Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/5387 

Изобретение относится к электротехнике, в частности статическим преобразователям постоянного напряжения в переменное стабилизированное, и может применяться в качестве источника питания потребителей переменного тока любого назначения.

Известен транзисторный инвертор, содержащий две стойки силовых транзисторов, подключенных к входным выводам, и блок управления с широтно-импульсным модулятором (ШИМ), формирующий два прямоугольных напряжения с регулируемым фазовым сдвигом а , датчик рассогласования с усилителем мощности, определяющим величину ее, две стойки вспомогательных транзисторов, подключенных силовыми электродами к входным выводам; а управляющими через базовые резисторы к различным трансформаторам ШИМ. На выходных выводах формируется регулируемое по длительности напряжение, среднее (или действующее) значение которого поддерживается на заданном уровне за счет замкнутой системы регулирования по отклонению выходного параметра.

Недостатком данного технического решения является низкая наде сность и КПД за счет необходимости применения относительно сложного блока управления, для которого требуется дополнительный источник питания.

Известен инвертор, содержащий две стойки транзисторов, подключенных к входным выводам, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к точкам соединения силовых электродов транзисторов в стойках, а вторичная силовая обмотка - к выходным выводам, два насыщающихся трансформатора, рабочие обмотки которых через развязывающие диоды подключены к эмиттерам и коллекторам транзисторов каждой стойки, задающий генератор и ШИМ с двумя выходными трансформаторами. При регулировании фазового сдвига между напряжениями трансформаторов ШИМ осуществляется изменение длительности напряжения на выходных выводах.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность и КПД особенно при малых выходных мощностях (менее 200 ВА) за счет необходимости ШИМ с вспомогательным источником питания.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является преобразователь, содержащий одну стойку силовых транзисторов, зашунтированных обратными диодами, и подключенную силовыми электродами к входным выводам, емкостныйделитель напряжения на двух конденсаторах, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к точке соединения силовых электродов указанных транзисторов и точке соединения конденсаторов емкостного делителя, силовая вторичная обмотка - к выходным выводам, две обмотки управления, содержащие промежуточные отводы, подключенные

концами через базовые резисторы и через рабочие обмотки насыщающегося трансформатора к базам силовыхтранзисторов, а промежуточные отводы указанных обмоток к соответствующим эмиттерам силовых

транзисторов, задающий генератор с трансформатором, две вторичные обмотки которого связаны с управляющими переходами силовыхтранзисторов, ШИМ, выход которого подключен к управляющему переходу

вспомогательного транзистора, связанного через выпрямитель с обмоткой управления насыщающегося трансформатора.

Недостатком данного технического решения является то, что при работе на RL или

RC нагрузку переменного тока изменяется форма выходного напряжения в функции cos (рн . Введение ШИМ с его источником питания снижает надежность и КПД особенно при, маленькой мощности нагрузки (менее 200 ВА), кроме того, работа инвертора возможна только на активную нагрузку, так как при формировании нулевой ступени при RL или RC нагрузке будет наблюдаться искажение формы выходного напряжения.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения при работе на реактивную нагрузку и повышение КПД и надежности путем упрощения.

На фиг. 1 представлена схема инвертора; на фиг. 2 - диаграмма напряжений на отдельных элементах схемы, поясняющая принцип работы устройства; на фиг. 3 - датчик напряжения, датчик рассогласования и усилитель мощности в развернутом виде.

Инвертор содержит первую стойку

транзисторов 1,2, подключенную к входным выводам 3, 4, согласующий трансформатор 5, первичная обмотка 6 которого одним концом подключена к точке соединения

силовых электродов транзисторов 1, 2, вторичная силовая обмотка 7 - к выходным выводам 8, 9, каждая из двух вторичных управляющих обмоток 10, 11, имеющих по одному промежуточному отводу 12 (13), своими концами соединена через базовый резистор 14 (15) и через последовательно соединенные отсекающий диод 16 (17) и рабочую обмотку 18 (19) насыщающегося трансформатора с соответствующей базой.

