Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

СО

с

Использование: преобразование постоянного напряжения в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: преобразователь выполнен на двух управляемых в противофазе ключевых элементах 7, 8 и двух дросселях 2, 18, соединенных по мостовой схеме. В выходную диагональ этой схемы включен силовой трансформатор 4, вторичная обмотка которого через выпрямитель 5 подключена к выходным выводам 16,17. Блок управления 1 формирует выходные сигналы регулируемой длительности, поступающими в цепь управления ключевых элементов 7,8, причем эта длительность превышает половину периода напряжения на обмотках силового трансформатора 4. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

ч| XI СЛ 00

00

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания и может быть использовано для питания различной радиоэлектронной аппаратуры.

Известны двухтактные преобразователи постоянного напряжения, содержащие блок управления, дроссель соединенный одним выводом с первым входным выводом устройства, силовой трансформатор, выпрямитель, фильтр и два ключевых элемента, первые выводы которых объединены и соединены со вторым входным выводом, а вторые выводы ключевых элементов подключены к концам первичной обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами устройства. Недостатком известных устройств является наличие отвода от средней точки первичной обмотки силового трансформатора, что усложняет его конструкцию, ухудшает технологичность изготовления и повышает стоимость трансформатора. Напряжение на ключевых элементах в таких устройствах в два раза превышает напряжение, поступающее на среднюю точку первичной обмотки силового трансформатора (т.е. в два раза превышает входное напряжение преобразователя). Кроме того, большое влияние на работу таких устройств оказывает индуктивность рассеяния трансформатора, которая приводит к значительным выбросам напряжения на ключевых элементах и заставляет использовать дополнительные элементы для разряда энергии, накапливаемой в индуктивности рассеяния. Все это усложняет схему преобразователя и ограничивает его массогабаритные и энергетические характеристики.

Наиболее близким к предложенному является двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два дросселя, каждый из которых первым выводом соединен с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом - с соответствующим выводом первичной обмотки силового трансформатора и через соответствующий ключевой элемент - со вторым входным выводом преобразователя, причем вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, и блок управления. Недостатком этого устройства является относительная сложность схемы преобразователя и организации управления ключевыми элементами.

Целью изобретения является упрощение двухтактного преобразователя постоянного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения, содержащем два дросселя, каждый из которых первым выводом соединен с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом - с соответствующим выводом первичной обмотки силового трансформатора и через соответствующий ключевой элемент - со

0 вторым входным выводом преобразователя, причем вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, и блок управления, блок

5 управления выполнен с формирователем на его выходе сигнала отпирания ключевого элемента длительностью более половины периода, а фильтр выполнен в виде конденсатора, включенного между выходными вы0 водами преобразователя.

Каждый ключевой элемент выполнен на двух транзисторах, соединенных между собой эмиттерами и коллекторами, а базами подключенными соответственно к первому

5 и второму управляющему входу ключевого элемента,

Блок управления содержит задающий генератор, фазосдвигающее устройство усилитель постоянного тока, компаратор,

0 делитель напряжения, элемент опорного напряжения и два предварительных усилителя мощности с управляющими трансформаторами, вторичные обмотки которых выполнены с отводом от средней точки и

5 подключены к выходам блока управления, при этом концы вторичной обмотки управляющего трансформатора первого усилителя мощности соединены с первыми управляющими входами ключевых элемен0 тов, а концы вторичной обмотки управляющего трансформатора второго усилителя мощности соединены со вторыми управляющими входами ключевых элементов, а отводы от средних точек вторичных обмоток

5 управляющих трансформаторов соединены со вторым входным выводом преобразователя, выход задающего генератора соединен со входом первого усилителя мощности непосредственно, а со входом второго уси0 лителя мощности -- через фазосдвигающее устройство, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, входом подключенного к выходу компаратора, входы которого подключены к

5 элементу опорного напряжения и к делителю напряжения, крайние выводы которого являются измерительными входами блока управления.

На фиг.1 представлена структурная схема двухтактного преобразователя лостоянного напряжения; на фиг.2 - вариант выполнения устройства с ключевыми элементами на транзисторах; на фиг.З - вариант выполнения блока управления.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит блок управления 1, дроссель 2, соединенный первым выводом с первым входным выводом 3 устройства, силовой трансформатор 4, выпрямитель 5, фильтр 6 и два ключевых элемента 7, 8, первые выводы 9, 10 которых объединены и соединены со вторым входным выводом 11, а вторые выводы 12, 13 ключевых элементов 7, 8 подключены к соответствующим выводам первичной обмотки 14 силового трансформатора 4, вторичная обмотка 15 которого через выпрямитель 5 и фильтр 6 соединена с выходными выводами 16, 17 устройства. К выводам 16, 17 подключается нагрузка преобразователя напряжения. Второй дроссель 18 соединен первым выводом с первым входным выводом 3, при этом вторые выводы первого 2 и второго 18 дросселя подключены к соответствующим выводам первичной обмотки 14 силового трансформатора 4. Управляющие входы 19, 20 ключевых элементов 7, 8 соединены с выходами 21, 22 блока управления 1, обеспечивающего на своем выходе сигнал отпирания ключевого элемента длительностью более половины периода. Фильтр 6 выполнен в виде конденсатора,

Кроме того, ключевые элементы 7,8 (см. фиг,2) выполнены на транзисторах 23-26, причем каждый ключевой элемент 7 и 8 содержит два транзистора 23,24 и 25,26 эмиттеры и коллекторы которых объединены и являются соответственно первым 9, 10 и вторым 12, 13 выводом ключевого элемента 7, 8, а базы подключены соответственно к первому 19 , 20 и второму 19 , 20 управляющему входу ключевого элемента 7, 8.

