Импульсный стабилизатор переменного напряжения

 

Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является увеличение КПД и уменьшение массы и габаритов импульсного стабилизатора переменного напряжения. Цель достигается тем, что в стабилизаторе при открытых ключевых элементах 1 и 3 на вход фильт-г ра 5 поступает напряжение с вторичной обмотки трансформатора 8. При открытых ключевых элементах 2 и 3 на вход фильтра 5 поступает выходное напряжение, а при открытых .элементах 1 и 4 - инвертированное входное напряжение . При этом частота импульсов на выходе узла 9 управления выбирается намного больше частоты питающей сети. Узел 9 обеспечивает при напряукеттк сети вьппе номинального попеременное открьгеание ключевых элементов 1 и 2 при постоякло открытом ключевом элементе 3 и постоянно закрытом ключевом элементе 4, а при напряжении сети ниже номинального - попеременное открывание ключевых элементов 3 и 4 при постоянно открытом ключевом элементе i и постоянно закрытом ключевом элементе 2. 2 кл. (Л INS СО со О5 :о 1чЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5р g G 05 F 1/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ1ТИЙ (21) 3796152/24-07 (22) 03.10.84 (46) 23,06.86. Бюл. № 23 (71) Московский технологический .институт (72) П,IT,Ìóõëûíèí, В.П.Самохин и С.И,Червяков (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 498609, кл. С 05 Р 1/30, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1111139, кл. С 05 F 1/30, 1983 ° (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к стабилизированным источникам питания. Целью изобретения является увеличение КПД и уменьшение массы и габаритов импульсного стабилизатора переменного напряжения. Цель достигается тем, что в стабилизаторе при открытых клю„„SU„„1239692 А1 чевых элементах 1 и 3 на вход фильт". ра 5 поступает напряжение с вторичной обмотки трансформатора 8. При открытых ключевых элементах 2 и 3 на вход фильтра 5 поступает выходное напряжение, а при открытых элементах

1 и 4 — инвертированное входное напряжение. При этом частота импульсов на выходе узла 9 управления выбирается намного больше частоты питающей сети. Узел 9 обеспечивает при напряжении сети выше номинального попеременное открывание ключевых элементов и 2 при постоянло открытом ключевом элементе 3 и постоянно закрытом ключевом элементе 4, а при напряжении сети ниже номинального — попеременное открывание ключевых элементов

3 и 4 при постоянно открытом ключевом элементе 1 и постоянно закрытом ключевом элементе 2. 2 ил.

39692 2

1 12

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — увеличение КПД и уменьшение массы и габаритов стабилизатора.

На фиг,l представлена схема импульсного стабилизатора переменного напряжения, на фиг.2 — высокочастотная схема узла управления.

Стабилизатор содержит ключевые элементы 1-4, интегрируюпп и фильтр 5, состоящий из дросселя 6 и конденсатора 7, трансформатор 8 и высокочастотную схему узла 9 управления. K выходу стабилизатора подключена нагрузка 10.

Выход стабилизатора подключен к его входу через вторичную обмотку трансформатора 8, первичная обмотка которого подключена к выходу интегрирующего фильтра 5, первая входная клемма которого через ключевые элементы 1 и 2 соединена с входом стабилизатора, а вторая входная клемма через ключевые элементы 3 и 4 — с его выходом.

Ключевые элементы 1-4 выполнены двухполярными, например, в виде транзистора, включенного в диагональ диодного выпрямительного моста.

К выходу стабилизатора подключен вход узла 9 управления, выходы которого выполнены гальванически развязанными (например, с помощью оптро"нов) и подключены к управляющим входам ключевых элементов 1-4.

Узел 9 управления (фиг.2) содержит последовательно соединенные задающий генератор ll, регулируемый фазосдвигающий узел 12, управляющий вход которого соединен с выходом датчика 13 амплитуды, подключенного своим входом к входу узла 9 управления, ведомьгй генератор 14, а также два логических блока 15 и 16, выходы которых соединены с выходами узла управления. Они содержат по два триггера 17,18 и 19,20 с динамическими входами и по логической схеме ИЛИ 21 и 22. Входы последних соединены с вьгходами триггеров, а прямой и инверсный выходы с выходами узла 9 управления. При этом динамические входы триггеров 17 и 18 логического блока 15 соединены с прямым и инверсным вьгходами ведомого генератора 14, а входы обнуления триггеров — соответственно с прямым и инверсным вьгхо5

55 дами задающего генератора 11. Динамические входы триггеров 19 и 20 логического блока 16 соединены с прямым

p инверсным BbD .Oäàìè задающегo гене— ратора !1, а их входы обнуления соответственно с прямым и инверсным выходами ведомого генератора 14.

