Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

« il005248 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 21.12.81 (21) 3369270/24-07

51)М К и з

Н 02 М 3/335 с присоединением заявки НР»

Государственный комитет

СССР по делам изобретений. и открытий (23) Приоритет)$3) УДК 621;314.

57 (088 ° 8) Опубликовано 1503.83. Бюллетень Но 10

Дата опубликования описания 15. 03. 83 (72) Автор изобретения Л.В.Лысенко (71) Заявитель (54) CTASHJIHBHPOBAHHEIA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЕЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.

Известны двухтактные преобразователи, в которых имеются устройства для симметрирования длительности полупериодов (тактов).

Известен, например, двуктактный инвертор, содержаций в качестве дат чика несимметрии магнитодиод, помеценный в зазор магнитопровода выходного трансформатора. Сигнал с магнитодиода через.интегрируюцую и усили тельную цепь подается на мультивибратор, для корректировки длительности одного иэ тактов (1 1. . Известен . транзисторный конвертор содержащий устройство симметрирования, состоящее из двух транзистор.ных,ключей, преобразуюцих разность длительности тактов в разность пос.тоянных .напряжений на двух конденсаторах с последуюцим преобразованием указанной. разности с помоцью дифференциального усилителя в напряжение, воздействующее на задающий генератор: 1 2).

Недостаток укаэанных устройств состоит в том, что симметрирование длительности тактов (полупериодов) осуществляется в установившемся режиме, и- не осуцествляется на этапа переходного процесса при включении преобразователя. Происходит это пото му,.что.при преобразовании разности длительности тактов в разность постоянных напряжений используются интегрируюцие цепи. При включении преобразователей в течение нескольких тактов,.пока напряжение на конденсаторах не установится, возможно замагничиванне магнитопроводов выходных трансформаторов и перегрузки транsисторов,прерывателя.Надежность работы таких преобразователей .невысс)ка..

Наиболее близким к предлагаемому по технической суцности является стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в.постоянное, содержащий сравнивающий блок, выходы которого соединены с «лоточником oIIop ного напряжения и с выходными выводами преобразователя, широтно-импульсный модулятор, входы которого связаны .с выходом сравниваххцего блрка, .с .задаюцнм генератором и с вторичной обмоткой симметрирукхдего

3() трансформатора. тока, первичная об1005248

4 мотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, средняя точка которых соединена с одним из входных выводов преобразователя, выходы широтноимпульсного модулятора соединены с управляющими входами усилителя мощности, выполненного по двухтактной схеме на коммутирующих транзисторах .и выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямительные диоды и сглаживающий 10 фильтр соединена с выходными вывода" ми преобразователя, при этом объединенные .выводы коммутирующих транзисторов усилителя моцности соединены с.другим входным выводом преобра- )5 эователя, первичная обмотка симметрирующего трансформатора тока включена в разрыв между первичными обмотками выходного трансформатора, а крайние выводы вторичной обмотки 20 симметрирующего трансформатора тока соединены с анодами диодов, первый и второй резисторы и конденсатор Р 3).

Недостатком данного устройства является то, что нагрузкой каждого иэ упомянутых выпрямителей является резистор, шунтированный конденсатором. Напряжение на каждом из конденсаторов .пропорцнонально длительности соответствуюцего такта (четного или нечетного). Размах и полярность напряжения между несоединенными выводами этих двух конденсаторов зависят от разности длительностей тактов..К двум входам,двухтактого,, широтно-импульсного модулятора это напряжение подводится таким образом, что увеличению напряжения на одном из,входов модулятора соответствует уменьшение напряжения на другом. Сле-40 довательно, при включении этого преоб. разователя длительность первого полупериода соответствует нулевой разности напряжений на несоединенных выводах конденсаторов симметрирующе- 45 го устройства,но к началу второго полупериода эта разность уже не равна нулю и следовательно, длительность второго полупериода должна быть больше, чем длительность первого с тем, чтобы скомпенсировать разность напряжений на конденсаторах. Так как длительность второго.полупериода больше первого, то.разность напряжений на конденсаторах к .концу .второго .полупериода будет соответствовать увеличению дли"55 тельности третьего.полупериода по сравнению с длительностью второго.

Таким образом, установлению выходного напряжения преобразователя будут соответствовать максимально возмож-. 60 ные длительности полупериодов. И лишь тогда, когда разность напряжений на конденсаторах станет больше, чем изменение напряжения на каждом из них в течение полупериода (так — у та), станет осуществляться симметрирование . Т. е. напряжение, осуществляющее коррекцию длительности полупериодов, формируется интегрирующей цепью, поэтому в течение переходного процесса при включении преобразователя возможен асимметричный режим работы, токовые перегрузки коммутирующих транзисторов и, как следствие, снижение надежности работы. Следует заметить, что асимметричный режим может возникнуть и при скачкообразном увеличении тока нагрузки. Все это приводит к пониженной надежности преобразователя.

