Регулируемый преобразователь постоянного напряжения

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий узел управления с широт- НС-импульсным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичиыми полуобмотками и несколькими вторичными обмотками , подключенными к выходным вьшрямителям , дроссель, первичная обмотка которого включена между входным вьгоодом и входом усилителя мощности , а его вторичная обмотка через рекуйерациониый диод подключена к входным вьшодам, отличающийс я тем, что, с(Целью расширеиия функциональных возможностей пут1ем преобразования широтио-импульсной модуляции в амплитудную при работе на емкостную нагрузку, введены два конденсатора, три,диода и дополнительный дроссель, а указанный усилитель мощности вьтолнен по мостовой схеме, в диагональ переменного. тока которого включены первичные полуобмотки выходного трансформатора , вторые выводы которых соединены между собой через два последовательно включенных конденсатора, зашуйтированных первьп и двумя диодами, причем точка соединения конденсаторов через третий диод и дополнительный дроссель подключена к входному выводу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

5 Ю

РЕСПУБЛИК

0% qf) зШ Н 02 М 3/335 (2)) 363)13!/24-07 (22) 05.08.83 (46) 30.11.84. Бюл. Р 44

«(72) В.А.Поляков и А.М.Кашкаров (53) 621.314.58(088.8) (56> ). Авторское свидетельство СССР

Ф 4)9877, кл. G 05 F 1/64, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 877737, кл. -Н 02 M 3/335, 1980.

3. Патент ФРГ Р 2544006, кл. Н 02 М 3/335, 1977. (54) (57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий узел управления с широт-, но-импульсным модулятором, подклю- ченный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичными полуобмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям, дроссель, первичная обмотка которого включена между входным выводом и входом усилителя мощности, а его вторичная обмотка черезрекуперационный диод подключена к входным выводам, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем преобразования широтно-импульсной модуляции в амплитудную при работе на емкостную нагрузку, введены два конденсатора, три диода н дополнительный дроссель, а указанный усилитель мощности выполнен по мостовой схеме, в диагонапь переменного тока которого включены первичные полуобмотки выходного трансформато." ра, вторые выводы которых соединены . между собой через два последовательно включенных конденсатора, зашунтированных первыми двумя диодами, причем точка соединения конденсаторов через третий диод и дополнительный дроссель подключена к входному выводу.

1127055

Недостаток данного устройства — 55 неудовлетворительные функциональные возможности и надежность, обусловленные тем, что при выполнении такого

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах при разработке Источников вторичного электро питания с.многоканапьным выходом. 5

Известен преобразователь-стабили; затор напряжения, который содержит задающий генератор, двухтактный усилитель мощности с трансформатор. ным входом и вьиодом, силовой выпрямитель,со сглаживающим фильтром, широтно-импульсный модулятор, вклю ченный между средним выводом обмотки трансформатора задающего генератора и эмиттерами транзисторов усили- 15 теля мощности (13

Однако современная радиоэлектронная аппаратура требует для питания несколько номиналов напряжения, поэтому при выполнении таких преоб- 20 разователей-стабилизаторов многоканальными 1преобразователей напря жения с несколькими номиналами вы.ходного напряжения) необходимы дрос-. сели соответственно числу выходов. 25

Кроме того, в преобразователе входной ток имеет большую пульсацию, а при насыщении силового трансформатора, например при коротком замыкании нагрузки, ток силовых транзисторов превышает .допустимое значение.

Известен также преобразователь,, содержащий задающий генератор, широтно-импульсный модулятор, усилитель мощности на силовьи транзисторах с вьиодным трансформатором,.средняя точка первичной обмотки которого соединена через первичную обмотку нелинейного дросселя с входным выво- „ дом, который через диод и вторичную обмотку этого дросселя связан с общим выводом, а третья обмотка дросселя включена между выходным выпрямителем и фильтром . В таком преобразователе ограничение тока силовых

