Двухканальный преобразователь напряжения

 

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий подклю ченные к входным выводам последова тельно соединенные первый управл:яе мый ключ, накопительный дроссель и первый конденсатор, при этом их точка соединения образует выходной вывод первого канала, второй вывод конденсатора образует общий вывод преобразователя, который через второй конденсатор подключен к выходному выводу втЬрого канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и накопительного дросселя, а также узел управления, соединенный первым Ёходом с входным выводом, а первым . выходом - с управляющим входом ключа, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, Е него введены второй и третий управляемые ключи, при этом вывод накопительного дросселя подключен к выходному выводу первого кангша через второй управляемый ключ, а к общему выводу - через третий управляемый ключ, управлякнцие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами узла управления , вторым-входом подключенного к выходному выводу второго канала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ЩР Н 0 2 М 3 3 35

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

2 )О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3533638/24-07 (22) 31.12.82 (46) 15 ° 02.84. Бюл. 9 6 (72) В.Я.. Жуйков, В.Е. Сучик и С.П. Денисюк (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 437056, кл. Q 05 F 1/56, 1974.

2. Патент США В 3671853, кл. G 05 Г 1/56, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

В 559347, кл.G 05 F 1/56, 1977

4. Патент Франции 9 1434958, кл. Н 02 М 3/335, 1966. (54) (57 I ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий подключенные к входным выводам последовательно соединенные первый управляе- . мый ключ, накопительный дроссель и первый конденсатор, при этом их точка соединения образует выходной вывод первого канала, второй вывод конденсатора образует общий вывод преобразователя; который через второй конденсатор подключен к выходному выводу второго канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и накопительного дросселя, а также увел управления, соединенный первым входом с входным выводом, а первым . выходом — с управляющим входом ключа

Р отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, к него введены второй и третий управляемые ключи, при этом вывод накопительного дросселя подключен к

И. выходному выводу первого канала через второй управляемый ключ, а к общему выводу - через третий управляемый ключ, управляющие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами узла уп- р равления, вторым входом подключенного к выходному выводу второго. канала. I

1073860

Недостатком данного устройства является то, что для обеих нагрузок стабилизатор является питающим, т.е. напряжение на выходе каналов не может быть выше напряжения на входных выводах.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный преобразователь напряжения, содержащий

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания при необходимости получения двух стабилизированных напряжений. 5

Известен импульсный стабилизатор разнополярных напряжений компенсационного типа, содержащий транзисторный регулятор, датчик опорного напряжения, устройство обратйой tO связи, узел управления, формирующую цепи из трех коммутирующих диодов, два накопительных дросселя, два кон; денсатора фильтров (13.

Известен стабилизированный клю- 15 чевой блок питания, обеспечивающий получение двух выходных напряжений, содержаций источник входного напряжения, последовательный и параллельный регулирующие элементы, формируюцие цепи иэ двух коммутируюцих диодов, два накопительных дросселя, накопительный конденсатор, два конденсатора фильтра (?).

Известен также импульсный стабилизированный конвертор напряжения с двумя выходами, содержащий питающий источник, транзисторный ключ, накопительный дроссель, три коммутирующих диода, три конденсатора, управляюций блок ГЗ 3.

Недостатком этих устройств является невозможность получения выходных напряжений выше напряжения на входных выводах.

Наиболее близким по технической суцнасти к предлагаемому является двухканальный преобразователь напряжения, содержащий подключенные к входным выводам, последовательно соединенные управляемый ключ, на- 40 копительный дроссель и первый конденсатор, при этом точка соединения последних образует выходной вывод первого канала, второй вывод конденсатора образует обций вывод 45 преобразователя, который через второй конденсатор подключен к выходному выводу второго канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и дросселя, 50 а также узел управления, соединенный первым входом с выходным выводом (4 3. подключенные к входным выводам последовательно соединенные первый управляемый ключ, накопительный дроссель и первый конденсатор, при этом их точка соединения образует выходной вывод первого канала, второй вывод конденсатора образует общий вывод преобразователя, который через второй конденсатор подключен к выходному выводу второго канала, подключенному через диод к точке соединения управляемого ключа и накопительного дросселя, а также узел управления, соединенный первым входом с входным выводом, а первым выходом — с управляюцим входом ключа, введены второй и третий управляемые ключи, при этом вывод накопительного дросселя подключен к выходному выводу первого канала через второй управляемый ключ, а к общему выводу — через третий управляемый ключ, управляющие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами узла управления, вторым входом подключенного к выход- . ному выводу второго канала. Причем регулирование выходных напряжений осуществляется изменением длительности включенного состояния соответствующих управляемых ключей.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2— вариант исполнения узла управления, на фиг. 3 — графическая зависимость, поясняюцая принцип работы устройства.

