Регулируемый преобразователь напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M3/335 

I

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания с широкой регулировкой выходных напряжений.

Известен силовой преобразователь со стабилизированным выходом, содержащий задающий генератор и стабилизирующие блоки, выходное напряжение которых стабилизуется путем изменения длительности сигнала управления, снимаемого с выхода устройства разрешения при наличии на его входе сигналов с мультивибратора и генератора ошибки, когда на вход генератора ошибки поступает сигнал с выхода устройства синхронизации и компаратора, контролирующего величину выходного напряжения i.

Недостатком данного устройства является необходимость синхронного и синфазного сигнала управления, наличие компаратора и генератора ошибки в каждом стабилизирующем блоке.

Известен также источник питания, содержащий последовательно включенные преобразователи напряжения, генератор, усилитель напряжения, широтно-импульсный модулятор, который изменяет длительность включенного состояния преобразователей напряжения в соответствии с изменением напряжения на выходе последовательно включенных преобразователей напряжения, недостатком которого

to является ограничение диапазона перестройки- нижнего уровня выходного напряжения за счет высокого остаточного напряжения на преобразователях 2..

15

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является твердотельный регулируемый блок питания, который содержит генератор тактовых импульсов, связанный с входными триггера20Ми последовательно или параллельно включенных ячеек конверторов, схему сравнения и широтно-импульсный модулятор с регулятором напряжения 3.

Недостатком данного устройства явля ется высокое минимальное значение нижнего уровня выходного напряжения и его возрастание с увеличением количества последовательно включенных конверторов, так как минимальное значение уровня выходного напряжения определяется суммой остаточных напряжений всех конверторов и при увеличении их числа минимальное значение выходного напряжения возрастает. Недостатком устройства является также изменение КПД. по диапа зону регулирования, так как независимо от уровня выходного напряжения расходует ся мощность в цепях управления и выхйЗных каскадах конверторов, потому чР© все они работают одновременно.

Цель изобретения - увеличение КПД и диапазона регулирования выходного напря жения.

Поставленная цель достигается тем, что в регулируемый преобразователь напряжения, содержащий генератор. тактовых импульсов, связанный со счетными вхо дами триггеров, установленных на входе In -последовательно включенных ячеек конверторов, выходной вывод которых через, схему сравнения связан с широтно-им пульсным модулятором с регулятором напряжения введены три пороговых устройства и счетная схема управления, . выходь которой соединены -с разрешающими входами п -1 триггеров ячеек конверторов, а входы с соответствующими выходами пороговых устройств, причем вход первого из них соединен последова тельно, а вход второго параллельно с ре- . гулятором напряжения и вход третьего связан с входом широтно-импульсного модулятора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Регулируемый преобразователь содержит п -ячеек конверторов ( 1-1, 1-2,... . . . 1-п), в состав которых входят триггеры 2, которые через двухканальный усилитель 3 тока связаны с двухтактным усилителем мошности на транзисторах 4 и трансформаторе 5, выходной выпрямитель 6 и фильтр 7, причем выходные выпрямители всех конверторов соединены последовательно, источник питания конверторов 8 и генератор 9 тактовых импульсов, выход которого подсоединен к счетным входам указанных триггеров. Выходной вывод через схему 10 сравнения, содержащую делитель 11 обратной связи, усилитель 12 напряжения и опорный элемент 13 связан с широтно-импульсным модулятором 14, выход которого подсоединен к регулятору 15 напряжения, который содержит регулирующий транзистор 16 и накопительное звено нз индуктивности 1 7 и конденсатора 18, Первое пороговое устройство 19-1 включено по входу последовательно с регулятором напряжения, второе 19-2 параллельно ему,

а третье подютючено ко входу широтно-импульсного модулятора.

На входе пороговых устройств установлена цепочка из последовательно включенных стабилитрона 20, светодиода 21 и

ограничительного резист.ора 22. Свётодиод связан 6 фотодиодом 23, который подсоединен ко входу логического элемента 24 И-ИЛИ. Выходы пороговых ройотв подсоединены к соответствующим входам счетной схемы 25 управления, выходы которой подсоединены к разрешающим входам триггеров п -1 конвертора. Разрешающий вход первого конвертора (l-Vi) соединен с разрешающим вксяхом счетной схемы управления и выходом генератора тактовых импульсов. Все усилители мощности конверторов, кроме (1-п), .по входу источника питания соединены параллельно. Питание усилителя мощности (1-п) конвертора подается через регулятор напряжения.

Устройство работает следующим образом.

