Многоканальный преобразователь напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение мощности на выходе и КПД путем устранения потерь мощности на рекуперацию энергии.

На фиг.1 представлена схема многоканального преобразователя напряжения; на фиг.2 и 3 - варианты выполнения задающего генератора регулируемой частотой; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит сетевой выпрямитель 1 со сглаживающим конденсатором 2, вспомогательный источник 3 питания, первый 4 и второй 5 предусилители мощности, первый 6 и второй 7 транзисторы усилителя мощности, первый 8 и второй 9 ДйЬды с корректирующими конденсаторамиЮ и 11, трансформатор 12, его первую 13 и вторую 14 первичные обмотки с корректирующими конденсаторами 15 и 16, п вторичных обмоток 17i-17n с корректирующими конденсаторами 181-18пи п выпрямителей с фильтрами 19i-19n, датчик 20 обратной связи, регулирующий элемент 21 и задающий генератор 22 с регулируемой частотой.

По первому варианту выполнения задающий генератора 22 с регулируемой частотой (фиг.2) содержит преобразователь 23 напряжение - частота и унитарный счетчик 24 по модулю 4.

По второму варианту выполнения задающий генератор 22 с регулируемой частотой (фиг.З) содержит преобразователь 25 напряжение - частота, сумматор 26, источник 27 опорного напряжения, компаратор 28, счетный триггер 29, схемы 30 и 31 совпадения.

Вход преобразователя подключен к сетевому выпрямителю 1 со сглаживающим конденсатором 2 и к входу вспомогательного источника 3 питания, гальванически развязанные выходы которого подключены к входам питания первого 4 и второго 5 предусилителей мощности, регулирующего эл.емента 21 и задающего генератора 22 с регулируемой частотой.

Параллельно сглаживающему конденсатору 2 подключены две несимметричные цепи усилителя мощности; В первой цепи положительная обкладка конденсатора 2 связана с анодом первого дирда 8 усилителя мощности. Параллельно диоду 8 включен корректирующий конденсатор 10. Катод диода 8 подключен к коллектору первого транзистора 6 усилителя мощности. Эмиттер транзистора 6 связан с отрицательной обкладкой конденсатора 2 через первую первичную обмотку 13 трансформатора 12, параллельно которой включен корректирующий конденсатор 15.

Во второй цепи положительная обкладка конденсатора 2 через вторую первичную обмотку 14 трансформатора и параллельно включенный корректирующий конденсатор 16 связана с анодом второго диода 9 усилителя мощности. Параллельно диоду 9 включен корректирующий конденсатор 11. Катод диода связан с коллектором второго транзистора 7 усилителя мощности. Эмиттер транзистора 7 подключен к отрицательной обкладке конденсатора 2,

5 Вторичные обмотки 17i-17n трансформатора 12 с параллельно включенными корректирующими конденсаторами 18i-18n соединены с выходными выпрямителями и фильтрами 19i-19n. Одна из вторичных обмоток 17п подключена также к входу датчика 20 обратной связи, выход которого через регулирующий элемент 21 связан с входом задающего генератора 22 с регулируемой частотой. Выходы генератора 22 через первый 4 и. второй 5 предусилители мощности связаны с эмиттерными переходами соответственно первого 6 и второго 7 транзисторов усилителя мощности.

В первом варианте выполнения задающего генератора 22 (фиг.2) вход генератора через преобразователь 23 напряжение - частота связан с входом унитарного счетчика 24 по модулю 4, четные выходы которого служат выходами генератора.

5 Во втором варианте выполнения задающего генератора 22 (фиг.З) вход генератора подключен к входу преобразователя 25 напряжение - частота и к второму входу сумматора 26, первый вход которого связан

0 с источником 27 опорного напряжения. Выход пилообразного напряжения преобразователя 25 связан с первым входом компаратора 28, второй вход которого подключен к выходу сумматог а 26. Выход компаратора 28 связан ее четным входом триггера 29 и с первыми входами схем 30 и 31 совпадения, вторые вх -ды которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера 29. Выходы схем 30 и 31 совпадения служат выходами задающего генерато ра.

Многоканальный преобразоратель напряжения работает следующим обрезом. Входное переменное сетевое напряжение выпрямляется выпрямителем 1 и сглаживается конденсатором 2, на котором присутствует квазипостоянное пульсирующее напряжение. Входиэо сетевое напряжение поступает также на вход вспомогательного источника 3 питания, который формирует служебные напряжения для питания управляющих узлов.

