Стабилизированный преобразователь напряжения Советский патент 1977 года по МПК H02M7/217 G05F1/64 

1

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания.

Известны стабилизированные преобразователи напряжения, содерл :ащие силовой узел, состоящий из предоконечного усилителя, связаиного с силовыми транзисторными ключами, на выход которых подключен высокочастотный трансформатор с высокочастотным выпрямителем и LC-фильтром, а также узел обратной связи и задающий генератор, выходы которых через узел регулировки длительности импульса соединены со входом предоконечного усилителя. Ири использовании этих преобразователей для преобразования сетевого напряжения необходимо применять в качестве ключей мощные транзисторы с предельным значением коллекторного напряжения, а при коротком замыкании на выходе имеется опасность выхода из строя мощных транзисторов из-за перегрузки по току.

Целью настоящего изобретения является увеличение надежности, уменьшение стоимости и улучшение технологичности изготовления преобразователя.

Указанная цель достигается за счет того, что преобразователь снабжен триггером-формирователем, один из входов которого подключен к выходу задающего генератора непосредственно, а другой - ко второму выходу

его через узлы постоянной и регулируемой задерл ек. Выход последнего соединен с одним входом предоконечного усилителя, другим входом соединенного с выходом триггераформирователя. Предоконечный усилитель подключен к силовым транзисторным ключам по трансформаторной схеме. Цепи питания задающего генератора, узла регулировки длительности импульсов и предоконечного усилителя соединены с выходом высокочастотного выпрямителя и узла запуска. Узел запуска выполнен в внде делителя напряжения, конденсатора и переключающего элемента с двумя группами переключающих контактов. Делитель напряжения подключен к первичному источнику постоянного напряжения, а конденсатор в одном из состояний переключающего элемента - к цепи питания задающего генератора, узла формирования занускающих

импульсов и предоконечного усилителя.

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного нреобразователя; на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема.

Преобразователь содержит задающий генератор 1, узел 2 регулировки длительности импульса, узел 3 регулируемой задержки, узел 4 постоянной задержки, триггер-формирователь 5, силовой узел 6 с предоконечным усилителем 7 и преобразователем 8, включающим сетевой выпрямитель, транзисторные

ключи и выходной трансформатор и высокочастотный выпрямитель У с фильтром, узел 10 обратной связи, узел 11 заиуска, цепи 12 питания задающего генератора, узла регулировки длительности и предоконечного усилителя.

Выходы задающего генератора 1 подключены ко входам триггера-формирователя 5: один непосредственно, другой через узлы 3 и 4 регулируемой и постоянной задержек.

Ко входам предоконечного усилителя 7 подсоединены выход узла 3 регулируемой задержки и триггера-формирователя 5. Узел 10 обратной связи но выходу связан с времязадающей цепью узла 3, а по входу - с выходом высокочастотного выпрямителя с фильтром.

Задающий генератор 1 (фиг. 2) выполнен на интегральной микросхеме, которая включает в себя четыре двухвходовых логических элемента И-НН 13-16. Логические элементы 13 и 14 микросхемы совместно с времязадающими и стабилизирующими длительность элементами обратных связей создают симметричный мультивибратор. Остальные логические элементы (15, 16) микросхемы служат для создания инверсных выходов.

Узел 3 регулируемой задержки выполнен на логических элеменгах интегральной микросхемы. Длительность его импульсов определяют параметры времязадающей RC-цепи 17, 18 и состояния узла 10 обратной связи.

Узел 4 постоянной задержки устроен аналогично узлу регулируемой задерл ки 3, однако длительность его имнульсов постоянна, зависит от параметров времязадающей RC-цепи 19, 20.

Триггер-формирователь 5 собран на двух логических элементах 21, 22 интегральной микросхемы и имеет раздельные входы, другие два логических элемента (23, 24) служат для инвертирования входных импульсов. Управление триггером-формирователем 5 производится через дифференцирующие цепи 25, 26.

Силовой узел 6 состоит из сетевого выпрямителя 27, преобразователя на транзисторных ключах 28, 29 и трансформатора 30 предоконечного усилителя 7 на транзисторах 31-34 и низковольтного двухтактного со средней точкой выпрямителя 9 на диодах 35-38 с LC-фильтром 39, 40.

Узел 10 обратной связи выполнен в виде нелинейного моста, одним из плеч которого является опорный элемент 41, например кремниевый стабилитрон. К, одной диагонали моста подсоединены входные клеммы устройства, а к другой - вход усилителя постоянного тока на транзисторе 42, выход которого подключен к времязадающей RC-цепи 17, 18 узла 3 регулируемой задержки, образуя совместно с резистором разрядную цепь.

