения работает следующим образом.

Характерными для данного преобразо0 вателя напряжения являются следующие режимы: пуск, поддержание качественной стабилизации выходного напряжения при изменении нагрузки в пределах допустимого значения и .защита от аварийных состоя5 НИИ, когда выходные параметры преобразователя выходят за допустимые значения.

В режиме пуска на время ti Гзад. (фиг.4) на входе силовой части 6 преобразователя

0 напряжения включается узел 11 ограничения заряда, ограничивающий входное напряжение до безопасной величины токов заряда конденсаторов фильтра преобразователя напряжения и, соответственно, на5 пряжения на выходе (особенно для потребителей с емкостной пусковой характеристикой, например галогенные лампы накаливания) на время, которое определяется времязадающим элементом 27 и поро0 говым элементом 23. Сигнал на вход порогового элемента 23 поступает от чувствительного элемента 18, который реагирует на напряжение с выхода усилителя мощности конвертора 9. По истечении времени

5 ti taafl. по сигналу от времязадающего элемента 27 ограничивающий элемент в узле 11 ограничения заряда шунтируется и полное напряжение сети Uc подключается к входу силовой части 6 преобразователя напряжения; следовательно, на нагрузке будет номиилльное напряжение Он. За это время у потребителя закончится переходный процесс запуска (близкий к режиму короткого замыкания) при пониженном напряжении и начнется нормальный режим работы при полном напряжении.

Во втором режиме -- стабилизация выходного напряжения при увеличении (ta -Хз) и уменьшении (t3 - t) нагрузки (фиг.4, диаграмма 32) - работает канал стабилизации выходного напряжения за счет модуляции длительности управляющих импульсов, подаваемых на вход транзисторов усилителя мощности конвертора 9, тем самым изменяется соотношение между открытым и закрытым состояниями транзисторов.

(енератор 1 тактовых импульсов вырабатывает импульсы с частотой fo {фиг.4, диаграмма 28). Сигналы с выхода генератора 1 тактовых импульсов поступают на вход счетного триггера 2 и инте( ратора 15 импульсов. Счегный триггер 2 преобразует частоту выходного сигнала и на его выходе получаются два сигнала -- прямой Q и инверсный Q (фиг.4, диаграммы 30. 31) с частотой, равной половине частоты генератора 1 тактовых импульсов fo/2, и сдвинутых по фазе на угол я. Оба этих сигнала поступают на первые входы двух логических элементов ЗИ 3, 4. На вторые входы логических элементов ЗИ 3, 4 поступают сигналы с модулятора 14 длительности импульсов (фиг.4. диаграмма 34). а на их третьи входы -- сигнал от логического элемента 2ИЛИ- НЕ 2б(Фиг.4. диаграмма 35), определяющий нормальный (на выходе - 1) или ава- рийный (на выходе - О) режим.

На входы модулятора 14 длительности им-, пульсов поступают сигналы с выходов интегратора 15 (фиг.4, диаграмма 29) и логического элемента 2И 16 (фиг.4, диаграмма 33). На выходе модулятора 14 (фиг.4, диаграмма 34) формируется прямоугольный импульс, длительность которого определяется величиной амплитуды сигнала выхода логического элемента 2И 16, а частота - выходным сигналом интегратора 15. сигнал на выходе логического элемента 2И 16 формируется за счет наличия на его входе сигналов от третьего чувствительного элемента 20 и источника 21 опорного напряжения.

Если на выходе силовой части 6 преобразователя напряжения имеет место номинальное напряжение (фиг.4, диаграмма 32, участок ti - 12), на входы третьего чувствительного элемента 20 и источника 21 опорного напряжения поступает соответствующий сигнал, происходит масштабное преобразование и согласование выходных сигналов указанных элементов с входами логического элемента 2И 16. на выходе которого образу

ется сигнал (фиг.4, диаграмма 33, участок И -12). Сигнал с выхода логического элемента 2И 16 поступает на вход модулятора 14 и формирует на его выходе импульс, длитель- 5 ность которого будет соответствовать коэффициенту заполнения, равному Кз 0,5.

На входы логических элементов ЗИ 3, 4 поступают три сигнала с выхода следующих элементов: счетного триггера 2 (фиг,4, диаг- 10 раммы 30,31), логического элемента 2ИЛИ-НЕ 26 (фиг.4, диаграмма 35) и модулятора 14(фиг,4, диаграмма 34). В результате этого на выходе двух логических элементов ЗИ 3, 4 образуются сигналы (фиг.4, диаграммы 36,37), которые яв- 15 ляются управляющими воздействиями для импульсного усилителя 5 мощности. Вторичные обмотки трансформатора импульсного усилителя 5 мощности (фиг,2) являются источниками управляющих воздействий, поступающих на 20 входы транзисторов мостового усилителя мощности (инвертора) конвертора 9. Форма напряжения на выходе мостового усилителя мощности конвертора 9 показана на фиг,4 (диаграмма 38).

