Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах вгсричного электропитания РЭА.

Целью предполагаемого изобретения является обеспечение трансформаторной гальванической развязки между зыходом и входом при непосредственном измерении выходного напряжения, причем управляющий силовыми транзисторами трансформатор является одновременно и средством гальванической развязки источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что в источник питания, содержащий регулируемый конвертор, силовые транзисторы которого через формирователь управляющего напряжения и первое пороговое устройство связаны с источником опорного напряжения, введены мультивибратор на D-ipnrre- ре, инвестор, транзистор, резистивный делитель, трансформатор, выпрямитель, второе и третье пороговое устройства, два ключа, управляемый источник тока и время- задающий конденсатор, причем последние, соединенные последовательно, подключены к выходным зажимам конвертора.

На фиг. 1 представлена схема источника питания, на фиг.2 - npoMeh ные диаграммы ее работы; на фиг.З - заиисям зсть токл заряда еремязадающего конденсатора л выходного наприжения источника питания

Преобразователь постоянного напряжения (.одержит регулируемый конвертор 1, ,. управляющие входам силовых грлнзисто роя которого подключены Валовые обмотки трансформатора 2, крайние аыподы первичной обмотки последнего соединены с ключами 3 и 4, а вывод средней точки через резистивный делитель 5 и транзистор 6 - с входным выводом питания, кроме того, база транзистора 6 соединена с Q-выходом триггера 7 с двумя RCD-цепочками 8. 9, 10 и 11, 12, 13, причем делитель 5 через второе пороговое устройство 14 и инвертор 15 соединен с делителем частоты 16 и селектооами 17 18. вторичная обмотка трансформатора 2 через оыпрямитель 19 и третье пороговое устройство 20 соединена с ключами 21, 22, время задающим конденсатором 23, первым пороговым устройством 24, управляемым источником тока 25, усилителе рассогласования 26 и резистор 27.

Стабилизирующий источник питания работает следующим образом.

На нерегулируемом участке нагрузок ной характеристики {UH UH ном) конденсатор 23 не заряжается и ключ 21 разомг.чут и не оказывает влияния на длительности формируемых задающим генератором 7... 15 им0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

пульооп Длительность открытого состояния транзисторов конвертора 1 соответствует времени заряда конденсатора 10 до порога срабатывания триггера 7 по S-входу, а длительность паузы - соответственно конденсатора 11 по R-пходу. Наличие инвертора 15 гарантирует автоколебательный режим мультивибратора независимо от скорости подачи питающего напряжения Еу. В этом режиме (Ун UH ном) положительный перепад напряжения на С-входе триггера 7 не переключает последний в состояние паузы, так как D-вход соединен с плюсом питающего напряжения.

На регулируемом участке нагрузочной характеристики (UH UH ном) на выходе источника тока 25 появляется ток, заряжающий конденсатор 23, причем начало заряда соответствует концу паузы (точка 6, фиг.2, б). В зависимости от выходного напряжения усилителя рассогласования 26 ток заряда изменяется в широки/ч пределах (см. фиг.З), изменяя соответствующим образом частоту преобразования конвертора. Поскольку на интервале паузы (точки 5, 6) конденсатор 23 шунтирован ключом 22, длительность импульса Си определяется временем заряда конденс -г- ра 3 до порога срабатывания порогового устройства 24, которое, замыкая ключ 21, во-первых, через пороговое устройство 20 осуидестпляет сорос напряжения на конденсаторе 23, а во-вторых, закорачивая вторичную обмотку т рансформатора 2 через делитель 5 и пороговое устройство 14,переключает положительным перепадом напряжения триггер 7 и состояние паузы. Таким образом, регулирование (стабилизация) выходного напряжения осуществляется изменением длительности открытого состояния ключей конпертора при фиксированной паузе, т.е. изменением частоты преобразования.

Очьаидно, что диапазон изменения тока нагрузки 01 раничен для схемы конвертора с дросселем о цепи переменного тока, поскольку Ји CD/hap 0. Указанный недостаток исключается при использовании резонансной схемы конвертора, для чего параллельно одной из обмоток силового трансформатора конвертора подключается резонансный конденсатор (пунктир на фиг.1). При этом обеспечивается стабилизация выходного напряжения при изменении тока нагрузки в пределах 0 IH IHOM. поскольку кратность изменения частоты для резонансной схемы Кг 2, что достигается не более чем трехкратном изменением тока источника 25 ео всем диапазоне изменения тока нагрузка.