Целью изобретения является повы,шение надежности стабилизированного ,преобразователя постоянного напряже ния в постоянное за счет исключения перегрузки коммутирующих транзисторов, вызываемой асимметричным режи мом работы.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержацем сравнивающий блок, входы которого соединены с источником опорного напряжения и с выходными выводами преобразователя, широтно-импульсный модулятор, выходы. которого связаны с выходом сравнивающего блока, с задающим генератором и с вторичной обмоткой симметрирующего трансформатора тока, первичная обмотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, средняя точка которых соединена с одним из входных выводов преобразователя, выходы шит ротно-импульсного модулятора соединены с управляющими входами усилителя мощности, выполненного по двухтактной схеме на коммутирующих транзисторах и выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямительные диоды и сглаживающий фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, при этом объединенные .выводы транзисторов усилителя мощности соединены с другим входным выводом преобразователя, первичная обмотка симметрируюцего трансформатора тока включена в разрыв между первичными обмотками выходного трансформатора,а крайние выводы вторичной обмотки симметрируюцего трансформаторра тока соединены с анодами диодов, первый и второй резисторы и конденсатор, катоды упомянутых диодов соединены между собой и подключены к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с средней точкой вторичной обмотки симметрирующего . трансформатора тока,при этом выводьк второго резистора соединены с соответ. ствующими входами широтно-импульсного

1005248 модулятора, а первый резистор шунтирован упомянутым конденсатором.

На Фиг.l представлена схема устройства; на Фиг.2 — эпюры напряжения

Устройство содержит сравнивающий блок 1, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, два других соединены с выходньий выводами преобразователя, а выход соединен с одним иэ входов широтно-импульсного модулятора 2, который другим входом соединен с вы-. ходом задающего генератора. 3, двухтактный усилитель мощности, выполненный на коммутирующих транзисторах

4- и 5, управляющими входами соединен- 15 ный с выходами широтно.-импульсного модулятора 2 и минусовым входным выводом. Выход усилителя мощности нагружен на выходной трансформатор б, выводы вторичной обмотки которо- 2О го соединены с анодами диодов 7 и 8, катоды которых соединены с Фильтром, .образованным дросселем 9, конденса тором 10. Выход фильтра соединен с выходными выводами преобразователя.25

Первичная обмотка выходного трансформатора б выполнена в виде двух полуобмоток, в разрыв которых включена первичная обмотка симметрируюцего трансформатора 11 тока. Средняя точка первичной обмотки симметрируюцего трансформатора тока соединена с плюсовым входным выводом. Вторичная об.мотка симметрирующего трансформатора тока крайними выводами соединена с анодами диодов 12 и 13, между объеди->> неннымй катодами которых и средней точкой вторичной обмотки включен делитель напряжения, образованный резисторами 14 и 15 и конденсатором 16.

При этом выводы резистора 15 соедине-И) ны с соответствующими входами UHpoT но-импульсного модулятора 2.

На фиг ° 2 представлены следующие напряжения, действующие в устройстве: . (Форма тока через транзисторы 4 и 45

5(а); напряжение на резисторе 15(б); ток:. через транзисторы 4 и 5 (в); напряжение на резисторе 15 в переходном режиме (г); напряжение на

-крайних выводах вторичной обмотки трансформатора 11 относительно среднего вывода (а); напряжение íà R,q при разомкнутой цепи симметрирования (е) ..

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Задающий генератор 3 формирует последовательность импульсов с периодом следования.Т. Двухтактный широтно-импульсный модулятор 2 производит изменение (модуляцию) длительности импульсов в соответствии с сигналом обратной связи, Формируемым сравнивающим блоком 1. Кроме того, широтно-импульсный модулятор осуществляетраспределение (разделение) импульсов 65 на две последовательности, обеспечивая этим двухтактный режим работы усилителя мощности. Поочередно. включаемые широтно-импульсным модулятором коммутирующие транзисторы 4 и

5 посредством обмотки трансформатора б осуществляют двунаправленное перемагничивание сердечника -трансформатора . Напряжение на каждой из полОвин первичной обмотки трансформатора б имеет форму двуполярных прямоугольных импульсов с амплитудой, равной входному напряжению преобразователя, периодом 2Т и длительностью

Ф,.вкпб . Это напряжение трансформируется во вторичную обмотку, выпрямляется,сглажиывается и подводится к вы ходным выводам преобразователя.

