Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

СО

С

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: преобразователь содержит двухтактный преобразователь на транзисторах (1) и (2). трансформатор (3), выпрямитель (4), стабилитрон (7), оптопары (8), триггер-одновибра- тор (11). В преобразователе реализована гальванически развязочная обратная связь ; или импульсного действия, обеспечивающая стабилизацию выходного напряжения и сохраняющая высокий КПД преобразователя при малых нагрузках. 2 ил.

Фие.1

v| О

ГО

о

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания с гальванической развязкой входа и выхода.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий два МДП - транзистора и схему управления. Недостатком его является отсутствие стабилизации выходного напряжения и, следовательно снижение КПД при малых нагрузках. Кроме того, существует высокая вероятность теплового пробоя одного из силовых МДП- транзисторов при остановке тактового генератора.

Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий две однотактные ячейки, узел гальванической развязки цепей обратной связи, ши- ротно-импульсный модулятор, логические элементы, Недостатком известного изобретения является сложность конструкции, обусловленная сложностью выполнения цепи обратной связи, которая включает в себя дополнительные трансформатор и источник питания, а также специальную схему широт- но-импульсной модуляции. Сложность конструкции обуславливает невысокую надежность преобразователя. Кроме того, поскольку для нормальной работы преобразователя требуется дополнительный источник питания, то это обуславливает сравнительно невысокий КПД известного устройства при малых нагрузках.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь, содержащий блок управления, в состав-которого входит генератор импульсов, счетный триггер, логические элементы, силовые транзисторы, выходной трансформатор и узел контроля работы блока управления. Недостатком известного устройства является отсутствие стабилизации выходного напряжения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что, в преобразователь постоянного напряжения, содержащий двухтактный ключевой преобразователь с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам, а управляющие входы силовых ключей подключены к выходам элементов И, первые входы которых подключены к выходам счетного триггера, вход которого является тактовым входом преобразователя, в него введены цепь импульсной обратной связи, содержащая два измерительных диода, стабилитрон, опто- пару и триггер-одновибратор с времязэдающей RC-цепью, а также резистор и подключенный параллельно ему диод, причем крайние выводы вторичной обмотки трансформатора через измерительные диоды,

стабилитрон и светодиод оптопары подключены к ее средней точке, фотоприемник оптопары подключен параллельно резистору времязадающей цепи, подключенной между прямым выходом триггера-одновибратора и общей точкой схемы, а общая точка резистора и конденсатора RC-цепи подключена к входу сброса триггера-одновибрато- ра, инверсный выход которого через введенные резистор и диод подключен к

вторым входам элементов И, тактовый вход триггера-одновибратора подключен к тактовому входу преобразователя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма функционирования преобразователя.

Преобразователь постоянного напряжения содержит силовые ключи 1 и 2 с малыми токами утечки, подключенные

истоками к общему выводу источника входного напряжения, а стоками к противоположным выводам первичной обмотки трансформатора к силовому выпрямительному мосту 4 с фильтром, а также к измерительному выпрямителю на диодах 5 и б, выход которого нагружен на последовательно включенные стабиметром 7 и светодиод оптопары 8. Фотоприемник оптопары 8 включен параллельно резистору 9 времязадающей цепочки, в которую входит также конденсатор 10. Инверсный выход тригге- ра-одновибрэтора 11 подключен на вторые входы элементов 12 и 13 через формирующую цепочку, состоящую из резистора 14 и

диода 15. Выходы элементов 12 и 13, выполняющих логическую функцию И по нулям, подключены на затворы силовых ключей. На первые входы элементов 12 и 13 подведены взаимоинверсные выходы с делителя входной частоты на счетном триггере 16. Входная частота поступает одновременно на тактовые входы триггера-одновибратора и счетного триггера.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При отсутствии входной задающей частоты триггер-одновибратор 11 находится в состоянии самосброса через резистор 9 и уровнем логической единицы с инверсного

выхода, поступающей на логические элементы 12 и 13, полностью запрещает работу преобразователя, обеспечивая тем самым минимальный ток потребления, определяемый в основном токами утечки закрытых

