Стабилизированный конвертор

 

1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР , содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторичг ная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам конвврторву вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий ге-. нератор, выход которого присоединен к первому входу блока управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подключенный к точке соединения первого входного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состоящей из двух ; последовательно соединенных резисторов , к общей точке которых подключен один из выводов первого конденсатора/ от л и ч а ю щ и .и с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем введения гальванической развязки между входом и выходом конвертора, введен компаратор , выход которого подключен к второму входу блока управления, первый вход - к выходу резистивного делителя , а второй вход - через соединенные параллельно диод, включенный в .прямом направлении, и резистор - к выходу вспомогательного стабилизатора и через второй конденсатор- - -к второму входному выводу, соединенноJ му с входным выводом резистивногс5 двигателя, другой входной вывод кото- I рого подключен к выходу вспомогатель-sg ного стабилизатора, причем точка со (О единения трансформатора и ключевого элемента соединена через введенный диод, включенный в прямом направлении , с другим выводом упомянутой цепи из двух резисторов, при этом второй В вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора, 2. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления СП содержит RS -триггер и элемент 2ИЛИоо ю . НЕ, соединенный первым.входом с выходом RS-триггера, а вторым - с первым входом .блока управления и с R -входом 00 RS -триггера, причем второй вход блока управления подключен к S - вхо00 (ДУ RS-триггера, а выход элемента ; 2ИЛИ-НЕ - к выходу блока управления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

j(21 ) 3461985/24-07 (22 ) 02,07. 82 (46 ) 07. 11. 83. Бюл. 9 41 о т л и ч а ю щ и .й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем введения гальванической развязки между входом и выходом конвертора, введен компаратор, выход которого подключен к второму входу блока управления, первый вход — к выходу резистивного делителя, а второй вход — через соединенные параллельно диод, включенный в

:прямом направлении, и резистор — к выходу вспомогательного стабилизатора и через второй конденсатор - к второму входному выводу, соединенно му с входным выводом резистивного двигателя, другой входной вывод которого подключен к выходу вспомогатель-ж

Ф ного стабилизатора, причем. точка соединения трансформатора и ключевого. элемента соединена через введенный диод, включенный в прямом направле- С нии, с другим выводом упомянутой цепи из двух резисторов, при этом второй Я вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора.

2. Конвертор по п. 1, о т л и ч а- 1 ) ю шийся тем, что блок управления. е ж содержит RS -триггер и элемент 2ИЛИ.НЕ, соединенный первым входом с выхо- QQ дом RS -триггера, а вторым — с первым ., входом блока управления и с R -входом

RS -триггера, причем второй вход - CQ блока управления подключен к S - -вхо ду RS-триггера, а выход элемента, 2ИЛИ-НЕ - к -выходу блока управления.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72) В.Н. Скоробогатов и В.A. Холошин (53) 621.314.57 (088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 760334, кл. Н 02 М 3/335, 1979.

2, Заявка ФРГ 9 2559096, кл. Н 02 Р 13/22, 15.07.76..

3. Авторское свидетельство СССР

9 680120, кл. Н 02 М 3/335, 1976. (54)(57) 1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторич-, ная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам конвертора, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий re нератор, выход которого присоединен к первому входу блока управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подключенный к точке соединения первого входного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов, к общей точке которых подключен один из выводов первого конденсатора, „„Я0„„1053238 А

1053238

Изобретение относится к электротехнике, а имен:о к стабилизированным преобразователям напряжения, и может быть использова . о в устройствах питания электронной аппаратуры.

Известны стабилизированные преоб".разователи напряжения, содержащие ключевой элемент, управляемый йИМсигналом, накопительный трансформа"; тор, нагруженный на однополупериодный выпрямитель, задающий генератор, схему управления и источник опорного напряжения 13, f 21 . ,В укаэанных преобразователях для получения регулирующего сигнала рассогласования напряжение выхода . 15 преобразователя подается на пороговое устройство непосредственно, что пре-. пятствует гальванической развязке входных и выходных цепей преобразователя. 20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизированный конвертор, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и транс-25 форматор, вторичная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам устройства, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий генератор, выход которого присоединен к первому входу блока управления, выход которого . соединен с входом ключевого элемента, кроме того, .подключенный к точке соединения первого входного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состоящий из двух последовательно

/ соединенных резисторов к общей точI ке которых подключен один из выводов конденсатора (3 ). 40

Недостаток заключается в отсутствии гальванической развязки между входом и выходом. устройства, что снижает era эксплуатационные характеристики, 1

Целью изобретения является улучше" ние эксплуатационных характеристик стабилизированного конвертора путем введения гальванической развязки между входом и выходом устройства.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторичная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам конвертора, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий генератор, выход которого присоединен к 60 ,первому входу блока управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подклю. ченный к точке соединения первого входного вывода и трансформатора, первый вывод цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов, к общей точке которых подключен один из выводов первого конденсатора введен компаратор, выход которого подключен к второму входу блока управленйя, первый вход — к выходу ре" истивного делителя, а второй вход -, ерез соединенные параллельно диод, включенный в прямом направлении и резистор — к выходу вспомогательног< стабилизатора и через второй конден сатор — к второму входному выводу, соединенному с входным выводом резистивного делителя, другой входной вывод которого подключен к выходу вспомогательного стабилизатора, причем точка соединения трансформатора и ключевого элемента соединена через введенный диод, включенный в прямом направлении, с другим выводом упомянутой цепи из двух резисторов, при этом второй вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора.