Импульсы коллекторного тока ксимутирующих транзисторов 4 и 5 в течение нечетных и четных тактов при отключенном симметрирующем узле напрмер при отключенных от широтно-им-, пульсного модулятора выводах резистора 15, имеют вид, показанный на эпюре а на фиг.2. Тот из импульсов., длительность которого больше,. имеет большую амплитуду и характерный выброс перед окончанием. Такая фор а свидетельствует о наличии асимметфичного режима намагничивания сердечника.

Рассмотрим процесс симметрирования преобразователя.

При токах через транзисторы 4 и 5, имеющих Форму, показанную на эпюре а, напряжение на крайних вь|водах вторичной обмотки трансформатора ll относительно среднего вывода имеет форму, показанную на эпюре Э, а напряжение на резисторе 15 имеет Форму, показанную .на эпюре б. Это напряжение, воздействуя на широтно-импульсный модулятор, обеспечивает уменьшение длительности импульса в текущем такте, причем степень укорочения длительности импульса тем больше, чем больше амплитуда положительного нап ряжения, снимаемого с резистора 15. В результате длительность и амплитуда импульсов тока через транзисторы 4 и 5 полуобмотки трнсформатора 6 выравниваются и режим перемагничивания сердечника трансформатора 6 становится симметричным. Установившаяся разность то- ков через транзиеторы 4 и 5 зависит от чувствительности широтно-импульсного. модулятора по тсиу. входу, на который подается симметрирующее напряжение с резистора 15.

Симметрирование осуществляется не только на этапе установившегося режима, но и на этапе переходного процесса при включении предлагаемого преобразователя..

Форма напряжения на резисторе 15 и Форма тока через транзистовы 4 и -5

1005248 усилителя мощности на этапе переходиого режима представлены. соответственно на эпюрах 7 и g. Эпюра,g показывает, что токи через коммутирующие транзисторы 4 и 5 плавно увеличиваются по амплитуде и длительности в течение 5-10 периодов следования импульсов эадаюцего генератора. плавное нарастание длительности и амплитуды упомянутых токов исключает асимметричный режим работы выходного транс- 10 форматора 6 и, KcLK следствие, токовые перегрузки коммутирующих транзисторов 4 и 5.

Таким образом, благодаря тому, что сигнал об асимметричном режиме формируется безынерционно, а именно снимается с резистора, не шунтированного конденсатором, преобразователь обладает преимуцеством, состоящим в увеличении надежности работы эа счет исключения асимметричного режима работы преобразователя, возникающего . при резких изменениях тока нагрузки, а также при включении преобразовате" ля

Формула изобретения стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, 30 содержащий сравниваюций блок, входы которого соединены с источником ойорного напряжения и с выходными выводами преобразователя, LIBpoTHo»èìïóëüñный модулятор, входы которого свяэа- 35 ны с выходом сравнивающего блока, с

Задающим генератором и с вторичной обмоткой симметрируюцего трансформатора тока, первичная обмотка которого

:,выполнена в виде двух полуобмоток, средняя точка которых соединена с одним из входных выводов преобраэователя, выходы LIIIpoTHQ-импульсного модулятора соединены с управляющими входами усилителя мощности; выполнен. ного по двухтактной схеме на коммутирующих транзисторах и выходном транс форматоре, вторичная обмотка которого через выпрямительные диоды и сглаживающий фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, при этом объединенные выводы коммутирующих транзисторов усилителя моцности соединены с другим входным выводом преобразователя, первичная обмотка симметрируюцего трансформатора тока включена в разрыв между первичными обмотками выходного трансформатора, а крайние выводы вторичной обмотки симметрируюцего трансформатора тока соединены с анодами диодов, первый и второй резисторы и конденсатор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности.преобразователя путем устранения асимметричности. работы транзисторов, катоды упсмянутых диодов соединены между собой и подключены к первсму выводу первого резистора, второй вывод .которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с средней точкой вторичной обмотки симметрируюцего трансформатора.то» ка, при этом выводы второго резистора соедйнены с соответствуюцими входами широтно-импульсного модулятора, а первый резистор шунтирован упомяну" тым конденсатором.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 551872 кл. H 02 И 3/335, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 549867, .кл. H 02 И 3/335, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

9 660167, кл. Н 02 И 3/335, 1977.

1005248

Феюнюй

Ug, Ф

Составитель Н.Цфпаевская

Редактор И.Петрова Техред М.Тепел Корректор А. ДзяткоЗаказ 1921/74 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4