° 45 транзисторов при насыщении трансформатора достигается введением 95 -триг гера, подключенного входом к обмотке входного дросселя, а выходом к ключевому элементу, который при насыщении обмотки трансформатора шунтирует управляющий вход широтно-импульсного модулятора 2) . преобразователя многоканальным необходимо в каждом канале (выходе) включать отдельный сглаживающий дроссель, а выход каждого канала должен быть связан с входным дросселем, при этом действие перегрузки устраняется только по цепи управления силовыми транзисторами.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий узел управления с широтно-импульсным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с.двумя первичными полуообмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям, дроссель, первичная обмотка которого включена между входным выводом и точ к ой соединения указанных полуобмоток, а его вторичная обмотка через рекуперационный диод подключена.к входным

1 выводам, при этом усилитель мощности выполнен по двухтактной схеме со средней точкой первичной обмотку трансформатора f3).

Недостатком известного преобразователя является то, что в каждом выходном канале необходимо включать сглаживающий дроссель, при этом действие перегрузки устраняется только по цепи управления силовыми транзисторами, что усложняет схему защиты и уменьшает функцйональные возможности за счет невозможности работы на вьиодные выпрямители с емкостным фильтром.

Цель изобретения — расширение функциональньи возможностей путем преобразования широтно-импульсной модуляции в амплитудную при работе на емкостную нагрузку.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий узел управления с широтно-импульсным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичными полуообмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям дроссель, первичная обмотка которого включена между входным выводом и входом усилителя мощности, а его вторичная обмотка через рекуперационный диод подключена к входным выводам, введены два конденсатора, 1127055 три диода и дополнительный дроссель, а указанный усилитель мощности.выполнен по мостовой схеме, в диагональ переменного тока которого включены первичные полуобмотки выходного трансформатора, вторые выводы которых соединены между собой через два последовательно включенных конденсатора, зашунтированных первыми двумя диодами, причем точка соедине- 10 ния конденсаторов через третий диод и дополнительный дроссель подключена к входному вьводу.

На фиг.l приведена структурная схема регулируемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг.2 — .диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя. . Преобразователь, содержит задающий генератор 1, модулятор ширины импульсов 2 с компаратором 3 и выходным транзистором 4, усилитель мощности 5 на силовых транзисторах 6-9, первичные обмотки 10 и 11 трансформатора 12, конденсаторы 13 и 14, шун-21 тирующие диоды 15 и 16 и третий ди- од 17 дополнительный дроссель 18, первичную обмотку 19 входного дросселя 20 и его вторичную обмотку 21, рекуперационный диод 22, выпрямите% 30 ли 23 со сглаживающими конденсатораI ми 24, нагрузки 25.

Выход задающего генератора I (генератора Роэра) подключен к входу модулятора ширины импульсов 2, например, построенному по вертикаль ному принципу, основанному на сравнении сигнала управления (УПР) с сиг;налом пилообразной формы на компараторе 3, выход которого подключен к управляющему входу ключа 4, шунти- 40 рующего через выпрямитель выходной трансформатор широтно-импульсного модулятора 2. Мостовой усилитель мощности 5 образован транзистора" ми 6 и 7, соединенными эмиттерами и транзисторами 8 и 9, соединенными коллекторами, диагональ моста образована соединением коллектора транзистора 6 с эмиттером транзистора 8 и колпектора транзистора 7,.с эмиттером транзистора 9.

Конец обмотки 10 и начало обмотки

11 трансформатора 12 соединены соответственно с отрицатЕльными вьвода- у ми конденсаторов 13 и 14, зашунтированных соответственно диодами 15 и 16 в обратном направлении. Соединекие катодов диодов 15 и 1б с положительными вьводами конденсаторов 13 и 14 образует среднюю точку — вывод, к которому подключен анод диода 17, катодом соединенным через дроссель 18 с коллекторами транзисторов 8 и 9 и положительным выводом для подключения источника пи-. тания. Начало обмотки 10 и конец обмотки 11 трансформатора 12 подключены к диагонали моста (к выходу) усилителя мощности 5. Эмиттеры транзисторов 6 и 7 подключены через первич-" ную обмотку 19 дросселя 20 к отрицательному вьводу источника питания.