На выходах задающего генератора 22 с регулируемой частотой формируются две разнесенные во времени серии управляющих сигналов с взаимным сдвигом фаз, равным л. Частота сигналов задающего генератора соответствует ультразвуковому диапазону и изменяется в зависимости от выходного напряжения U регулирующего элемента 21, которое, а свою очередь, зависит от выходного напряжения датчика 20 обратной связи.

С выходов задающего генератора 22 управляющие сигналы через предусилители 4 и 5 с гальванической развязкой входов (трансформаторной или оптронной) поступают в змиттерные цепи силовых транзисторов 6 и 7 усилителя мощности, навязывая устройству двухтактный рабочий цикл. Работа устройства проиллюстрирована временными диаграммами на фиг.4, где а - регулирующее напряжение на входе задающего генератора 22; б и в - две выходные серии генератора 22 с постоянной скважностью Q 4; г и д - диаграммы коллекторных токов транзисторов 6 и 7, е и ж диаграммы напряжений на коммутируемых концах ёторой 14 и первой 13 первичных обмоток трансформатора 12. На диаграммах утолщены интервалы подзаряда первичных обмоток и пунктиром пронормированы уровни в единица U с (напряжение на сглаживающем конденсаторе 2). Причем уровень О соответствует потенциалу отрицательной обкладки конденсатора 2.

По заднему фронту управляющего сигнала (б) в/момент времени 1 запирается транзистор 6. Ток, накопленный на интервале подзаряда в первичной обмотке 13, теперь, не находя другой цепи, производит заряд конденсатора 15 и всех паразитных емкостей. При этом на змиттере транзистора 6, связанном с коммутируемым концом обмоток 13, фЪрмируется отрицательный фронт. Благодаря согласной магнитной связи обмоток 13 и 14 на коммутируемом конце последней и на аноде диода 9 образуется подобный отрицательный фронт.

Фронты являютс я частью свободного колебательного процесса (штриховая линия), продолжение которого прерывает в момент времени -3 отпирание диода 9 и включение коллекторного тока транзистора 7, предварительно (в момент времени 2) включенного по базе управляющим сигналом в. Отпирание диода 9 производится самим колебательным процессом вследствие

изменения знака напряжения анод диода 9 - змиттер транзистора 7.

Ток через обмотку 14 нарастает до момента выключения по базе транзистора 7 5 сигналом управления (мокент времени 4), после чего начинается формирование положительного фронта колебательного процесса на аноде диода 9, эмиттера транзистора 6 и на связанных с ними коммутируемых

0 концах обмоток 14 и 13. Далее естественный колебательный процесс прерывается при отпирани в момент 6 диода 8 через предварительно (в момент времени 5) включенный по базе транзистор 6. Колебатель5 ный процесс повторяется.

В первичных обмотках 13 и 14 и во вторичных обмотках 17i-17n формируются колебания, близкие к синусоидальным. .Выпрямители с RC-фильтрами 19i-19n преобразуют переменные напряжения в постоянные выходные напряжения преобразователя. Стабилизация напряжений на вторичных обмотках производится по напряжению одной из вторичных обмоток 17п, напряжение кбТорой детектируется датчиком 20 обратной связи. Выходное напряжение датчика сравнивается с опорным на регулирующем элементе 21, с выхода которого напряжение рассогласования поступает на вход задающего генератора 22, регулируя частоту процесса преобразования, зависящую от частоты амплитуду колебаний, а Следовательно, передаваемую мощность, что проиллюстрировано на 3 уча5 стках фиг.4 (А, В, С).

Мощность, коммутируемая на фронтах переключений транзисторами 6 и 7 усилителя мощности, незначительна. Открывание и насыщение транзисторов происходят при

0 закрытых диодах, а следовательно/при нулевых коллекторных токах, а закрывание насыщенных транзисторов - при нулевых коммутируемых напряжениях. Поэтому существенных помех на фронтах переключения транзисторов не создается. Уровень помех определяется конструкцией колебательного контура и скоростью протекания колебательного процесса. При оптимальном выборе .корректирующих конденсаторов и индуктивности рассеяния трансформатора (регулируется зазором) форма колебаний близка к синусоидальной и локализация излучаемых помех не создает технических трудностей.

5 В процессе преобразования рекуперационные явления отсутствуют, следовательно, вся энергия, коммутируемая усилителем мощности (за вычетом потерь), передается в нагрузку. Это позволяет при заданном допустимом токе транзисторов преобразовать

максимальную мощность и повысить КПД при низком уровне помех.

