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

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электро технике, а именно к стабилизированным преобразователям напряжения и может быть применено в автоматике и вычислительной технике в блоках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны устройства, содержащие ключевой элемент, задающий генератор, силовой трансформатор, схему управления и трансформатор гальванической развязки в цепи обратной связи 1 и 2 .

К недостаткам указанных устройств относится возможность появления перенапряжений на выходе при коммутации нагрузки, а также при включении питания. Это обстоятельство обусловлено наличием в цепи обратной связи устройств развязывакнцего трансформатора, выходное напряжение которого исчезает как при скважности импульсов на выходе схемы управления, равной нулю, так и равной единице. Это нарушает нормальную работу схемы управления и приводит к снижению надежности этих устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению являете преобразователь, содержащий транзисторный конвертор, вход которого соединен с выходом тактового генератора, пороговый узел с выходным транзистором, один вход которого подключен к делителю напряжения обратной связи, а другой вход - к источнику опорного :напряжения и к генератору пилообразного напряжения, развязывающий транс10форматор, первичная обмотка которого связана с коллектором выходного транзистора порогового узла, а вторичная обмотка через выпрямитель с фильтром подключена ко входу дополнительного

15 транзистора, выход которого соединен с управляюй1им входом тактового генератора 3 .

Недостатком указанного устройства является наличие длительных перена20пряжений на выходе преобразователя при коммутации нагрузки, а также при включении питания, что снижает его надежность.

Указанный недостаток обусловлен

25 тем, что в установившемся режиме работы на вход трансформатора гальванической развязки,поступает сигнал с выхода порогового устройства, скважность которого определяется моментами равенства выходного напряжения и суммы напряжений опорного источника и пилообразного напряжения, формируемого генератором пилообразного напряжения.

Напряжение, снимаемое с выходной обмотки трансформатора гальванической развязки, воздействует через исполнительный транзистор на тактовый генератор, определяя тем самым время .открытого и закрытого состояния ключевого элемента.

При резкой коммутации тока загрузки, например при сбросе, энергии, накопленная в накопительном дросселе, передается в нагрузку, вызывая выброс выходного напряжения. Если амплитуда этого переходного процесса превышает амплитуду пилообразного напряжения, на выходе порогового устройства возникает перепад напряжений большой длительности, равной длительности переходного процесса. Если постоянная времени трансформатора гальванической развязки меньше времени переходного процесса на выходе преобразователя, что обычно выполняется на практике в целях снижения габаритов и массы трансформатора гальванической развязки, импульсы на выходной обмотке посреднего исчезают, что приводит к работе ключевого элемента с максимальным коэффициентом заполнения, определяемьм тактовым генератором. В результате напряжение на выходе преобразователя возрастает до значения, определяемого коэффициентом трансформаЦ-1И силового трансформатора и значением напряжения питания и сохраняется таким неопределенно долгое время.

При включении питания, если скорость нарастания выходного напряжения превышает скорость нарастания напряжения опорного источника, также возможно исчезновение импульсов на выхрде развязывающего трансформатора,что приводит к ненадежной работе устройства.

Целью изобретения является -исключение длительных перенапряжений на выходе преобразователя.

Этодостигается тем, что в регулируемом преобразователе напряжения, содержащем транзисторный конвертор, вход которого соединен с выходом тактового генератора, а ко вторичной подключен выпрямитель с фильтром, пороговый узел, один вход которого подключен к делителю напряжения обратной связи, подключенного к вьЬсодным выводам, а другой вход - к источнику опорного напряжения и генератору пилообразного напряжения, развязывающий трансформатор, первичная обмотка которого связана с коллектором выходного транзистора порогового узла, .а вторичная через выпрямитель с фильтром подключена ко входу дополнительного транзистора, выход которого соединен с управляющим входом тактового генератора, параллельно первичной обмотке развязывающего трансформатора включена цепочка из двух последовательно включенных конденсаторов, общая точка которых соединена с эмиттером выходного транзистора порогового узла и через резистор с одним из выходных выводов.

Включение параллельно первичной обмотке трансформатора гальваническо развязки цепочки из двух последовательно включенных конденсаторов, общая точка которых соединена с эмиттером выходного транзистора порогового устройства и с одним выводом резистора, второй вывод которого подключен к выходной шине преобразователя, позволяет промодулировать прямоугольные импульсы на первичной обмотке трансформатора гальванической развязки высокочастотным напряжением не используя для этого отдельного высокочастотного модулятора, что обеспечивает наличие, управляющего напряжения на выходе трансформатора гальванической развязки даже при скважности импульсов, равной единице. Это исключает неправильную работу схемы управления при коммутации нагрузки и при включении питания и не приводи к появлению длительных перенапряжений на выходе преобразователя, что повышает его надежность.