Вторичная обмотка 21 дросселя 20 через рекуперационный диод 22 подключена к выводам для подключения источника питания. Выпрямители 23 подключены входами к выходным обмоткам . трансформатора 12, а выходами к емкостным фипьтрам — конденсаторам 24 и к нагрузкам 25. Задающий генера" тор 1 предназначен для поочередного переключения транзисторов 8 и 9, а модулятор 2 — для поочередного переключения транзисторов 7 и 6 с паузой во времени по отношению к транзисторам 8 и 9.

На фиг. 2 a S изображены диаграммы, где 01 — напряжение на выходе задающего генератора 1; Бае†напряжение на выходе модулятора ширийы импульсов 2; U „ — напряжение на входе моста усилителя мощности 5;

U<> — напряжение на обмотке 19 дросселя 20; Б,ь,„- напряжение на выходе ! усилителя мощйости 5; U +U 4 суммарное напряжение на конденсаторах 13 и 14; Е я . E wc — минимальное и максимальное значение напряжения на входе преобразователя; af, угол регулирования модулятора 2;

U — напряжение на обмотках трансфор матора 12, U — его амплитудное значение; Ея — ток транзистора 8;

I s — входной ток преобразователя;

I<> — ток выпрямителей 23.

Фиг 2 с! соответствует минимальному значению входного. напряжения

Е„„„„и углу регулирования ф6 0, . фиг. 2б — максимальному значению входного напряжения Euar и угдурегулирования е

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

1127055

В один полупериод напряжения за. дающего генератора 1 открыты клю-. чи 8 и 7, а во второй полупериод — . ключи 9 и 6 усилителя мощности 5.

Для регулирования напряжения на обмотках трансформатора 12 с амплиту.дой. Ц при минимальном входном напряжении угол регулирования st, .(пауза в выходном напряжении модулятора 2) ,устанавливается равным нулю, поэто- 10 му ключи 6 и 7 открываются одновременно соответственно с ключами 9 и 8 (фиг. 28) .При этом в первый полупериод работы генератора 1 про-. исходит заряд конденсатора 14 н раз- 15 ряд конденсатора 13, который был заряжен в предыдущий полупериод, по цепи: положительный вывод источника питания — открытый транзистор 8обмотка 10 трансформатора 12 — кон- рр денсатор 13 (диод 15) - конденсатор 14 — обмотка 11 трансформатора 12 — открытый транзистор 7 — обмотка 19 дросселя 20 — отрицательный вывод источника питания. 25

Во второй полупериод напряжения задающего генератора 1 происходит заряд конденсатора 13 и разряд конденсатора 14 по цепи: положительный вывод источника питания — от-. крытый транзистор 9 — обмотка 11 трансформатора 12 — конденсатор 14 (диод 16) — конденсатор 13 обмотка 10 трансформатора 12 — открытый транзистор 6 — обмотка 19 ,дросселя — отрицательный вывод .источника питания.

Включение дросселя 20 на входе преобразователя обеспечивает нарас. тание напряжения на входе усилителя 5 по пилообразному закону (фиг.2 g Uesx U2o) и практический постоянный ток с малой пульсацией на входе преобразователя (фиг. 24, Isx ), при этом напряжение

45 на конденсаторах 13 и 14 изменяется также по пилообразному закону (фиг.20, U<> + UI4) ..

Напряжение на обмотках трансформатора 12 равно алгеьраической сумме напряжения на выход усилителя 5. (фиг. 2, Upsû„) и напряжения на кон" денсаторах 13 и 14 (фиг.2, U(g+UI4) °

Разность мгновенных значений этих напряжений образует на обмотках трансформатора 12 геременное напряжение, форма которого близка к прямоугольной (фиг.2, U ). Выпрямленное напряжение выпрямителями 23. и сглаженное конденсаторами 24 поступает на выходы преобразователя (на нагрузки 25), ток выпрямителей 23 имеет форму, близкую к выпрямленной синусоиде (фиг.2а, 3 ) . С увеличением напряжения на входе преобразователя от Ец „до Е ц„ напряжением УПР компаратора 3 в модуляторе 2 соответственно увеличивается угол регулирования х (фиг.25, 0 ) . В .результате транзисторы 6 и

7 усилителя 5 открываются со сдвиroM во времени по отношению к транзисторами 9 и 8. Напряжение пилообразной формы на выходе усилителя 5 начинает формироваться в момент окончания паузы напряжения на выходе модулятора 2 (фиг.25, IIe ssix) .