С выпрямителя 6 напряжение питания поступает на конверторы 1 и регулятор .15 напряжения. Последовательность импульсов с выхода генератора 9 поступает на вход триггеров 2, а с их выхода на вход двухканальных усилителей 3. тока, работающих в ключевом режиме, с выхода которых усиленная последовательность импульсов поступает в цепи базаэмиттер транзисторов 4, при этом, если уровень логической 1 есть на входе одного транзистора 4, то на входе другого транзистора 4 имеется уровень логического О. Смена состояний выхода усилителей 3 и транзисторов 4 происходит каждый полупбриод с частотой колебаний генератора 9. б соответствии с изменением состояний транзисторов 4 во вторичную -обмотку трансформатора 5 трансформируется переменное напряжение, которое преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем 6, фильтруется емкостью фильтра 7 и поступает на выход конверторов 1. 5 В соответствии с искодным значением счетная схема управления (в данном уст ройстве реверсивный сдвиговый регистр) формирует на выходе числовой код, эквивалентный уровню выходного напряжения грубо, который уровнем логической 1 , разрешает прохождение импульсов перест. ройки с генератора 9 на выходы триггера 2. Напряжение с выходов конверторов 1, включенных в режим работы числовым кодом, суммируется с выходным напряжением конвертора (1- ri) и поступает на шину выход, а через делитель 11 обратной связи , на вход усилителя 12. напряжения,входящего в схему 10 сравнения. С выхода схемы 10 разностное напряжение сравнения поступает на вход широт- но-импульсного модулятора i4, В соответствии с сигналом рассогласования на выходе широтно-импульсного модулятора формируется определенная Длительность импульсов управления временем о -крыгого и закрытого состояния регулирующего элемента 16, а следовательно, и величиной выходного напряжения конвертора (1 - п). Схема сравнения так воздействует на широтно-импульсный модулятор, что происходит стабилизация выходного напряжения регулятора или его регулирование при внешнем воздействии на делитель обратной связи. Диапазон регулирования плавно с одновременной стабилизацией напряжения в конечном итоге зависит от способности широтно-импульсных модулятора отрабатывать эти изменения. Пусть в какой-то момент времени схема 10 сравнения изменяет длительност импульса на выходе модулятора .14 до минимально возможного значения, напряжение на выходе регулятора напряжения становится минимальным, а на регулирующем элементе 16 возрастает и достигает уровня срабатывания порогового уст ройства 19-2 (который и выбирается из этих соображений). Стабилитрон 2О пробивается, ток через него резко возрастает и достигает уровня перехода светодио да 21 в режим излучения световых волн, которые вызывают изменение состояния перехода фотодиода 23 и формирование на выходе схемы 24 И-ИЛИ уровня логической 1, т. е. увеличение напряжения на входе порогового устройства 19-2 выше порога включения вызьтает изменение состояния на выходе порогового устройства. На выходе порогового устройства 19-2 формируется команда разрешения перехода счетной схемы 25 управления 87 в режим вычитания, которая исполняется при наличии команды логической 1 с выхода порогового устройства 19-3. В это время на ее входе присутствует на- пряжение, соответствующее минимально-. му значению длительности импульсов управления широтно-импупьсного модулятора 14. Исходное значение ода в счетной схеме 25 управления уменьшается на единицу, что эквивалентно выключению одного конвертора 1 и- изменению на пряжения, на выводе выход, грубо на величину дискреты. Установление величины напряжения плавно до номинального значения выполняет регулятор 15 напряжения, аналогично описанному. При умень- шении напряжения на выводе выход до какого-то .определенного значения, т. е. при уменьшении напряжения на регулИрующем элементе 16 до минимально возможного значения срабатывает пороговый элемент 19-1, выход с которого разрешает переход счетной схеме 25 управления в режим суммирования и увеличения записанного кода. При необходимости получения минимального значения выходного напряжения на шине выход включенным в работу остается конвертор (1-п), управляемый напряже- нием с регулятора 15 напряжения, минимальное значение напряжения на выходе регулятора может достигать единицы вольт. Отсутствие регулирования уровня выходного напряжения конверторов 1, за исключением конвертора (l-n), позволяет исключить дополнительные потери мощности в преобразователях при изменении уровня напряжения на выводе вы- ход, так как любому уровню выходного напряжения в диапазоне регулирования всегда соответствует оптимальное количество в1шюченных в работу конверторов 1, что позволяет сохранить постоянное .значение КПД в диапазоне регулирования выходного напряжения. В преобразователе напряжения за счет разделения функции стабилизации напряжения между регуляторами плавно и грубо, работающими совместно, получена возможность стабилизировать напряжение на любом уровне диапазона регулирования с минимальными потерями мощност-и в цепях управления и выходных кас- кадах за счет оптимального выбора включенного в работу количества конверторов. Устройство источника питания позволяет увеличить диапазон регулирования вы-