а промежуточный отвод 12 (13) - с эмиттером транзистора 1 (2), задающий генератор 20 с трансформатором 21, два запретных диода 22, 23 и две последовательно соединенные RC-цепочки 24, 25, связанные первыми концами с базами транзисторов 1, 2, последовательно соединенные датчик выходного напряжения 26, связанный с измерительной обмоткой 27 согласующего трансформатора 5, датчик 28 рассогласования и усилитель 29 мощности, емкостный делитель напряжения на конденсаторах 30, 31, подключенный к входным выводам 3, 4, вторую стойку транзисторов 32,33, подключенную к входным выводам 3, 4, вспомогательный трансформатор 34, первичная обмотка 35 которого подключена к средней точке емкостного делителя и к точке соединения силовых злементов транзисторов 32, 33 второй стойки, две запретные его вторичные обмотки 36,37 соединены через запретные диоды 38,39 соуправляющим переходом транзисторов 32, 33 второй стойки, а две пусковые его вторичные обмотки 40,41 - со свободными концами последовательно соединенных RC-цепочек 24, 25 и эмиттерами транзисторов 1, 2 первой стойки, при этом второй конец первичной обмотки 6 согласующего трансформатора 5 подключен к точке соединения силовых электродов транзисторов 32,. 33 второй стойки, две пусковые вторичные обмотки 42, 43 трансформатора 21 задающего генератора 20 соединены через базовые резисторы 44,45 с управляющими переходами транзисторов 32, 33 второй стойки, две запретные его вторичные обмотки 46, 47 соединены с катодами запретных диодов 22, 23 и эмиттерами транзисторов 1, 2 первой стойки, магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен на двух магнитопроводах 48.1, 48.2 с прямоугольной петлей гистерезиса, на каждом из которых расположены обмотки 49, 50 управления, соединенные встречно-последовательно между собой и подключенные к выходу усилителя 29 мощности, а рабочие обмотки 18, 19 намотаны на оба магнитопровода 48.1. 48.2 одновременно.

На фиг. 2 представлены напряжение 51 на обмотках трансформатора 21 задающего генератора 20 и напряжение 52 на обмотках согласующего трансформатора 5.

На фиг. 3 представлен датчик напряжения, выполненный на основе выпрямителя 53 со сглаживающим конденсатором 54, датчик 28 рассогласования, выполненный на резисторах 55-57, стабилитроне 58 и конденсаторе 59, усилитель 29 мощности,.

включающий операционный усилитель 60, резисторы 61-73 и транзистор 64.

Инвертор работает следующим образом.

Положим, что в момент времени был

включен еще транзистор 33, а все остальные транзисторы 32, 1, 2 выключены. Это будет уже при номинальном входном напряжении. В выходном напряжении 52 формируется нулевая ступень напряжения, так как ток нагрузки замыкается после выключения транзистора 1 по цепи: транзистор 33 и обратный диод, включенный параллельно транзистору 2. При изменении полярности

5 напряжения 51 на обмотках трансформатора 21 задающего генератора 20 на управляющий переход транзистора 1 поступает запирающее напряжение обмотки 46. При этом конденсатор цепочки 24 дозаряжается

0 (полярность указана без скобок), а конденсатор цепочки 25 заряжен напряжением с полярностью, указанной без скобок. Но в момент to транзистор 32 не включается, так как транзистор 33 еще не выключился, хотя

5 на него поступило запирающее напряжение от обмотки 43 трансформатора 21 задающего генератора 20. Обмотка 36 трансформатора 34 оказывает шунтирующее действие. После выключения в момент времени ti

0 транзистора 33 включается транзистор 32 и за счет подачи на первичную обмотку 35 трансформатора 34 напряжения от обмотки 41 через RC-цепочку 25 поступает запускающий импульс на включение транзистора 2,

5 который, включаясь, обеспечивает за счет верхней полуобмотки 11 базовый ток транзистора 2 через резистор 15. Конденсаторы цепочек 25 и 26 заряжаются до напряжений, полярности которых указаны в скобках. Одновременно к рабочей обмотке 19 насыщающегося трансформатора 48.1, 48.2 прикладывается напряжение.всей обмотки 11. После насыщения магнитопроводов насыщающегося трансформатора куправ5/ляющему переходу транзистора 2 прикладывается запирающее напряжение нижней полуобмотки 11. После выключения транзистора 2 в момент времени t2 ток в первичной обмотке при реактивной нагрузке продолжает течь в том же направлении по цепи: включенный транзистор 32 - обмотка 6 обратный диод, включенный параллельно транзистору 1. Создание такой цепи обеспечивает нулевое значение напряжения на обмотках согласующего трансформатора 5. В момент времени хз изменяется полярность напряжения, на обмотках 42, 43, 46 и 47 трансформатора 21 задающего генератора 20, транзистор 32 начинает вь1ключаться, транзистор 33 не включается до тех пор.

пока не выключился транзистор 32 за счет шунтирующего действия обмоток 37 трансформатора 34. а счет напряжения обмотки 47 конденсатор цепочки 25 подзаряжается по цепи 23-47-41-25 и к управляющему переходу транзистора 2 прикладывается запирающее напряжение обмотки 47.