силовых ключей 1 и 2. Такая схема управления силовыми ключами исключает их перегрев при отсутствии входной частоты, а также дает возможность дистанционного управления включением и выключением преобразователя. При поступлении задающей частоты FBX. счетный триггер 16 делит ее на два, обеспечивая взаимоинверсные логические сигналы на первые входы логических элементов 12 и 13. Каждый тактовый импульс задающей частоты поступает также на тактовый вход триггера 11. работающего вместе с времязадающей цепочкой из резистора 9 и конденсатора 10 в режиме одно- вибратора. Инверсный сигнал с выхода триггера-одновибратора через задерживающий резистор 14 поступает на вторые входы логических элементов И по нулям 12 и 13, обеспечивая совместно с сигналами от счетного триггера 16 поочередное включение силовых ключей 1 и 2. Задерживающий резистор 14 устраняет влияние триггеров 11 и 16 на симметрию управляющих сигналов. Длительность инверсных сигналов с выхода триггера-одновибратора определяется постоянной времени времязадающей цепочки 9 и 10, и определяет время подключения через силовые ключи соответствующей половины первичной обмотки трансформатора 3 к положительному выводу источника входного напряжения +U. На выходных обмотках трансформатора возникает закономерная ЭДС, которая после выпрямления и фильтрации поступает в нагрузку. Одновременно эта ЭДС поступает на измерительный выпрямитель 5 и 6 цепи импульсной обратной связи. Нагрузкой измерительного выпрямителя являются включенные последовательно светодиод оптопары 8 и стабилитрон 7. Принцип действия импульсной обратной связи состоит в том, что при достижении выходным напряжением вторичной обмотки трансформатора величины, равной напряжению пробоя стабилитрона, последний открывается и через светодиод оптопары начинает протекать ток. В результате резко уменьшается сопротивление фотоприемника оптопары, что приводит к резкому уменьшению постоянной времени времязадающей цепочки, а значит к ускоренному сбросу триггера-одновибратора в исходное состояние, что в свою очередь приведет к закрыванию соответствующего силового ключа. Диод 15 выполняет при этом функцию нейтрализации задерживающего влияния резистора 14 на отключение силовых ключей, ускоряя тем

самым реакцию цепи обратной связи на увеличение выходного напряжения. Закрывание силового ключа приводит к прекращению подачи энергии в первичную обмотку трансформатора, а значит и к началу уменьшения выходного напряжения под влиянием нагруз ки. Уменьшение будет происходить до появления следующего тактового импульса задающей частоты, с началом которого весь описанный процесс повторится, только при этом будет работать другой силовой ключ.

Таким образом, в схеме осуществлена гальванически развязанная обратная связь импульсного действия, обеспечивающая не

только стабилизацию напряжения на выходе при таких дестабилизирующих факторах, как нестабильность входного питающего напряжения, нестабильность нагрузки, нестабильность входной задающей частоты,

но и обеспечивающая сохранение высокого КПД при малых нагрузках.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий двухтактный ключевой

преобразователь с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам, а управляющие входы силовых ключей подключены к выходам

элементов И, стабилитрон, оптопару и триг- гер-одновибратор с времязадающей RC- цепью, а также резистор и подключенный параллельно ему диод, причем крайние выводы вторичной обмотки трансформатора

через измерительные диоды, стабилитрон и° светодиод оптопары подключены к ее средней точке, фотоприемник оптопары подключен параллельно резистору времязадающей цепи, подключенной между прямым выходом триггера-одновибратора и общей точкой схемы, а общая точка резистора и конденсатора RC-цепи подключена к входу сброса триггера-одновибратора, инверсный выход которого через введенные резистор и

диод подключен к входам элементов И, тактовый вход триггера-одновибратора подключен к тактовому входу преобразователя.

LfFffx.

и8ш.б

ившГ&

Vfax 11

tyttxJJ

Щых.П

.«-

Ъкон&Ю

Вт

Фиг. 2