Регулируемый фазосдвигающий узел

12 содержит последовательно соединен- ные дифференцирующую цепочку 23, од— новибратор 24 с. регулируемой длительностью импульс". к управляющему вхо— ду 25 сравнения, вход которой является управляющим входом фазосдвигающего устройства, и дифференцируюпгую цепочку 26.

Генераторы 11 и 14 выполнены с использованием двоичных счетчиков 27

M 28 импульсов, счетньгй вход которых подключен к выходу высокочастотного генератора 29, частота импульсов которого много выше частоты задающего генератора !l. Выходами генераторов

11 и 14 являются выходы старших разрядов сче тчиков 27 и 28, а выходом синхронизации ведомого генератора— вход обнуления счетчика 28.

Стабилизатор работает следующим образом.

При открытых ключевых элементах

1 и 3 {остальные ключевые элементы закрыты) на вход фильтра 5 поступает напряжение, рав:ное напряжению на вторичной обмотке трансформатора 8. При открытых ключевьгх элементах 2 и 3 на вход фильтра 5 поступает выходное напряжение, а при открытых ключевых элементах 1 и 4 — инвертированное входное напряжение.

При этом высокочастотная схема узла 9 управления, частота импульсов

HB вьгкоде которой выбирается намно— го болыпе частоты питающей сети, обеспечивает при напряжении сети выme номинального попеременное открывание ключевых элементов 1 и 2 при постоянно открытом ключевом элементе

3 и постоянно закрытом ключевом элементе 4, а при напряжении сети ниже номинального попеременное открывание ключевых элементов 3 и 4 при постоянно открытом ключевом элементе 1 и постоянно закрытом ключевом элементе. 2.

Интегрирующий фильтр 5 отфильтро:вывает высококачественные составляющие импульсов напряжения, поступающих на его вход. В результате на выт 12396 ходе фильтра 5 выделяется напряжение с частотой сети. амплитуда и фаза ка-1 торого регулируется узлом 9 управления.

Напряжение на выходе стабилизата5 ра является суммой двух напряжений: напряженИя сети и напряжения на вторичной обмотке трансформатора 8.

Поэтому, изменяя время открытого состояния соответствующих ключевых элементов и регулируя таким образом амплитуду и фазу напряжения на вторичной обмотке трансформатора 8, узел 9 управления автоматически под— держивает на выходе стабилизатора напряжение постоянной амплитуды.

Так при минимальном входном напряжении постоянно открыты ключевые элементы l и 4, при номинальном входном напряжении — ключевые элементы 1 и 3, / а при максимальном входном напряжении — ключевые элементы ? и 3.

Высокочастотная схема узла управления работает следующим образом, Регулируемый фазасдвигающий узел

12 сравнивает напряжение, пропорциональное амплитуде выходного:напряжения, которое поступает с выхо-. да датчика 13 амплитуды выходного напряжения, с опорным напряжением, и

30 в зависимости ат разности этих напряжений сдвигает импульсы ведома— го генератора 14 относительно имт-ульсов задающего генератора 11.

При напряжении сети выше номинального фаза импульсов ведомого генератора 14 такова, что передний фронт импульсов с его прямого выхода приходит во время импульса на прямом выходе задающего генератора и, следовательно, передний фронт с инверсного выхода ведомого генератора приходит во время импульса на инверсном выходе задающего генератора. Поэтому на выходе триггеров 17 и 18 постоянно нулевой логический уровень, так как передние. фронты импульсов на их динамических входах, по которым происходит переключение этих триггеров, приходят в то время, когда на входах обнуления присутствует единичный логический уровень, абнуляющий эти триггеры. Следовательно„ на прямом выходе логической схемы ИЛИ 21 постоянна нулевой логический уровень, а на инверсном — единичный, и таким образом ключевой элемент 4 постоянно закрыт, а ключевой элемент 3 постоянно открыт.

92 4

При этом триггеры 19 и 20 переключаются с частотой задающего генератора, так как передттие фронты импульcor3 с прямого и инверсного выходов задающего генератора 11 приходят на динамические входы этих триггеров в то время, когда на их входах обнуленгтя нулевые логические уровни» и ус танавливают на выходе этих триггеров единичный логический уровень. После этого триггеры обнуляются импульсами, приходящими на их входы обнуления с прямого и инверсного выходов ведомого генератора 14. В результате на выходе логической схемы ИЛИ 22 появляются импульсы с удвоенной частотой задающего генератора, длительность которых зависит ат сдвига фаз между импульсами задающего и ведомого генератора и равна интервалу времени между передки ти франтами импульсов на их прямых выходах.

