Стабилизирующий конвертор Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 

( 54) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ КОНВЕРТОР

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

Известен преобразователь-стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий задающий генератор на транзисторах, связанный через диод с входной клекшой и непосредственно со вспомогательным: выпрямителем, двухтактный усилитель мощности с трансформаторными входом и выходом на транзисторах, последовательно с базовыми цепями которых включе.ны тррисгоры широтно-импульсного модулятора соединенного с обмотками входного трансформатора и выходом силового выпрямителя 11.

Его недостатком является большое число моточных элементов, препятствующее снижению габаритов и веса, а также существенные (до 20%) потери мощности в задающем генераторе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизирующий конвертор, содержащий .задак щий генератор, выходы которого подключены к базам транзисторов усилителя мощности с трансформатором, выходная обмотка которого соединена через диоды с первой выходной клеммой, а непосредственно - с эмиттерами тгйнзисторов мостового ы гарямителя и входами широт но-импульсного модулятора, другие входы которого подключены к входным клемз лем, связанным с нагрузкой, зашунтированвой конденсатором, а выходы - к базам транзисторов, коллекторы которых через полуобмотки дросселя подключены к второй выходной клемме, а через - к первой выходной .клемме.

В известном -конверторе обеспечивается высокая частота переключения тра зисторов усилителя - мощности, определяемая частотными свойствами Tpansзисторов, а также стабилизация выходного напряжения с помощью широтно-вмпульсного ключевого регулятора, включенного на его выходе, что позволяет уменьщить весогабаритные характеристи- 360 ки реактив(1ых элементов н получить достаточно высок-йй КПД 2.1. Недостатком известного устройства является налкчие потерь мощности в задающем генераторе, обусловленных необходимостью иолучешм с пиффepe циального токового формиро14ателя требуемых базовых токов силовых перетслкм чаютшос транзисторов, -ITD зотрудвдет мтгосроминиатюризапию известного устрой ства при повышений мощности вторичного источника питания. Кроме того, в известном преобразова теле имеются дополЕштельные потерн мощности на фронтах переключения из за повышенного време га рассасывагпш базовых токов вследствие того, что переключение происходит Б те моменты времени, когда коллекторный ток открыт го транзистора ус шителя мощности прак тически равен нулю, и он находится в г;тубоком насыщении. В известном устройстве для получени Нескольких стабильньж выходных напря- жений на выходе каждой вторичой .обмотки необходимо использовать ключе вые транзисторы, управляемые либо от самостоятелыш1х широтно-импульсных м дуляторов, либо через согласующие устр ства от общего ШИ/Ч модулчгора, что усложняет его схему. Цель изобретешм -- ум.еныление потерь мощности при одновременном упрощении устройства. Указанная цель достигается тем, чт в известный ста,билизируюгций конве ртор содержащий задающий генератор, выхо дом. соединенный со входом счетного триггера и первым вх-одом широтно-им-пульсного модулятора, выход которого с единен с первыми входами двух логичео кгос элемеитов 2И-ME, вторые входы ко торых соединены соответственно с выхо ми счетного триггера, а выходы с вхо дами двухтактного усилителя мощности выходным трансформатором, Бтор1«ная обмотгка которого через выпрямитель и фильтр соединена с выводом длч подключения нагрузки и вторым входом широтHo-ravUiyWbCHoro модулятора, введен формирователь тока на переключающих тра зисторах, базы которых соединены соот ветственно с выходами счетного трих гера, коллекторы через обмотки дросселя - с положительной клемм.ой шгга шш, а эммитеры объединены и соединены через рёсйстор с эмиттерами усили тельных транзисторов каждого из плеч 0 усилителя мощности и через интегрт-грующий конденсатор с отрицательной клеммой питания, при этом базы ус шительных транзисторов через диоды соединены с соответствующими выходами элементов . Каждое плечо усилителя мощности состоит из выходного и дополнительно выктпс. чающего и усилительного транзисторов. На чертеже гфиведена при п1И11 альная электрическая схема стабтшизирующего конвертора. Конвертор содержит задающий генератор 1, выполненный в виде мультивибратора, соединенный со входом счетного триггера 2 и через оптоэлектронную развязку 3 - со вторым входом шт-гротнои дпульсного модулятора 4 выход которого через .другую оптоэлектронную раз вязку 5 соединен с двумя первыми входами элементов 6 и 7, вторые входы которых соединены с выходами триггера. Выходы элементов 2И-НЕ соединены .через диоды 8 и 9 с базами усшгатепьных транзисторов Ю и 11, а через резисторы 12 и 13 -. с базами выключающих транзисторов 14 и 15, коллекторы которых -соединены с базами выходных транзисторов ус лпителя мощности 16 и 17, нагруженных-выходным, трансформатором 18, вторичная обм.отка которого через выпрямитель 1 9 и фильтр на дросселе 20 и конденсаторе 21, подключена к нагрузке 22, напряжение с ко торой подается на первый вход щиротно- импульсного модулятора. Формирователь тока выполнен на переключающих транзисторах 23 и 24, дросселе 25 и подклю чен к усилителю мощности через резистор 26 и интегрирующий конденсатор 27. Стабилизирующий конвертор работает следующим образом.. Импульсный сигнал с мультивибратора 1 поступает на запускающий вход оптоэлектронного преобразователя 3 для за.