Двухканальный преобразователь напряжения содержит первый управляемый ключ 1, соединенный последовательно с накопительным дросселем 2 и через второй управляемый ключ 3 — с выходным выводом первого канала 4 и конденсатором 5, второй вывод которого образует общий вывод преобразователя 6, подключенный через конденсатор 7 к выходному выводу второго канала В, который через диод 9 соединен с точкой соединения первого ключа и дросселя, при этом- второй вывод последнего через третий управляемый ключ 10 соединен с обцим выводом преобразователя.

Управляющие входы ключей подключены к выходам узла 11 управления, один из выходов которого связан с входным выводом преобразователя 12, а другой — с выходным выводом второго канала.

Узел 11 управления (фиг. 2 ) содержит два аналоговых делителя 13 и 14 напряжения, входы которых соединены с клеммами "Вход A" и

"Вход В 1q qа также с источником опорного напряжения Оо„„ 15, а выходы через аналоговый умножитель 16 напряжений и сумматор 17 подключены к входам генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения, подсоединен1073860 ных своими выходами к компаратору

20, выходной сигнал которого поступает на входы генераторов пилообразного напряжения, триггеров 21 и 22 и интегратора 23.1. В свою очередь, на вход интегратора 23.1 также поступают сигналы с выхода аналогового делителя 14 и интегратора 23.2, а выход интегратора 23.1 и входная клемма источника опорного напРЯжениЯ Ирп2 24 подключены к входам компаратора 2, выход которого подключен к входам триггеров

22 и 26, на выходах которого, а также на выходе триггера 21 формируются управляющие импульсы, которые через схемы ИЛИ 27 и 28 поступают на регулирующие ключи. Кроме того, узел управления содержит синхронизатор 29, выходы которого подключены к входам генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения интегратора 23.2 и триггеров 21 и 26.

Двухканальный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При открытых управляемых ключах

1 и 10, закрытом ключе 3 происходит заряд дросселя 2, а выходные напряжения равны соответственно, выходным напряжениям конденсаторов 5 и 7 (режим I ). При открытых ключах 1 и 3, закрытом ключе 10 напряжение на выходе 4 равно сумме напряжений на входе и на дросселе 2, а напряжение на выходе 8 равно напряжению конденсатора фильтра 7 (режим 11 ).

При открытом ключе 10 н закрытых ключах 1 и 3 напряжение на выходе

4 равно напряжению конденсатора фильтра 5, а напряжение на выходе 8 определяется током дросселя 2 (ре- жим III ).

Предположим, что период работы Т преобразователя состоит из трех интервалов. На первом интервале конвертор работает в режиме I, на втором в режиме II, на третьем — в режиме III.

Для рассмотрения процесса стабилизации выходных напряжений на первом выходе 4 (U„) и на втором выходе 8 (02 ) при воздействии на входе напряжения Uä с учетом того факта, что преобразователь является устройством, выходная мощность которого выше 20 Вт-, записуют уравнение, связывающее средние значения напряжения U„, U„ -, U за период,Т где „, с),2, с), — относительные длительности первого, второго, третьего интервалов работы преобразователя, удовлетворяющие следующему условию q +р. +q

2 3

Введем обозначения К =U /U

К = U< f U„, Тогда иэ уравнения (1 ) получают

10 откуда следует условие g - К ), ., Исходя из приведенных равенстр, уравнение, связывающее безразмерные величины К„, К2, q2 имеет вид

K2()+K )q, =+-ñ К„, (+) реализация которого в узле 11 управления с учетом равенства q, т К

Ъ 1Ъ . и „ + ), q р, = 1 позволяет проводить стабилизацию выходных напряжений на двух выходах. Это связано с тем, что левую и правую часть выражения (4 ) можно рассматривать как две линейные функции ч1()")=Kг()+" )Ч г и у2(g ) = )- y> К,, точка пересечейия которых определяет величину ( исходя иэ которой, вычисляются ве30

На фиг. 3 приведены графические иэображения линейных функций (пря I мая а ) и z> (прямая б ), для которых тангенс угла наклона к оси О, Ф /Т равен соответственно К2 (1 + К1) и

Предположим, что задано эталонное напряжение на первом 4 выходе

U< (если задано эталонное напряжение на втором 8 выходе Щ, то не40 обходимо определять К2 - (/Ц уравнение (4 1 имеет вйд 1-2 2= q,2, что приводит к упрощению узла 1,, управления, вход которого уже подключен параллельно не к второму конден45 сатору фильтра 7, а к первому конденсатору фильтра 5.

При повышении входного напряже- ния выше, номинальной величины величина К2 уменьшается, что приводит к уменьшению наклона прямой а и, следовательно, величина увеличивается, а ),. уменьшается, т.е. длительность йервого интервала работы преобразователя уменьшается.

Таким образом, уменьшается энергия, накапливаемая в дросселе 2 íà первом интервале, и уменьшаются выходные напряжения U„ и 02 к номинальным величинам.

