Стабилизированный конвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

(54) СТАБИЛИЗИР.ОЕАННЫЙ КОНВЕРТОР

Изобрете1ше относится к преобразовательной злектротемшке и может быть использовано во вторичных источниках питания. Известен стабилизированный конвертор с ограничением тока нагрузки на заданном уровне в случае перегрузки или короткого замыкания на выходе 1 Недостаток известного преобразователя заключается в том, что узел зашиты не реагирует на сверхдопустимые значения токов нагрузки в переходных и аварийных режимах. Наиболее близким по технической сущ ности к изобретению является стабилизированный конвертор, содержащий двух тактный ключевой усилитель мощности на транзисторах, входом соединенный с выводами для подключения входногю напряжения, а выходом - с первичной обмоткой ВЫХОДНО1ХЭ трансформатора, вторичная обмотка которого через вьгаряпми тель и фильтр подключена к выводам дл подключения нагрузки и входу широтноимпупьсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного напряжения и выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом - с одним входом формирователя управляющих импульсов, выходом подключенного к управляющим входам усилителя мощности, а другим входом - к выходу узла защиты от перегрузки, одним входом соединенного с источником опорного напряжения, датчик тока перегрузки,- входом включенный в силовые цепи транзисторов усилителя мощности 2 . Недостаток известного конвертора заключается в асимметрии режима работы транзисторов усилтгеля мощности в режиме перегрузки на выходе источника, что снкжасГ быстродействие защиты от перегрузок. Цель изобретения - повыщение быстродействия самовосстанавливающейся заццгты от перегрузок. Указанная цель достигается тем, что в стабизтизированном конверторе. содержащем двухтактный ключевой усялитеяь мощности на транзисторах, входом соединенный с выводамл для подключения входногчэ напряжения, а выходом с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка кото рого через вьшрям.игель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и входу щиротно-имщльсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного напряжения и выходом генератора яилообразного напряжения, а выходом - с одним входом, формирователя утфавл5пощих импульсов, выходом подключенного к управляющим входам усилителя мощности, а другим входом - к выходу узла зашиты, одним входом соединенного с источником опорного напряжения, датчик тока перегрузки входом включенный в силовые цепи транаисторов усилителя мощности, выход дат чика тока перепрузки зашунтирован введенной последовательной цепью, состоящей из диода, конденсатора и резистора, причем общая точка диода и конденсатора соединена с щзугим входом узла защиты, а общая точка конденсатора и реаистора - с выходом генератора пилообразного напряжения. На чертеже представлена пршадипиаль ная электрическая схема стабилизирован ного конвертора в полумостовом варианте для случая вьшолнения датчика тока neperpy3jai на трансформаторе тока с пе вичной обмоткой, включенной последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, и вторичной обмоткой через выпрямитель подключённой к резис тору. Лругтл возможным вариантом является построение датчика тока перегруз ки на двух трансформаторах тока, первич ные обмотки которых включены в коллек торные цепи силовых транзисторов усили теля мощности, а вторичные обмотки защуктированы резисторами и объединены через диоды. Стабилзазированяый конвертор содержи усзоштель мощности 1 с силовыми транзистсфами 2 и 3, управляемыми с помсвцью трансформаторов тока 4 и 5. К выходу усилителя мощности 1 подключена первичная обмотка выходного трансфopмaтqpa 6, вторичная обмотка которого через вьшрямитепь 7 и фильтр 8 сое динена с выводами для подключения нагрузки, соединенными также с входом щнротно-импульсного модулятора 9, дру пнми входами подключенного к выходу генератора пилообразного напряжения 10 И источнику опорного напряжения 11, а выходом - к входу формирователя управляющих импульсов 12, выходы которого соединены с управл5пощнми обмотками 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 соответственно. Узел заишты от перегрузки 15 входом А соединен с источником опорного напряжения 11, а выходом с одним из входов формирователя управляющих импульсов 12. Датчик тока перегрузки 16 входом включен в коллекторные цегсн силовых транзисторов 2 и 3последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 6 и состоит из трансформатора тока 17, вьшрямителя 18 и резистора 19. Выход датчика тока перегрузки 16 защунтирован введенной последовательной цепью, состоящей из диода 20, конденсатора 21 и резистора 22. Общая точка диода 20 и конденсатора 21 соединена с входом б узла зашиты 15, а общая точка конденсатора 21 и резистора 22 соединена с выходом генератора шялообразного напряжения 10 через резистор 23. Стабилизированный конвертор работает следующим образом. В щиротно-импульсном модуляторе 9 происходит сравнение опорного напряжения источника 11 с суммой пилообразного и выходного напряжений стабилизированного конвертора. Выходные сигналы щиротао-импульсного модулятора 9 трапецеидальной формы поступают на вход формирователя управляющих импульсов 12, фор1 щрующего две последовательности щиротно-модулированных импутшсов с крутыми фронтами, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 180. Эти икшульсы посредством управляющих обмоток 13 и 14 трансформаторов тока 4и 5 обеспечивают переключение сзшовых транзисторов 2 и 3 усилителя мощности 1 со скважностью, необходимой дая поддержания выходного напряжения сгабкпизированного конвертера на заданном уровне, т.е. .имеет место режим стабилизацв выходногчэ напряжения. При этом выходные импульсы датчика тока перегрузки 16, пропорциональные импуга сам коллекторных токов транзисторов 2 и 3, через диод 20 и резистор 22 заряжают до амплитудного значения импульсов конденсатор 21, Сумма напряжения на конденсаторе 21 и пилообра ного напряжения на резисторе 22, поступающая на вход Б узла защиты от перегрузки 15, в качестве которого может быть нспопьзован операционный усилитепь или компаратор, меньше опорного напряжения на входе А последнего. При этом отсутствует воздействие узла заЩЕЕты 15 на формирователь управляющих импульсов 12. При возникновении пер&грузкн по току на выходе стабилизированного конвертора амплитуда импульсов напряжения на выходе датчика тока перегрузки 16 увеличивается. Конденсатор 21 через диод 20 и резистор22 заряжается до наибольшей амплитуды этих импульсов. В результате сумма пилообразного напряжения на резисторе 22 и напряжения на конденсаторе 21 на части полупериода превышает опорное напряжение. При этом на выходе узла защиты 15 появляются импульсы, воздействуюшие на формирователь 12 таким образом, что скважность управляющих импульсов, а следовательно, и импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3 возрастает. Выходное напряжение стабилизированного конвертора падает, а выходной ток определяется порогом ограничения узла зашиты 15 и остается неизменным при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до полного короткого замыкания, т.е. имеет место режим стабшгазащш выходного тока, после снятия перегрузки нормальный режим стабилизации выходного напряжения автоматически восстанавливается. Малая постоянная времени заряда конденсатора 21 и большая постоянная времени его разряда на входную цепь узла защиты 15 обеспечивает значительно меньшую амплитуду переменного напряжения на конденсаторе 21, чем амплитуда пи- лообрааного натфяжения на резисторе 22 Это обуславливает в режиме перегрузки симметричное воздействие узла защиты 15 на формирователь 12, и длительность импульсов транзисторов 2 и 3 уменьшается симметрично при уменьшении сопротивления нагрузки, даже при значительном разбросе времен рассасывания транзисторов 2 и 3 насьшхения выходного трансформатора не происходит, а максимальная амплиггуда коллекторных токов этак транзисторов определяется порогом ограничения узла зашиты 15. Поскольку конденсатор 21 подалючен на выход датчика тока перегрузки 16 через резистор 22, сопротатление которого может быть значительно больше выходного сопротивления датчика тока 16, при скачкообразном уменьшении сопротивлензая нагрузки, коротком замыкании или аварийном возрастании коллекторного тока силового