После выключения транзистора 32 в момент времени t4 включается транзистор 33, за счет напряжения пусковой обмотки 40 трансформатора 34 включается транзистор 1, за счет верхней полуобмотки 10 тра 1зистор 1 и поддерживается в открытом состоянии. К рабочей обмотке 18 насыщающегося трансформатора прикладывается напряжение всей обмотки 10. После насы,щения магнитопроводов насыщающихся трансформаторов к управляющему переходу транзистора 1 прикладывается запираю1цее напряжение нижней полуобмотки 10. Далее цикл работы инвертора повторяется. Рассмотренная структура инвертора (без цепи обратной связи) обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при широком изменении входного напряжения и тока нагрузки с точностью 5-10%. Для повышения стабильности выходного напряжения введена отрицательная обратная связь на основе датчика 26 напряжения, подключенного к обмотке 27 согласующего трансформатора 5,, датчика 28 рассогласования, усилителя 29 мощности, выход которого связан с обмотками 49, 50 управления насыщающегося трансформатора 48.1,48.2. Датчик напряжения выдает на выходе информацию о величине выходного напряжения в виде постоянного напряжения и является одновременно источником питания усилителя мощности. Датчик рассогласования выдает информацию о величине отклонения выходного напряжения от заданного уровня, а операционный усилитель 60 усиливает полученный сигнал рассогласования и определяет рабочую точку транзистора 64, который в конечном итоге определяет ток подмагничивания обмоток управления. За счет введения обратной связи по отклонению выходного напряжения осуществляется повышение точности стабилизации выходного напряжения за счет изменения момента насыщения магнитопроводоЁ насыщающегося трансформатора током обмоток управления.

При минимально допустимом входном напряжении (с учетом пульсаций его) необходимо обеспечить длительность импульсов напряжения 52 меньше полупериода напряжения 51 трансформатора 21 задающего генератора 20.

В переходных режимах, когда может возникнуть провал входного напряжения ниже минимально допустимой величины, схема работает следующим образом. При

выключении транзистора 32 в момент времени ti включается транзистор 2 за счет пусковой обмотки 41 трансформатора 34 и поддерживается в открытом состоянии за счет напряжения верхней полуобмотки 11.

Если до момента времени t3 магнитопроводы 48.1, 48.2 не насытились и транзистор 2 еще не выключился, то в момент времени ta изменяется полярность напряжения на обмотке 42 и 47 трансформатора 21 задающего генератора 20 и транзистор 2 начинает выключаться одновременно с транзистором 32.

Таким образом, инвертор обеспечивает на выходе прямоугольное напряжение с нулевой ступенью при работе на реактивную RL-нагрузку и отличается от прототипа повышенной надежностью, и КПД за счет устранения из структуры классического ШИМ с относительно мощным вспомогательным

источником питания для него. Особенно большой эффект будет достигаться в инверторах малой мощности, где габариты и потребляемая мощность ШИМ совместно с его источником питания будут соизмеримы ссиловой частью схемы.

Формула изобретения Стабилизированный .преобразователь постоянного напряжения, содержащий первую стойку транзисторов, подключенную к входным выводам, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого одним концом подключена к точке соединения силовых злектродов транзисторов, вторичная

силовая обмотка - к выходным выводам, каждая из двух вторичных управляющих обмоток, имеющих по одному промежуточному отводу, своими концами соединена через базовый резистор и через последовательно

соединенные отсекающий диод и рабочую обмотку насыщающегося трансформатора с соответствующей базой, а промежуточный отвод - с змиттером транзистора, задающий генератор с трансформатором, два запретных диода и две последовательно соединенные RC-цепочки, связанные первыми концами с базами указанных транзисторов, последовательно соединенные датчик выходного напряжения, связанный с

измерительной обмоткой согласующего трансформатора, датчик рассогласования и усилитель мощности и емкостной делитель напряжения, подключенный к входным выводам, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения при работе на реактивную нагрузку, повышения КПД и надежности путем упрощения, введены вторая стойка транзисторов, подключенная к входным выводам, вспомогательный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к средней точке емкостного делителя и к точке соединения силовых электродов второй стойки, две запретные его вторичные обмотки соединены через запретные дополнительные диоды с управляющими переходами транзисторов второй стойки, а две пусковые вторичные его обмотки - со свободными концами последовательных RC-цепочек и с эмиттерами транзисторов первой стойки, при этом второй конец первичной обмотки согласующего трансформатора подключен к точке

соединения силовых электродов транзисторов второй стойки, две пусковые вторичные обмотки трансформатора задающего генератора соединены через базовые резисторы с управляющими переходами транзисторов второй стойки, две запретные его вторичные обмотки соединены с катодами запретных диодов и эмиттерами транзисторов первой стойки, магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен на двух сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, на каждом из которых расположены обмотки управления, соединенные встречно последовательно между собой и подключенные к выходу усилителя мощности, а рабочие обмотки намотанына оба магнитопровода одновременно.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к параметрическим преобразователям постоянного напряжения в переменное стабилизированное. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения при работе на ин-J^OS=48.2mi ж/ г/f^^ гулдуктивную нагрузку и повышение КПД и надежности путем упрощения. Инве|Ьтор содержит две стойки транзисторов 1 и 2 и 32 и 33, согласующий трансформатор 5, каждая из двух вторичных управляющих обмоток 10, 11 которого своими концами соединена через базовый резистор и через последовательно соединенные отсекающий диод 16