Узел 11 запуска содержит резисторный делитель 43, 44 напряжения, конденсатор 45 и переключающий элемент 46, например кнопку с двумя группами переключающих контактов. Делитель напряжения подключен к первичному источнику постоянного напряжения. Конденсатор подсоединен таким образом, что в одном из состояний нереключающего элемента, например при нажатой кнопке, он подключен к одному из плеч делителя 43, 44 напряжения, а при другом состоянии, например в исходном состоянии кнопки, - к цепи питания задающего генератора 1, узла 2 регулировки длительности импульса и предоконечного усилителя 7.

Стабилизированный преобразователь напряжения работает следующим образом.

При нулевом уровне импульсов задающего генератора 1 запускается узел 3 регулируемой задержки. При этом ранее заряженный

конденсатор 18 времязадающей цепи начинает разряжаться через резистор 17 этой цепи и транзистор 42 узла обратной связи. При изменении напряжения на выходе устройства, например при его увеличении, сигнал рассогласования между опорным напряжепием и выходным, т. е. напрял ение на входе узла обратной связи становится больше и конденсатор 18 времязадающей цепи разряжается быстрее, при уменьшении - наоборот. После

разряда конденсатора транзистор 47 узла регулируемой задержки, занергый во время разряда, открывается и процесс заканчивается. Так образуются модулированные по длительности обратно пропорционально выходному

напряжению импульсы нечетных полупериодов. Для получения импульсов четных полунериодов, таким же образом модулированных, но сдвинутых на угол я, используется триггер-формирователь 5, который запускается по

одному входу продифференцированным задним фронтом импульса задающего генератора, а сбрасывается продифференцированным задним фронтом импульса узла постоянной задерл ки, который в свою очередь запускается

задним фронтом импульса узла регулируемой: задержки.

Так как начало импульса узла регулируемой задержки соответствует фактически заднему фронту импульса задающего генератора 1, начало импульсов триггера-формирователя 5 - его переднему фронту, а импульс узла постоянной задерл ки 4 фиксирован и составляет я, то для управления силовой частью подается последовательность из двух импульсов, сдвинутых во времени на угол я и конгруэнтно модулированных обратно пропорционально выходному напряжению устройства.

Силовой узел 6 работает следующим образом.

Выпрямленное сетевым выпрямителем 27 напряжение подается в диагональ моста, плечами которого являются два конденсатора 48,, 49 и два транзисторных ключа 28, 29. К другой диагонали подключена первичная обмотка

выходного трансформатора 30. Заряженные вынрямленным сетевым нанряжением конденсаторы 48, 49 нри помощи поочередно включаемых управляющими импульсами транзисторных ключей 28, 29 разряжаются через перБичную обмотку трансформатора 30, создавая:

на ее выводах импульсы прямоугольного переменного напряжения, длительность которых обратно пропорциональна амплитуде. Так как выпрямленное напряжение со вторичной обмоткой трансформатора подается на нагрузку через LC-фильтр 39, 40, обеспечивающий непрерывный ток, площадь импульсов постоянна вне зависимости от напряжения сети и тока нагрузки, то напряжение на выходе оказывается стабилизированным в заданных пределах. Пульсация с частотой сети воспринимается узлом 10 обратной связи, как медленные изменения выходного напряжения, так что габариты фильтра резко сокращаются.

Включение стабилизированного преобразователя производится при помощи узла И запуска, а в дальнейшем питание системы управления происходит от выходного напряжения.

При коротком замыкании на выходе устройства генерация схемы управления срывается и мощные транзисторные ключи 28, 29 запираются.

Формула изобретения

1. Стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий силовой узел, состоящий из предоконечного усилителя, связанного с силовыми транзисторными ключами, на выход которых подключен высокочастотный трансформатор с высокочастотным выпрямителем и LC-фильтром, а также узел обратной связи и задающий генератор, выходы которых

через узел формирования регулировки длительности импульса соединены со входом предоконечного усилителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения надел ности, уменьшения стоимости и улучшения технологичности изготовления, преобразователь снабжен триггером-формирователем, один из входов которого подключен к выходу задающего генератора непосредственно, а другой вход подключен ко второму выходу задающего генератора через узел постоянной задержки и узел регулируемой задержки, выход которого подключен к одному входу предоконечного усилителя, другим входом соединенного с выходом триггера-формирователя, причем предоконечный усилитель соединен с силовыми транзисторными ключами по трансформаторной схеме, а цепи питания задающего генера ора, узла регулировки длительности импульсов и предоконечного усилителя соединены с пыходом высокочастотного выпрямителя и узла запуска.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийс я тем, что узел запуска выполнен в виде делигеля напряжения, конденсатора и переключающего элемента с двумя группами переключающих контактов, причем делитель напряжения подключен к первичному источнику постоянного напрялсения, а конденсатор в одном из состояний переключающего элемента подключен к цепи питания задающего генератотора, узла формирования запускающих импульсов и предоконечного усилителя.