транзистора 2 или 3 выходной сигнап датчика тока 16 независимо от емкости ковденсатора 21 мгновенно поступает на вход Б узла защиты от перегрузок 15, 5 т.е. имеет место быстродействующее токоограничение. Диод 20 предотвращает разряд конденсатора 21 на выходные цепи датчика тока перегрузки 16.

Таким образом, предложенное fejoaxt0 ческое решение позволяет повысить

быстродейстаие самовосстанавливающеАся зашиты от перегрузки стабилизированного конвертора, а также расширить область ее использования за счет применения 5 в сгабилизированнык конверторах с усилитепями мощности на транзисгора.имеющих значительный разброс времени рассасывания. Формула изобретения Стабилизв юванный конвертер соде1 0 жащий усилитель мсшшости на транзисторах, входом соединенный с выводами для подключения входного напряженияг а выходом с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка кото5 рогчэ через вьшрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и входу широтно-импутльсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного нащипкения и выQ ходом генератора пилообразного напряжения, а выходом - с одним входом формирователя управляпющих импульсов, выходом подключенного к управляюшим входам усилителя мощности, а другим входом - к выходу узла защиты от перегрузки, одним входом соединенного с источником опорного напряжения, датчик тока перегрузки, входом включенный в силовые цепи транзисторов усилителя монн ности, отличающийся тем,

0 что, с целью повышения бысгтродействия зашиты от перегрузки, выход датчика то ка перегрузки зашунтирован введенной последовательной цепью, состо5Ш1ей из диода, конденсатора и резистора, причем общая точка диода.и конденсатора соединена с друшм входом узла защиты, а общая точка конденсатора и резистора -с выходом генератора пилообразного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Источник питания дня интегральных схем. Сб. Обмен опытом в радиопромьшшеннооти, 1979, № 5, с. 84, 85, рис. 2.j