Стабилизированный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H02M3/335 

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной техники и средств связи.

- Известен стабилизированный преобразователь, содержащий силовые переключающие транзисторы, выполняющие функции инвертирования напряжения и широтно-импульсной модуляции, силовой трансформатор, нагрузкой которого является выпрямитель и задающий генератор, управляющий силовьами переключающими транзисторами LlJ.

Однако этот преобразователь критичен к любым видам несимметрии режима и параметров элементов схемы за два полупериода коммутации, что приводит к одностороннему насыщению сердечника силового трансформатора, уменьшению КПД, уменьшению коэффициента использования силовых транзисторов. Критичность стабилизированного преобразователя к любыгл видам несш4метрии накладывает ограничения на технологию производства используемых элементов. Например, при изготовлении силового трансформатора необходимо первичные обмотки наматывать , двойным проводом одновременно, что

затрядняет автоматизацию технологических процессов.

Наиболее близким к изобретению яв ляется стабилизированный преобразователь, содержгидий задающий генератор с трансформаторным выходом, к вторичным обмоткам которого подключены широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения с согласующим и управляющим транзисторами,, выходной усилитель мощности с переключшзщими транзисторами и силовым трансформатором и датчик тока в цепи первичной обмотки 2J.

Недостаток известного преобразователя заключается в том, что он не позволяет полностью устранить потери от насыщения силового трансформатора, так как после получения команды на запирание силовой транзистор остается открытым в течение времени рассасывания неосновных носителей в цепи базы.