Кроме того, блок управления 1 (см. фиг.З) содержит задающий генератор 27, фазосдвигающее устройство 28, усилитель постоянного тока 29, компаратор 30, делитель напряжения 31. элемент опорного напряжения 32 и два предварительных усилителя мощности 33,34 с управляющими трансформаторами 35, 36, вторичные обмотки 37, 38 которых выполнены с отводом от средней точки и подключены к выходам 21/.22,2Г/, 22,блока управления 1 (см.фиг,2,3).При этом концы 21,22 вторичной обмотки 37 трансформатора 35 первого усилителя 33 соединены первыми управляющими входами 19. 20 ключевых элементов 7, 8, а концы 21 ,22 вторичной обмотки 38 трансформатора 36 второго усилителя 34 соединены со вторыми управляющими входами 19 ,20 ключевых элементов 7, 8. Отводы от средних т очск в горичных обмоток 37, 38 трансформаторов 35, 36 первого 33 и второго 34 усилителей соединены 5 со вторым входным выводом 11, Выход задающего генератора 27 соединен со входом первого усилителя 33 непосредственно, а со входом второго 34 - через фазосдвигающее устройство 28, управляющий вход которого 10 соединен с выходом усилителя постоянного тока 29, входом подключенного к выходу компаратора 30, входы которого подключены к элементу опорного напряжения 32 и к делителю напряжения 31, крайние выводы 15 которого являются измерительными входами 39, 40 блока управления 1.

Входы 39, 40 блока управления 1 могут быть подключены к выходным выводам 16,17 преобразователя напряжения (см. фиг.1, 2). 0Выпрямитель 5 может быть выполнен

по любой из известных схем, например, по мостовой схеме. В базовые цепи транзисторов 23-26 ключевых элементов 7, 8 могут быть включены ограничительные резисторы 5 (см. фиг,2).

Задающий генератор 27 может быть выполнен по любой из известных схем, например, по схеме автогенератора с магнитными связями.

0 Усилитель постоянного тока 29 и компаратор 30 могут быть реализованы с помощью операционного усилителя, например, на микросхеме типа 140УД8А.

Делитель напряжения 31 может быть 5 выполнен на резисторах, элемент опорного напряжения 32 - на стабилитроне с ограничительным резистором, подключенных к выходным выводам 16, 17.

Усилители 33 и 34 могут быть выполне- 0 ны по любой из известных схем, например, по двухтактной,

Фазосдвигающее устройство 28 может быть выполнено на интегральных микросхемах серии 564.

5 Двухтактный преобразователь постоянного напряжения на фиг.1 работает следующим образом. При подаче входного напряжения на выводы 3, 11 ключевые элементы 7, 8 попеременно находятся в двух 0 квазистатических состояниях: открыт, закрыт, причем длительность (интервал времени) открытого состояния может быть больше или равна длительности закрытого состояния. При этом управляющие импуль- 5 сы на выходах 21,22 взаимно противофазны со сдвигом на Т/2. При управляющих импульсах типа меандр (интервал включенного состояния равен интервалу выключенного состояния ключевых элементов 7, 8) отсутствует режим гк оекрьпич и

При воздействии дестабилизирующих факторов (например, изменение входного напряжения UBx) изменение выходного напряжения приводит к изменению фазового сдвига между напряжениями на выходах блока управления 1 и изменению времени перекрытия ключевых элементов 7, 8 так, чтобы выходное напряжение оставалось неизменным.

В предложенном преобразователе пер- вичная обмотка 14 трансформатора 4 не имеет отвода, что упрощает его конструкцию, улучшает технологичность и снижает стоимость его изготовления, Кроме того, напряжение на обмотке 14 не превышает входное напряжение UBx, т.е. в два раза меньше, чем в известных устройствах, следовательно число витков в этой обмотке также в два раза меньше, что приводит к уменьшению влияния индуктивности рассе- яния трансформатора на работу преобразователя, и улучшению его массогабаритных и энергетических показателей. Напряжение на ключевых элементах 7, 8 по сравнению с известными устройствами также снижено в два раза. При этом повышается КПД устройства. Кроме того, уменьшаются выбросы напряжения на ключевых элементах (т.к. уменьшена индуктивность рассеяния трансформатора) и могут быть исключены допол- нительные элементы для разряда энергии, накапливаемой в индуктивности рассеяния.

Таким образом данное техническое решение позволяет упростить двухтактный преобразователь постоянного напряжения.

Формула изобретения

блок управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения, блок управления выполнен с формированием на его выходе сигнала отпирания ключевого элемента длительностью более половины полупериода, а фильтр выполнен в виде конденсатора, включенного между выходными выводами преобразователя.

3.Преобразователь напряжения по п.2. отл ича ющийсятем, что блок управления содержит, задающий генератор, фазосдви- гающее устройство, усилитель постоянного тока, компаратор, делитель напряжения, элемент опорного напряжения и два предварительных усилителя мощности с управляющими трансформаторами, вторичные обмотки которых выполнены с отводом от средней точки и подключены к выходам блока управления, при этом концы вторичной обмотки управляющего трансформатора первого усилителя мощности соединены с первыми управляющими входами ключевых элементов, концы вторичной обмотки управляющего трансформатора второго усилителя мощности соединены с вторыми управляющими входами ключевых элементов, а отводы от средних точек вторичных обмоток управляющих трансформаторов соединены с вторым входным выводом преобразователя, выход задающего генератора соединен с входом первого усилителя мощности непосредственно, а с входом второго усилителя мощности - через фазосдеигаю- щее устройство, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, входом подключенного к выходу компаратора, входы которого подключены к элементу опорного напряжения, и к делителю напряжения, крайние выводы которого являются измерительными входами блока управления,