Для исключения пульсаций выходного напряжения, вызванных изменениями питания (при подключении к сети переменного тока через выпрямитель) S-вход триггера соединен с плюсовым входом питания через резистор 27. Соотношением резисторов 8 и 27 можно добиться полной компенсации пульсаций в начале вертикального участка нагрузочной характеристики,что обеспечивает параллельную работу нескольких ИВЭП без дополнительных межблочных связей.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности источника питания за счет применения любой схемы конвертора и обеспечения гальванической развязки при непосредственном измерении выходного напряжения, причем функции управления силовыми транзисторами и гальванической развязки выполняет единственный трансформатор устройства управления. Кроме того, для резонансной схемы конвертора обеспечирэются.

-стабилизация выходного напряжения вплоть до полного холостого хода нагрузки,

-ограничение тока нагрузки вплоть до режима короткого замыкзния,

-возможность наращивания мощности путем параллельного соединения ИВЭП- модулей.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой трансформатор и силовые транзисторы, входом подключенные к выходам формирователя управляющих импульсов, имеющего первый и второй ключи, подключенные по цепи управления к выходам двух селекторов, первые входы которых соединены с выходами делителя частоты, входом соединенного с выходом задающего генератора, первый пороговый элемент и узел опорного напряжения, отличающийся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей путем полного гальванического разделения выходных цепей or входных, введены дополнительный транзистор, ьремязадаю- щий конденсатор, управляемый источник тока, третий и четвертый ключи, резистив- ный делитель напряжения, управляющий

0

5

0

5

0

5

0

5

0

трансформатор, дополнительный выпрями тель, второй и третий пороговые элементы и усилитель сигнала рассогласования, один вход которого соединен с выходом преобра зователя, другой вход - с узлом опорного напряжения, а выход - с управляющим входом управляемого источника тока, замкнутого по выходу на времязадаюший конденсатор, шунтированный третьим ключом и соединенный через первый пороговый элемент с управляющим входом четвертого ключа, шунтирующего выход дополнительного выпрямителя, входом подключенного к дополнительной обмотке управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого соединены с управляющими входами силовыхтранзисторов, а первичная обмотка крайними выводами соединена через первый и второй ключи с первым входным выводом преобразователя, а отводом от средней точки через последовательно соединенные резистивный делитель напряжения и дополнительный транзистор с выводом для подключения источника питания цепи управления, при этом выход дополнительного выпрямителя через второй ПОООГОРЫЙ элемент соединен с управляющим входом тпегьего ключа, база допопни- тельного транзистора - г вторыми входами селекторов я задающий генератор выполнен на основе О-триггерз. Q-выкод которого соединен через инвертирующий элемент с управлающим входом делителя частоты и с базой дополнительного транзистора, а также через первую прраллельную RD-цепочку - со своим S-входом причем D-триггер R- входом соединен через вторую парэплель- ную RD-цепочку с выходом инвертирующего элемента, D-входом,; с коллектором дополнительного транзисторе) С-входом - через тре тий пороговый элемент со средней точкой резистивного делителя напряжения, a R- и S-входы через соответственно первый и второй хронирующие конденсаторы - с первым входныг/ выводом преобразователя

2 Преобразователь по п 1 отличающийся тем, что он выполнен резонансным с последовательным LC-конт/ром и подклю чением силового трансформатора параллельно конденсатору LC-контура

3. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что S-вход D-триггера соединен через введенный резистор с вторым входным выводом преобразователя.

, 4т

I t-t. t-«1РП1--Ч

/ Ј .

njri i-iJnt-innr.

4 S 6

и.

.Jj-:i..

4 S 6

r.

/

Г7

Использование: преобразование и стабилизация постоянного напряжения в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: выходное напряжение преобразователя стабилизируется путем регулирования длительности открытого состояния силовых транзисторов преобразователя 1 при неизменной длительности паузы, т.е. путем изменения частоты. Усилитель сигнала рассогласования 26, управляя значением тока на выходе управляемого источника тока 25,изменяет скорость нараста- ния напряжения на времязадающем конденсаторе 23. С помощью первого порогового элемента 24 и третьего ключа 21 про- исходит шунтирование выхода дополнительного выпрямителя 19, что ведет к выключению задающего генератора на элементах 7-15, пропаданию напряжения на обмотках управляющего трансформатора 2 и к разряду времязадающего конденсатора 23. С этого момента формируется пауза в выходном напряжении инвертора, входящего в преобразователь. 2 э.п. ф-лы, 3 ил. w ё 00 го OJ о 1 Фиг.1

1 l XI L

...

1 l XI L

i

0-П.

н Ун//а г

t

T

-JTfH

AWf 11