Это обеспечигает попеременное включение ключевьlx элементов 1 и 2, так как их управляющие входы подключены к прямому и инверсному выходам логической схемы ИЛИ 22.

При напряжении сети ниже номинального фаза импульсов ведомого генератора такова, -тто передний фронт импульсов с его прямого входа приходит во время паузы на прямом выходе задающего генератора.

При этом на выходах триггеров 19 и 20 логического блока 16 и на прямом выходе логи-теской схемы ИЛИ 22 постоянно нулевой логический уровень и, следовательно, ключевой элемент 1 постоянно открыт, а ключевой элемент

2 постоянно закрыт.

Переключаются же триггеры 17 и 18 логического блока 15, на динамические входь| которых приходят передние фронты импульсов, когда на их входах обнуления нулевой логический уровень, и устанавливают их в единицу. После этого триггеры вновь абнуляются импульсами, приходящими на их вход обнуления. Длительность импульсов на выходе логической схемы ИЛИ 21, час-.ата которых равна удвоенной частоте задающего генератора, зависит от сдвига фаз между импульсами задающего и ведомого генераторов и равна интервалу времени между передними фронтами импульсов на их прямых выходах.

Зто обеспечивает попеременное включение ключевых элементов 3 и 4.

Импульсы с выхода высокочастотного генератора 29, частота которых много вьппе частоты задающего генератора, поступают на счетные входы двоичных счетчиков 27 и 28, выходы старших разрядов которых являются выходами генераторов 1 1 и 14. Такое построение схем генераторов обеспечивает одинаковую частоту задающего и ведомых генераторов и одинаковую скважность импульсов, равную двум.

20

Задний фронт импульса с выхода задающего генератора, пройдя через дифференцирующую цепочку 23, запускает одновибратор 24 с регулируемой длительностью импульса. Поэтому импульс с выхода одновибратора 24, поступая через дифференцирующую цепочку 26 на вход обнуления счетчика 28, своим передним фронтом синхронизирует ведомый генератор, сдвигая его импульсы относительно импульсов задаю35 щего генератора на время импульсов одновибратора, Время импульса одновибратора регулируется автоматически схемой 25

Ю сравнения, подключенной своим выходом к управляющему входу одновибратора, и напряжение на выходе которой линейно зависит от разности опорного напряжения и напряжения, поступающего на ее вход с выхода датчика

13 амплитуды выходного напряжения, 45

5 1239б9

Таким образом, меняя сдвиг фаз между импульсами задающего и ведомого генераторов, обеспечивают требуемый закон переключения ключевых эле— ментов 1-4 и регулируют амплитуду

5 и фазу напряжения на вторичной обмот. ке трансформатора 8, получая на выходе напряжение постоянной амплитуды.

Задающий и ведомый генераторы 11 и 14 и регулируемый фазосдвигающий узел 12 работают следующим образом.

2 б формула изобретения

Импульсный стабилизатор перемен1 ного напряжения, содержащий трансфор матор, первичная обмотка которого подключена к выходу интегрирующего фильтра, а вторичная включена между входной и выходной клеммами одной из силовых птин, причем к входным выводам интегрирующего фильтра подключены своими первыми выводами по два ключевых элемента соответственно, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами узла уп.равления,, отличающийся тем, что., с целью увеличения КПД и уменьшения массы и габаритов стабилизатора„ вторые выводы ключевых элементов, подключенных к первому входному выводу интегрирующего фильтра, соединены с входными клеммами, вторые выводы двух оставшихся ключевых элементов соединены с выходными клеммами, при этом узел управления ,выполнен на датчике амплитуды, регулируемом фазосдвигающем узле, задающем генераторе, ведомом генераторе и двух логических блоках, каждый из которых состоит из двух триггеров и элемента ИЛИ, причем вход узла управления соединен с входом датчика1амплитуды, выход которого подключен к первому входу регулируемого фазосдвигающего узла, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, а выход подключен к входу ведомого генератора, первый выход которого соединен с соответствующими входами первых триггеров логических блоков, остальные входы которых соединены с первым выходом задающего генератора, вторые выходы задающего и ведомого генераторов подключены к соответствующим входам вторых триггеров логических блоков, а выходы триггеров каждого логического блока через свой элемент ИЛИ подключены к соответствующим выходным выводам узла управления.

1239692

Составитель С.Черньппева

Редактор Е.Папп Техред О.Гортвай Корректор И.Муска

Заказ 3395/48 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4