Кроме того, в каждый полупериод мощности, коммутируемое силовыми транзисторами, силовыгли выпрямительными диодами .и т.д., получаются различными, что приводит к недогрузке одних и перегрузке других элементов cxevstn и.увеличению их установленной мощности. Цель изобретения - увеличение КПД повышение надежности, уменьшение объ ема и массы, обеспечение некритичности к технологическим, температурным разбросам элементов схемы. , Цель достигается тем, что стабили Ьщзованный преобразователь, содержащ эадшовдий генератор с трансформаторны выходом, квторичным обмоткам которо подключены широтно-и1даульсный модуля тор с генератором пилообразного напряжения, согласующими и управляющими транзисторами, выходной усилитель мощности с переключа1свдими транзисторами и силовым трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с выводами для. подключения- наг-рузки, и датчик тока в цепи первичной обмотки, снабжен усилителями ошибок .тока и мощности, синхронизирующими обмотками трансформатора эада1ааёго генератора, при этом первичные полуобмот ки силового трансформатора подключен к плюсовой шине источника питания че рез резистивиые датчики тока, к общей точке соединения казкдой первичной полуобмотки силового трансформатора и каждого резистйв-ного датчика тока подключены через резисторы инвертирующий вход одного и неинвертир щий вход другого усилителей ошибок тока, выходы которых через токозат дающие потв: и;иометры подключены к общей точке анодов двух диодов, катоды которых соединены с коллекторами переключающих транзисторов, при этом средний вывод казвдого токозадающего uoTeHUHOivseTpa через резистор подкягйчен .,- одному из входов каж дого усилителя ошибки мощности, другие которых подк-ш-очены через резисторы к средней точка потенциометрсг аддающаго напряжения, а выход казкцого усилкхеля ошибки мощности через резистор подключен, к базам согласующих транзисторов, выводы кол лекторов и эмиттеров которых подключены параллельно друг другу и через .общий резистор к базе управляющего траизисторэ., параллельно оаза-эмитте ным переходам согласу|-эщ 1К транзистоРОЭ подктаочаны через дкодьа синхронизирующие обмотки трансформатора зада ющего генератора, при этом генератор пилообразного напряксения через после довательно соединенные конденсатор и резистор подключен к каходой базе сог транзисторов. На чертеже прЬдставлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит задагсяций гене ратор 1 о трансформатором 2, на кото ром расположены управляющие обмотки 3 и 4, обмотки 5 генератора пилообразного напряжения,синхронизируквдие обмотки б и 7, обмотки 8 и 9, диоды 10-17, силовые переключающие транзис-. торы 18 и 19, управляющий транзистор 20, выпрямители 21 и 22, усилители 23 и 24 ошибок тока, усилители 25 и 26 ошибки мощности, согласующие транзистчэры 27 и 28, резистивные датчики 29 и 30 тока, токозадающие потендиометры 31 и 32, напряжениезадгиощий потенциометр 33, стабилитрон 34, риловой трансформатор 35 с несколькими нагрузками 36 и первичными полуобмотками 37 и i38, резисторы 39-60 и конденсаторы 61-67. Задамщий генератор 1 через трансформатор 2 подключен к усилителю мощности. Одни выводы управляющих обмоток 3 и 4 подключены к базам силовых переключающих транзисторов 18 и 19, а другие через диоды 10 и 13 к минусовой шине источника питания. Генератор пилообразного напряжения, содержащий обкЮтку 5, конденсатор 62, выпрямитель 21 и резисторы 42 и 43, подключен средней точкой резистивного делителя 42 и 43 к плюсовой шине источника питания, а выходом через пос последовательно соединенные конденсатор 66 и резистор 59 к базе согласующего транзистора 27 и через последовательно соединенные конденсатор 67 и резистор 60 к базе согласующего транзистора 28. Синхронизирующие обмотки 6 и 7, имегддие общую точку соединения с плю- совой, шиной источника питания, подключены через диоды 14 и 1.5 к базам согласующих транзисторов 28 и 27, соответственно. Параллельно соединентные Выводы коллекторов и эмиттеров транзисторов 27 и 28 подключены через резистор 4.5 к базе управляющего транзистора 20, коллектор которого подключен к минусовой шине источника питания, а эмиттер через параллельно соединенные резистор 39 и конденсатор 61 подключен к общей.точке соединения диодов 11 и 12. Первичные полуобмотки 37 и 38 силового трансформатора 35 подключены одними выводами через резистивные датчики 29 и 30 тока к плюсовой шине источника питания, а другими выводами к общей точке соединения коллекторов силовык переключающих транзисторов 18 и 19 и катодов диодов 16 и 17, аноды которых имек)т общу1Э точку соединения с конденсатором 65 и образуют минусовую шину источника обратного напряжения.. К минусовой шине источника обратного напряжения подключены токозадающие потенциометры 31 и 32, на другие отводы которьах подаются выходные сигналы с усилителей 23 я 24 ошибок тока. Со среднего вывода ка адого потенциометра 31 и 32 сигналы, пропорциональные мощности коммутации в каждый полупериод, подаются через резистрры 48 и 50 на входы усилителей 25 ч 26 ошибки мощности, соответственно, на вторые входы которых через резисторы 49 и 50 поступает управляющее напряжение с напряжен не задающего потенциометра 33. Выходные сигналы усилителей 2В тл 26 ошибки мощности через резисторы 46 и 47 подаются на базы согласующих транзисторов 2;7 и 28, куда подаются также пилообразные напряжения с ViacTOToft, в два раза большей частоты задаквдего генератора 1, Стабилизированный преобразователь работает следующим образом. В установившемся режиме силовые переключающие транзисторы 18 и 19 работают с равными коэффициентами за полнения (йри симметричности режимов и параметров элементов схемы). При этом на выходах усилителей 23 и 24 отклонения тока уст.