Блок управления содержит RS -триггер и элемент 2 ИЛИ-НЕ, соединениый первым входом с выходом RS -триггера, а вторым — с первым входом блока управления и с R-входом RS -триггера, причем второй вход блока управления подключен к.S-входу RS-.òðèããåðà, а выход элемента 2 ИЛИ-HE — к выходу блока управления.

На фиг. 1 приведена функциональная схема стабилизированного конвертора; ° на фиг..2 — временные диаграммы напряжений, поясняющие его рабату.

Конвертор содержит вспомогательный стабилизатор 1, блок 2 управления, первый вход которого соединен с задающим генератором 3, питаемым от вспомогательного стабилизатора 1, второй вход блока 2 управления соединен с выходом компаратора 4, выход блока 2 управления соединен с входом ключевого элемента 5, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора б, вторичная обмотка которого соединена с однотактным выходным выпрямителем и фильтром, содержащим диод 7 и конденсатор 8. Полярность подключения обмоток трансформатора б выбрана такой, чтобы при открытом ключевом элементе 5 диод 7 был заперт.

К;точке соединения ключевого элемен- та 5 с выводом первичной обмотки трансформатора б подключен диод 9 таким образом, что он заперт при открытом ключевом элементе 5. Устройство также содержит компаратор 4, первый вход которого подключен через делитель напряжения 10 к выходу вспомогательного стабилизатора 1, второй вход через параллельно включенные диод 11 и резистор 12 также подключен к выходу вспомогательного стаби-. лизатбра 1 и, кроме того, через пер3 1053238

Вый конденсатор 13 к общей точке К вЂ” коэфФициент трансформации цепи иэ двух резисторов 14 и 15, сво- трансформатора 6. бодные выводы которых подсоединены В связи с тем, что напряжение на соответственно к первому входному вы" откРытом Р-и переходе слабо зависит воду и диоду 9 и через второй конден- :от тока U = U = con. 4. Таки сатор 16 - к второму входному выводу 5 зом, при запертом ключевом элементе стабилизатора, причем точка соедине-. . - 5 к цепи из двух Резисторов 14 н 15 ния ключевого элемента и трансформа-. прилагается напряжение лин йн яжение, линейно завитора соединена через согласно вклю- сящее от выходного напряжени апряжения конверченный диод с другим выводом цепи иэ тора, но гальванически развяз н ки развязанное от двух резисторов, а второй вход компа-10 него. Указанное напряжение U же ие сравниратора с другим выводом первого кон- вается с некоторым внутренним опорденсатора. Резисторы и конденсаторы ным напряжением, и результат сравнедолжны удовлетворять соотношениям ния выдаетс н

12 t3 16

R +С )« ния. В зависимости от результата ср н а срasв (с +с )«т

14 ; Ъ fb нения блок 2 управления либо увел ч

16 13 16 вает интервал времени открытого состояния ключевого элемента. 5, увеличи-.

12 74 " в 12,14 и 15 совертора, либо уменьшает, осуществляя — емкость конденсато- таким образом, стабилизацию выходноров 13 и 16; го напряжения ° период сигнала зада- . Работа конвертора поясняется ющего генератора. граммами напряжений (фиг 2)s опре

Блок 2 управления содержит R8- деленных точках схема., указанных на триггер 17 и элемент 2 ИЛИ-НЕ 18 25. Фиг. 1. причем первым входом блока 2 УпРав" После включения питания задающий ления являются параллельно поделю" генератор 3 подает на первый вхо подает на первый вход ченные й»вход RS-триггера 17 и один блока 2 управления импульсный сигнал иэ входов элемента 2ИЛИ-НЕ 18, вто- U (фиг.2,. В связи:с тем, что напрым входом блока 2 управления явля30 ряжение на выходе конвертора в перется Б-вход R -триггера 17 выход вое время мало сигнал на выходе

У

R8-триггера 17 подключен к свободно, компаратора 4 отсутствует в течение му входу элемента 2 .ИЛИ-HE 18, выход первых и + 1 периодов сигнала эадакоторого является выходом блока 2 куцего генератора 3.. При этом с выхода управления. -блока 2 управления на управляющий устройство работает следующим 35:вход ключевого элемента 5 поступает образом. сигнал U такой, что интервал времеПри включении питания задающий ни открытого состояния ключевого генератор 3 вырабатывает периодичес- элемента 5 максимален и соответсткий импульсный сигнал, определенные венно максимальна мощность, отдаваефронты которого (например, отрица- 40 мая на заряд конденсатора 8. Напряжетельные) приводят к открыванию ключе- .ние на нагрузке растет, а вместе с вого элемента 5 с помощью блока 2 ним растет амплитуда импульсов U управления. Протекающий при ATOM, на выходе ключевого элемента 5 и через первичную обмотку трансформато- амплитуда, импульсов на входе цепи из ра 6 ток намагничивает сеРдечник ) двух резисторов 14 и 15. трансформатора (энергия источника . Импульсы U вызывают от и н питания расходуется на намагничива- диода 11 при закрытом кл ч при закрытом ключевом элене на ние сердечника, так как диоды 7 и 9 менте 5, при этом напряжение U в это время закрыты). В определенный, измерительном входе компаратора 4 моме т времени, до прихода следую- 0 равно сумме напряжени п ательщего отрицательного фронта с геиера ного стабилизатора 1 и падения напрятора 3, блок 2 управления закрывает „%ения на,открытом диоде .11, а конденключевой элемент 5 ° При этом диоды .,- сатор 13 заряжается через диод 11 и