пуска щиротно-импульсного модулятора 4. Когда на втором входе ШИМ напряжение равно нулю, на его выходе импульсный сигнал отсутствует, и на выходе второго оптоэлектронного преобразователя 5 появляется положительный сигнал, котовый поступает на первые входы элементов 6 и 7. На вторые входы указанных элементов с выходов триггера 2 поочередно поступают симметричные положительные импульсы со скважностью равной двум. Одновременно импульсы с выходов триггера 2, поступая на базы переключающих транзисторов 23 и 24, обеспечивают поочередное подключение полуобмоток токозадаюхцего дросселя 25. Параметры дросселя выбираются таким образом, что за период включения одной полуобмотки ток в ней изменяется по линейному закону, при этом на выходе формирователя ток меняется по треугольг ному закону и заряжает интегрирующий конденсатор 27. Скорость изменения така на выходе формирователя, пропорпиональная величине напряжения первичного источника питания и обратно пропорциональная индуктивности дросселя, выбираетс такой, чтобы среднее значение тока на выходе формирователя тока было достаточным для полного открыван1Ш транзисторов уси.пите;ю мощности. При наличии положительного потенциала на обоих входах одного из элементов 6 и 7 на его выходе потенциал становится равным нулю, открывает один из р-п -р умилительных транзисторов Ю (11) и закрывает соответствующий ему один из выключающих п-р-п транзисторов 14 (15). При изменении;состояния триггера 2 соответственно закрывается первый р-п-р транзистор 10 и открывается второй р-п-р транзистор 11 пары таким образом, коллектор 1ый ток этих транзисторов поочередно поступает в базы выходных п-р-п транзисторов 16 (17) усилителя мощности, поочередно их открывая. Диоды 8 И 9 обеспечивают фиксацию потенциала базы р-п-р транзисторов 10 (11) на требуемом для полного открытия их минимально допустимом уров не, а резгютор 28 ограничивает величину их коллекторного тока. Имульсное переменное напряжение ,. возникающее на вторичной обмотке трансформатора 18 усилителя мощности, выпря ляется мостовым выпрямителем на диодах 19 и сглаживается с помощью индуктивно-емкостного фипьтра 20 и .21, При появлении на нагрузке 22 постоян ного напряжения на выходе щиротно-импульсного модулятора 4 появляются импул1у сы, длительность которых уменьщается с увеличением напряжения на lero входе . Соответственно уменьщается длительность включающих импульсов, поступающих на базы транзистора 16 и 17 усилителя мощ ности. Когда напряжение на нагрузке 22 достигает требуемого значения, процесс устанавливается, среднее значение выпрямителя тока становится равным току нагрузки. Формирование прямоугольных импульсов базового тока транзисторов 16 и 17 усилителя мощности происходит при MR.нимальных значениях действуютцих на них напряжент° и минимальных потерях мощности, затрачиваемой на раскачку транзисторов усилителя мощности, а включоние параллельно базовым переходам транзисторов 14 и 15 обеспечивает быстрое рассасывание базового заряда при выключении транзисторов усилителя мощнобти, что чменьщает потери мощности. Введение оптоэлектронных преобразователей для передачи импульсов из пернвичной цепи во вторичную к ШИМ и нао борот позволяет упростить схему управления конвертора. При этом сохраняются точностные характеристики устройства за счет обеспечения возможности непосредственного сравнения в ШИМ выходного напряжения с эталонным. 1 Расчетные соотнощения и сравнительгные испытания образцов и предложенного конвертора показывают, что потери мощности в базовой цепи транзисторов усилителя мощности для предложенного конвертора определяются величиной базового тока и остаточного напряжения на открытых переходах последовательно включенных транзисторов и ограничительном резисторе 26, в то время как для устройства-прототипа они зависят от не-. личины напряжения первичного источника питания, кроме того, уменьщается время переключения транзисторов усилителя мощности. Уменьшение мощности, рассеиваемой на элементах схемы преобразователя, позволяет осуществить изготовление маломощных вторичных источников питания в малогабаритном гибридно-пленочном исполнении. Формула из обретения 1. Стабилизирующий конвертор, содержащий задающий генератор, выходом соединенный со входом счетного триггера и первым входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соеаинен с первыми входами двух логических элементов 2И-НЕ, вторые входы которых сосоединены соответственно с выходами счетного триггера, а выходы - с входами двухтактного усилителя мощности с выходным транзистором, вторичная обN 7 мотка которого через выпрямитель и фильтр соединена с выводом для подклю чения нагрузки и вторым входом ширэтно импульсного модулятора, о т л и ч а КУТИ и и с я тем;, что , с целью умеНвшвтння потерь мощности, в него введен формирователь тока на лереключаютцих тран зисторах., базы которых соединены соответственно с выходами счетного тригге ра, коллекторы через обмотки, дросселя с положительной клеммой питания, а эмиттеры объединены и соединены через резистор с эмиттерами усилительных транзисторов ка кдого из плеч усилителя мощности и через интегрирующий конденсатор с отрицательной клеммой пита 9 Ж 08 НИН, при этом базы усилительных транзисторов через диоды, а базы выключаю-; щих транзисторов через резисторы соединены с соответствующими выходами элементов 2И-НЕ. 2. Конвертор по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что в нем каждое плечо усшштеля мощности состоит из выходного и дополнительно выключающего и усиливающего транзисторов. Источники информации, хфинятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 519692, кл. е 05 F 1/64, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 788093, кл.и Gi О5 Р 1/64, 1979. Я