анавливаются поте циалы, равные потенциалу плюсовой шины питающего напряжения, так цак средние величины токов в каждые полу периоды коммутации через резистивные датчики тока 29 и 30 равны. Выходные напрюкения усилителей 25 и 26 ошибки мощности,суммируясь с пи лообразными напряжениями, поступакяди ми с генератора пилообразного напряжения через последовательно соединен ные конденсатор 66, резистор 59, кон денсатор 67 и резистор 60, обеспечивают через сглаживайщие транзисторы 27 и 28 и управляющий транзистор 20 управление силовыми коммутирующими транзисторами с таким коэффициентом заполнения, что напряжение источника обратной связи соответствует управля ющему напряжению, поступающему со среднего вывода напряжениезадающего потенциометра 33 через резисторы 49 и 51 на один из входов усилителей 25 и 26 ошибки мощности. При отклонении средних токов в каждый полупериод комгдутации силовыми переключшэщшли транзисторами -18 и 19 изменяются выходные напряжения усилителей 23 и 24 ошибки тока (у одного из них увеличивается, у друго го уменьшается потенцигш относительно плюсовой шины питающего напряже- нил). Выходные сигналы этих усилителей ошибки тока через токозадакядие потенциометры подаются на входы усилителей 25 и 26 ошибки мощности,,которые, усиливая поступившие сигиагаа, обеспечивают через согласующие транзисторы 21 и 28 к через управляющий транз.истор 20 - изменение коэффициентов заполнения импульсов силовых переключающих транзисторов 18 и 19 таким образом, что ликвидируют откло нения средних токов в каждый полупериод коммутации. Потенциометрами 31 и 32 можно устанавливать как одинаковые токи коммутации в полупериодах, так и (при необходимости) любые заданные уровни токов. При выравнивании средних токов в каждый полупериод комглутации заданных уровней сигналы на входах усилителей 23 и 24 ошибки тока стремятся к нулю (за период коммутации, сводя к нулю и их. воздействия на режим работы силовых переключающих транзисторов. Синхронизирующие обмотки 6 и 7 чес,рез диоды 14 и 15 осуществляют поочередное закрывание согласующих транзцсторов 27 и 28 от полупериода к полупериоду, что обеспечивает прохождение управляющих сигналов с резистивных датчиков тока 29 и 30 синфазно с управляющими напряжениями обмоток 3 и 4, поступающими на силовые коммутирующие транзисторы 18 и 19. Регулировка (установка) входного напряжения на нагрузках 36 осуществляется потенциометром 33. Любые обмотки силового трансформатора 35, в том числе и первичные (37 и 38), в .общем случае могут быть неодинаков.Ы14и., что приводит к разным коэффициентам заполнения импульсов при работе силовых переключающих транзисторов 18 и 19. При этом мощности, комглутируемые транзисторами 18 и Д9, и перемагни-чивание силового трансформатора в кау-кдый полупериод остаются равными. Использование изобретения обеспечивает г а)увеличение КПД, надежности, эффективности радиоэлектронных устройств, в которых применяются стабилизированные преобразователи, так как устранение одностороннего насыщения сердечника силового трансформатора ликвидирует выделение больших мгновенных мощностей при переключении высокочастотных транзисторов, уменьшает вероятность возникновения вторичного пробоя jб)автоматическое обеспечение равенства коммутируемых мощностей в полупериодах позволяет уменьшить объем и массу устройства за счет снижения перегрузок одних и недогрузок других элементов схемы; в)автоматическое обеспечение равенства ксмьвтируемых мощностей в полу :шриодах независимо от температурных, технологических разбросов характеристик элементов слемы позволяет уменьшить требования к изготовлению элементов, повысить их технологичность, упростить конструкцию и облегчить автоматизацию производства. Формула изобретения Стабилизированный преобразователь, содержащий задающий генератор с трансформаторным выходом, к вторичным обмоткам которого подключены ииротноимпульсный ьюдулятор с генератором пилообразного напряжения, сбгласующими и управляющими транзисторами, выходной усилитель мощности с .переключашцими транзисторами и силовым трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с выводами для подкл}эчения нагрузки, и датчик тока в цепи первичной обмотки/ отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД, повышения нгщежности у(4еиьшения объема и массы, обеспечения некритичности к разбросам пара тров элементов устройства, введены усилители ошибки тока и мощности, сийхронизиру1314ие обмотки трансформатора задающего генератора, при этом первичные полуобмотки силового трашсформатора подключены -к плиюовой шине источника питания через резистивные датчики тока, к точке соединения ка}шой первичной полуобмотки силового трансформатора и каждого ре .зистивного датчика тока подключены через резисторы инвертирующий вход одного и неинвертирующий вход другог усилителей ошибок тока, выходы кото;рых через токозадакхцие потенциометры подключены к общей точке анодов двух диодов,катоды которых соединены с к коллекторами переключеияцих транзисторов, при зтом средний выцод каждого токозадающего потенциометра через резистор подключен к одному из входов каждого усилителя ошибки мощности, другие входы которых подключены через резисторы к средней точке потенциометра задающего напряжение, а выход каждого усилителя ошибки мощности через резистор подключен к базам согласующих транзисторов, выводы кЪллекторов и эмиттеров которых подключены параллельно друг другу и через общий резистор к управляющего транзистора, параллельно база-змиттерным переходам согласугадих транзисторов подключены через диоды синхронизирунхцие обмотки трансформатора задгиощего генератора, при этом генератор пилообразного напряжения через последовательно соединенные конденсатор и резистор подключен к каждой базе согласукядих транзисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 251021, кл. Н 02 М 3/335. 2.Авторское свидетельство СССР 491941, кл. G 05 F 1/64.

1

L4A.A.«J

;%