60 При понижении входного напряжения ниже номинальной величины величина К увеличивается, что приводит. к уве4 личению наклона прямой а и, следовательно, величина $2 уменьшается, а ),„ увеличивается, т.е.

1073860 длительность первого интервала ра- баты стабилизированного конвертора увеличивается. Таким образом, увеличивается энергия, накапливаемая в дросселе 2 на первом интервале, и увеличиваются выходные напря- 5 жения U и И к номинальным величинам.

При повышении входного напряжения Ug выше номинальной величины величина К) уменьшается, что приво- 10 дит к уменьшению наклона прямых а и б и, следовательно, величина с), увеличивается, а „- уменьшается, т.е. длительность первого интервала работы стабилизированного конвертора уменьшается. Таким образом, уменьшается энергия, накапливаемая в дросселе,2 на первом интервале, и уменьшается выходное напряжение

q2 к номинальной величине.

При понижении входного напряжения И ниже номинальной величины величина К увеличивается, что приводит к увеличению наклона прямых а и б и, следовательно, величина уменьшается, а „ - увеличивается„ т.е. длительность первого интервала работы преобразователя увеличивается. Таким образом увеличивается энергия., накапливаемая в цросселе 2 на первом интервале, уве- 30 личивается выходное напряжение к номинальной величине. .Для выполнения узлом 11 управления указанных функций он должен, во-первых, вырабатывать величинЫ 35

К и К, во-вторых, вырабатывать два синхронизированных пилообразных напряжения, одно из которых является линейно нарастающим, второе— линейно спадающим, момент равенства 40 которых и определяет величину с)„, в-.,третьих, по величинам К„ и с), строить величины с),з и q, в-четвертых, на основании величин с „, с), вырабатывать импульсы управления 45 . на управляющих выводах регулирующих элементов 1, 3, 10.

Принцип работы узла управления заключается в следующем. При подключении напРяжений Uq u Ug соответственно к входам A и В на выходе аналоговых делителей 13 и 14 напряжения получают сигналы, пропорциональные коэффициентам К и К1, так как к второму входу аналогового делителя 14 подключен, источник опорного напряжения И „ „ 15, выходное напряжение которого равно эталонному напряжению первого выхода И „

Выходной сигнал с аналогового делителя 14 напряжения поступает на 60 генератор 19 пилообразного напряжения, интегратор 23.1 и на аналоговый умножитель 16 напряжения, на второй вход которого поступает сигнал с аналогового делителя 13 напря- 65 жения. Таким образом, на выходе аналогового умножителя 16 напряже, ния формируется сигнал, процорциональ ный,произ веде нию коэффициентов К „ и К2, который, в свою очередь, вместе с выходным сигналом аналогоsoro делителя 13 напряжения поступает на вход сумматора 17, что позволяет на вход генератора 18 пилообразного напряжения подать сйгнал, пропорциональный Кд(К., 1 ).

Синхронизатор 29 вйрабатывает ,импульсную последовательность с периодом повторения .Т, которая поступает на входы генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения триггеров 21 и 26, интегратора 23.2 и позволяет синхронизировать работу узла 11 управления. При поступлении синхроимпульсов на входы генераторов 18 и 19 пилообразного напряжения эти генераторы вырабатывают соответственно линейно нарастающее и линейно спадающее напряжения, которые поступают на компаратор 20, При сравнении двух пилообразных напряжений срабатывает компаратор

20, сигнал которого устанавливает генераторы 18 и 19 пилообразного напряжения в начальное состояние и перебрасывает триггеры 21 и 22 в состояние, противоположное тому, которое было установлено синхроимпульсом, что позволяет сформировать на выходе триггера 21 импульс, приведенная длительность которого равна

Интегратор 23.2 формирует напряжение, начиная. с некоторого значения, пропорциональное временному интервалу . Это напряжение подается на вход интегратора 23.1, который интегрирует с отрицательным наклоном от напряжения, равного выходному напряжению интегратора

23.1, с изменяющимся наклоном, пропорциональный К„. В случае равенства выходного найряжения интегратора 23.1 и выходного напряжения опорного источника Иод 24, величина которого равна начальному напряжению на входе интегратора 23.2 выходной сигнал компаратора поступает на триггеры 22 и 26, что позволяет формировать на их выходе импульсы, приведенная длительность которых равна ) и q, Импульсы с выходов триггеров.21;

22, 26 поступают на схемы ИЛИ 27 и 28 и на выходах А, В, С формируются импульсы управления, которые подаются на управляющие выводы ключей 1, 3, 10.

Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения с двумя выходами целесообразно испольэовать для электропитания устройств радиоэлектронной аппаратуры и электронной

1073860 8

S личины которых могут быть как виве так и ниже входного напряже» ния. измерительной техники, где необходимо получение двух разнополярных выходных напряжений, абсолютные ве8Х

Вх

Составитель И.Никитин

Танкред В.Далекорей

Редактор И.Касарда

Корректора, Ференц г

Тираж бб7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 375/52

»

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