25При увеличении нагрузки или уменьшении напряжения на нагрузке (фиг., диаграмма 32, t2 - 13) длительность импульсов модулятора 14 (фиг.4, диаграмма 34) увеличивается, а следовательно, длительность уп- 30 равляющих импульсов (фиг.4, диаграммы 36. 37) усилителя 5 увеличивается и эффек-. тивное значение напряжения мостового усилителя мощности конвертора 9 возрастает (фиг.4, диаграмма 38).

35В случае, если нагрузка преобразователя умень.шится (напряжение на нагрузке увеличится) - фиг.4, диаграмма 32, гз - t4 -, то длительность импульсов модулятора 14 уменьшится (фиг.4, диаграмма 34), а следо- 0 вательно, напряжение конвертора 9 уменьшится.

Таким образом будет осуществляться стабилизация выходного напряжения преобразователя при изменении выходных пара- 5 метров в пределах допустимых значений. Точность стабилизации напряжения зависит от величины частоты fo генератора 1 тактовых импульсов и стабильности работы таких элементов, как интегратор 15, логический эле- 0 мент 2И 16, чувствительней элемент 20 и .источник 21 опорного напряжения.

Третий режим программирующего блока управления режимами работы состоит в обеспечении надежной работы преобразо- 5 вателя при возникновении следующих аварийных ситуаций: перегрузка, короткое замыкание, увеличение (уменьшение) выходного напряжения за пределы допустимого значения (фиг.4, диаграмма 32), При возникновении аварийных ситуаций срабатывают чувствительные элементы 19, 20, соответствующий пороговый элемент 24 или 25 (по току или напряжению), на выходе логического элемента 2ИЛИ-НЕ появится логический О, что приведет к запира- нию логических элементов ЗИ 3 и 4. Транзисторы Т1 и Т2 (фиг.2) усилителя 5 мощности будут также закрыты, что обеспечивает запирание транзисторов усилителя мощности конвертора 9. Напряжение на вы- ходе преобразователя будет равно нулю. Если аварийная ситуация самоустраняемая, то через определенное время преобразователь выйдет на режим.

Формула изобретен и я

Стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий генератор тактовых импульсов, счетный триггер и преобразователь, включающий в себя последовательно соединенные выпрямитель с фильтром, кон- вертор и выходной фильтр, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения надежности, качества стабилизации и уменьшения массы, в него введены два логических элемен- та ЗИ, импульсный усилитель мощности с четырьмя выходами, вспомогательный блок питания, узел ограничения заряда и программирующий блок, причем входы импульсного усилителя мощности соединены с выходами соответствующих элементов ЗИ, а выходы подключены к входам конвертора, узел ограничения заряда входом подключен к входным выводам, а выходом - к входам

отзи(з)

- -ивбп

OT3H(ff)

Фиг. 2

выпрямителя преобразователя и входу вспомогательного блока писания, выход которого соединен с цепями питания импульсного усилителя мощности, счетного триггера, генератора тактовых импульсов, элементов ЗИ и программирующего блока, при этом последний состоит из блока измерительных элементов, блока пороговых элементов, времязадающего элемента, элемента 2ИЛИ-НЕ, интегратора, модулятора и элемента 2И, входы блока измерительных элементов являются входами программирующего блока и подключены к выходам конвертора и выходного фильтра преобразователя, измерительные выходы блока измерительных элементов соединены с входами блока пороговых элементов, соответствующие выходы которого подключены к входу времязадающего элемента, к первому и второму входам элемента 2ИЛИ-НЕ, один из измерительных выходов и выход опорного напряжения блока измерительных элементов подключены соответственно к первому и второму входам элемента 2И. выход которого соединен с первым входом модулятора, второй вход которого через интегратор подключен к выходу генератора тактовых импульсов, куда также подключен вход счетного триггера, прямой и инвертирующий выходы которого подключены к первым входам первого и второго элементов ЗИ, вторые входы которых соединены с выходом модулятора, а третьи входы - с выходом элемента 2ИЛИ-НЕ.

с

с

ШЗ

z&

29

0 31

32

33 J4 35 JB 37

38

л П П П П n п п n п n n П

А/, :

m i-1

rn rn

r .1 M j I

i

II

U i I UJ I I U f I Ш I I

I

I

I I.

// tz

Редактор А.Маковская

т

} I

1 г

nill

ФигЛ

Составитель С.Чернышева

Техред М.МоргенталКорректор Т.Палий

m i-1

II

} I

1 г