7 и 9 открываются, и сердечник транс- реэистивный делитель на резисторах ри отпирании ключевого элеформатора размагничивается токами, -, 14 и 15. При отпирании ключев приходящими через эти диоды. При 55.мента 5 происходит разряд конденсатоэтом напряжение U< на концах цепи ра 13 через резистор 14 и конденсаиз двух резисторов 14 и 15 выражает- - тор 16; что приводит к экспоненцися следующим образом альной зависимости формы заднего

U U фронта сигнала Бс, амплитуда импульсы + 1 .1, бО сов которого пропорциональна выходd . х ..ному напряжению конвертора. При загде Us„« — напряжение на нагрузке; крытии ключевого элемента 5 проце

U u падение напряжения на от- повторяется, причем наличие реэистосс, крытых диодах 7 и 9 соот- ра 12 позволяет осуществлять привяз1 65 ку верхнего уровня Бв к стабилизиро1053238 ванному напряжению вспомогательного стабилизатора 1. Так происходит до тех пор, пока напряжение на выходе конвертора не достигнет требуемой величины (п + период U,фиг. 2) °

Тогда на следующем и + 3 периоде сигнала tJ сигнал U на измерительном входе компаратора 4 пересечет уровень опорного напряжения, задаваемый делителем 10 напряжения на опорном входе компаратора 4, что приведет к появлению сигнала U на выходе компаратоЕ ра 4.,Поступив íà S-вход RS-триггера

1.7 блока 2 управления, он вызовет переброс RS-триггера и сброс управляющего сигнала с входа ключевого эле- 15

Мента 5, ключевой элемент 5 закроет ся, что приведет, в свою очередь, к поЛожительному фронту сигнала U< и сбросу сигнала U . Уменьшение интервала времени открытого состояния . р ключевого элемента 5 приведет к умень- . шению мощности, передаваемой во вторичную цепь, и начнется режим стабилизации напряжения (период и,+ 3 и далее), Монотонность экспоненциальной кривОй заднего- фронта сигнала U позволяет обеспечить плавное регулирование и Мягкий режим стабилизации.

В связи с тем,что конденсатор фильтра 8 выбирается таким образом, чтобы эффективно фильтровать переменную составляющую напряжения на нагрузке, время задержки цепи обратной связи конвертора, не превышающее периода сигнала задающего генератбра, во много раз меньше характерных времен 35 изменения выходного напряжения при изменении тока нагрузки или напряже- ния питания конвертора.

Таким образом, включение порогового устройства в цепь первичной обмот-4() ки трансформатора позволяет обеспечить гальваническую раз вяз ку между входными

H выходными цепями стабилизированного конвертора, а предлагаемая структура порогового устройства, обеспечивающая сравнение выходного напряжения конвертора с опорным напряжением в каждом периоде сигнала, задающего генератора, позволяет увеличить быстро,действие и глубину обратной связи.

В стабилизированном конверторе, выполненном по предлагаемой схеме, быстродействие обратной связи около

10 мкс, без труда достигается регулировка выходного напряжения 5 — 50 В при входном напряжении в диапазоне

24 — 34 В. При установленном выходном напряжении 15 В нестабильность не превышает 0,1 В при изменении входного напряжения во всем диапазоне и колебаниях потребляемого тока от номинального до 10% номинального; даже при полностью отключенной нагрузке выходное напряжение не превышает 20 В. Конвертору не опасны короткие замыкания по входу, так как максимальный .интервал открытого состояния ключевого элемента, а следовательно, максимальная мощность определяется скважностью сигнала задающего генератора, эта мощность рассеивается на диоде выпрямителя.

Предлагаемая схема допускает получать несколько различных стабилизированных гальванически развязанных напряжений на выходе, для этого на трансформаторе должно быть несколько вторичных обмоток с однополупериодным выпрямителем в каждой обмотке.

Описанные характеристики в сочетании е небольшими аппаратурными затратами (возможно выполнение функций задающего генератора, порогового устройства и блока управления на одной микросхеме 564 ЛН1, 4 конденсаторах, 6 резисторах и одном диоде) позволяют широко использовать предлагаемый стабилизированный конвертор в маломощных устройствах электропитания электронной аппаратуры.

1053238

ВНИИП)! Эакаэ 8897/54 Тираж 687 Подписное

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