Для обеспечения симметричного колебательного процесса необходимы идентичность и достаточно сильная магнитная связь первичных обмоток трансформатора. Поэтому их намотка должна выполняться бифилярно. Разность потенциалов между подобными точками первичных обмоток (как видно из фиг.4е,ж) постоянна и равна напряжению на сглаживающем конденсаторе 2.

Формул а изобретени я 1. Многоканальный преобразователь напряжения, содержащий задающий генератор с регулируемой частотой, вход которого подключен к выходу регулирующего элемента, первый и второй транзисторы усилителя мощности, коллекторы которых связаны с катодами первого и второго диодов, трансформатор с двумя первичными обмотками, вторичные обмотки которого связаны с выпрямителями и фильтрами выходных цепей, а к одной из вторичных обмоток подключен датчик обратной связи, выход которого связан с входом регулирующего элемента, вход преобразователя подключен к сетевому выпрямителю со сглаживающим конденсатором и к входу вспомогательного источника литания, связанного с целями питания задающего генератора, .регулирующего элемента, входами подсоединенных к выходам задающего генератора, отличающиеся тем, что, с целью повышения мощности на выходе и КПД путем устранения потерь мощности на рекуперацию энергии, к положительной и отрицательной обкладкам сглаживающего конденсатора лрд|{лючены соответственно аНод лервогодиода и эмиттер второго тран зистора, лервая первичная обмотка трансформатора включена между эмиттером первого транзистора и отрицательной обкладкой сглаживающего конденсатора, вторая первичная обмотка трансформатора включена между анодом второго диода-и положительной обкладкой сглаживающего конденсатора, выходы вспомогательного источника литания соединены с входами лредусилителей, параллельно диодам и обмоткам трансформатора включены корректирующие конденсаторы, а трансформатор

выполнен с бифилярными первичным обмотками.

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что задающий генератор с

регулируемой частотой выполнен в виде генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу сумматора, первым входом соединенный с источником опорного напряжения, а второй вход сумматора и вход преобразователя напряжение - частота является входом задающего генератора, выход компаратора соединен со счетным

входом триггера и с первыми входами двух схем совпадения, вторые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, а выходы схем совпадения образуют выходы задающего генератора.

3.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что задающий генератор сбдержит преобразователь напряжение - частота, вход которого является входом задающего генератора, а выходом подключен к вхо4у унитарного счетчика по модулю 4, четные или нечетные выходы которого образуют выходы задающего генератора.

4.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что регулирующий элемент

выполнен в виде дифференциального усилители, неинвертирующий вход и выход которого являются соответственно входом и выходом регулирующего элемента, а инвертирующий вход подключен к источнику опорного напряжения.,

.5. Преобразсюатель по п.1, отличающийся тем, что датчик обратной связи содержит последовательно соединенные

выпрямитель и фильтр, выход которого является выходом датчика обратной связи, причем вход образован входом выпрямителя непосредственно Или через дополнительный трансформатор развязки,

6. Преобразователь по п.1, от л ич а ющ и и с я тем, что вспомогательный источник питания выполнен в виде трансформатора, каждая вторичная обмотка которого подключена к вып)эямителк и фильтру, выходь

которого образуют выходы источника, а выводы первичной обмотки - вход источника, причем входы и выходы источника гальванически развязаны.

Фиг. г

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение мощности на вы-2ходе и КПД путем устранения потерь мощности на рекуперацию энергии. Преобразователь содержит сетевой выпрямитель 1 со сгяаживаюшим конденсатором 2. вспомогательный источник питания 3. транзисторы 6 и 7 усилителя мощности, диоды 8 и 9. трансформатор 12. корректирующие конденсаторы 10,11 и 15.16. датчик обратной связи 20. регулирующий элемент 21 и задающий генератор с регулируемой частотой 22, После выключения транзистора (когда оба тралзи- стора заперты) на обмотках трансформатора 12 формируется колебательный процесс, определяемый емкостью корректирующих конденсаторов и индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора. При этом ре- куперационные процессы отсутствуют и вся энергия, коммутируемая усилителем мощности, передается в нагрузку, что повышает мощность на выходе и (СПД, 5 з,п. ф-лы. 4 ил.•^^ЁСл)gсл>&(fusJ

28

25

25

27

23

30

J/

Фиг.З