В то же время к обмотке 10 трансформатора 12 в первый полупериод напряжения задающего генератора I через дроссель 18, диод 17 и открытый транзистор 8 прикладывается напряжение на конденсаторе 13 (фиг.26, 38), поэтому форма напряжения на обмотках трансформатора 12 остается близкой к прямоугольной. В моменты паузы управляющего напряжения модулятора 2 энергия, запасенная в дросселе 20, возвращается в источник через обмотку 21 и диод 22 — осуществляется рекуперация энергии преобразователя и входной ток преобразователя 1 SX на время паузы напряжения на выходе модулятора 2 меняет свое направление (фиг,2S,З s„) .

Ток же через диоды 23 в моменты паузы управляющего напряжения не прерывается (фиг.2О Jgs) . Поскольку при изменении угла регулирования М, изменяется момент начала формирования пилообразного выходного напряжения на выходе усилителя 5, соответственно изменяется и величина этого напряжения в момент окончания полупериода, т.е. амплитуда пилообразного напряжения, а так как напряжение на обмотках трансформатора суммируется с напряжением на конден.саторах 13.и 14, то в преобразова.теле регулируется и амплитуда прямоугольного напряжения на обмотках

° трансформатора. На фиг.2 показано, что напряжение Ц на обмотках трансформатора 12 остается практически неизменным при Е А„„ и Е„д„, 1„для соответствующего угла регулирования ec) . Дроссель 18, включенный

1127055 последовательно с диодом 17, исключает броски тока через выпрямители 23 при разряде конденсаторов 13 и 14 на .обмотки 10 и 11 трансформатора 12, обусловленные зарядом конденсато-, 5 ров 24.

В"предлагаемом преобразователе форма напряжения на обмотках трансфбрматора близка к прямоугольной и с изменением угла регулирования регулируется по амплитуде: амплитудное значение напряжения на обмотках трансформатора уменьшается с уве:личением угла регулирования с, .Поэто- 15 му нри выполнении преобразователя многоканальным на каждом выходе достаточно включить только конденсаторы в известных же схемах многоканальных преобразователей с широтно- 20 импульсным принципом регулирования напряжения необходимо на каждом вы-. ходе устанавливать и дроссели. При коротком замыкании любого иэ выхо-. дов преобразователя длительность им- 25 пульсов входного тока ограничивает ; ся током заряда конденсаторов 13 .и 14, а их амплитуда - входным occeaeM .

Такое построение преобразователя позволяет формировать на каждой обмотке выходного трансформатора, нагруженной на выпрямитель с емкост" ным фильтром, переменное напряжение прямоугольной формы, регулируемое по амплитуде за счет сложения широтно-регулируемого ступенчато-пилообразного напряжения на выходе моста с пилообразным напряжением на последовательно соединенных конденсаторах, зашунтированных диодами, т.е. позволяет преобразовать широтно-импульсную модуляцию напряжения в амплитудную и вместе с тем обеспечить самозащиту силовой части преобразователя,, так как бросок тока короткого замыкания нагрузки ограничивается,по амплитуде входным дросселем, а его длительность — временем заряда конденсаторов. Все это расширяет функциональные.возможности преобразователя: позволяет при широтно-импульсном принципе регулирования выходного напряжения увеличивать число выходов (каналов} преобразователя при под- ключении к вторичным обмоткам транс" форматора емкостных выпрямителей. ь

П 27055

Составитель И.Никитин .Редактор К.Волощук Техред Т.Маточка . Корректор А;Зимокосав

Закав 8753/43 Тираж .666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

rio делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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