Параллельно первичной обмотке трансформатора гальванической развязки .включен дроссель. Это позволяет повысить частоту модулирующих высокочастотных колебаний, что улучшает форму напряжения на выходе исполнительного транзистора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства в установившемся и переходном режимах работы.

Регулируемый преобразователь.напряжения содержит регулирующий транзистор 1, вход которого соединен с выходом тактового генератора 2, силозой трансформатор 3, первичная обмотка 4 которого включена последовательно с регулирующим транзистором 1 в цепь первичного источника питания, а ко вторичной обмотке 5 подключен силовой выпрямитель б с фильтром 7, пороговый узел 8, один вход которого подключен к делителю 9 напряжения обратной связи, а другой вход - к источнику 10 опорного напряжения и генератору 11 пилообразного напряжения, развязывающий трансформатор 12, первичная обмотка 13 которого подключена к коллектору вьоходного тран.зистора 14 порогового узла 8, а вторичная обмотка 15 через выпрямитель с фильтром 16 подключена ко входу исполнительного транзистора 17, выход которого соединен с управляющим входом тактового генератора 2. Параллельно первичной обмотке 13 развязывающего трансформатора 12 включена цепочка из двух последовательно соединенных конденсаторов 18 и 19 общая точка которых соединена с эмиттером выходного транзистора 14 порогового узла 8 и с одним выводом резистора 20, другой вывод которого подключен к выходному выводу преобразователя. Параллельно первичной обмотке 13 развязывающего трансформатора 12 включена катушка 21 индуктивности.

На фиг. 2,а приняты следующие обо начения:

UQP - напряжение опорного источника;

УОС напряжение обратной связи

Чд - амплитуда пилообразного напряжения.

На фиг. 2,6 приведена форма напряжения на выходе развязывающего трансформатора.

Преобразователь работает следующим образом.

В установившемоя режиме работы на один вход порогового узла 8 подается напряжение обратной связи, снимаемое с делителя 9 напряжения обратной связи, а на второй вход - сумма напряжений источника 10 опорного напряжен и генератора 11 пилообразного напряжения. В пороговом узле 8 происходит сравнение этих напряжений, и в течение времени, когда

Uon- N UQC,

выходной транзистор 14 порогового узла В откр«лвается и в цепи первичной обмотки 13 развязывающего трансформатора 12 возникают высокочастотные колебания, частота которых определяется парс1метрами конденсаторов 18 и 19 резистора 20 и трансформатора 12. Эти колебания трансформируются во вторичную обмотку 15, где выпрямляются выпрямителем с фильтром 16 и поступают на вход транзистора 17. Последний воздействует на тактовый генератор 2, уменьшая таким образом коэффициент заполнения импульсов регулирующего транзистора 1 до значения, обеспечивающего стабилизацию выходного напряжения. - .

При резкой комммутации нагрузки, например при сбросе, энергия, накопленная в первичной обмотке 4 силового трансформатора 3 в течение открытого состояния регулирующего транзистора 1, передается в нагрузку, вызывая резкое увеличение выходного напряжения. Если амплитуда этого переходного процесса превышает амплитуду пилообразного напряжения, т.е.

Uon - UN ос

на входе выходного транзистора 14 порогового устройства 8 возникает

длительный период напряжения, отпирающий последнее, В результате в цепи первичной обмотки 13 развязывающего трансформатора 12 возникают высокочастотные колебания, которые трансформируются во вторичную обмотку 15, где выпрямляются выпрямителем с фильтром 16. Выпрямленное напряжение открывает транзистор 17, который выключает тактовый генератор 2. В результате регулирую1ций транзистор 1 закрывается, что приводит к уменьшению выходного напряжения преобразователя, и при достижении им своего номинального значения- преобразователь снова продолжает работать в установившемся режиме.

При включении преобразователя, если скорость нарастания выходного напряжения превышает скорость нарастания напряжения опорного источника, процессы, происходящие в преобразователе, аналогичны описанным выше.

Включение параллельно первичной обмотке 13 развязывающего трансформатора 12 катушки индуктивности 21 позволяет повысить частоту высокочастотных колебаний и тем самым улучшить форму напряжения на входе транзистора 17.

Формула изобретения

и через резистор - с одним из выходных выводов преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент США № ::818306, кл. 321-2, 1974.

3.Заявка ФРГ 2226089, кл. Н 02 Р 13/22, 1974.