Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к элект ротехнике, в частности к вторичным источникам питания. Цель изобретеНИН повышение КПД н надежности nj тем устранения несимметричного ретчИ- ма работы, выходного трансформатора Устройство содержит широтно-импульсньй модулятор 1, генератор пилооб-разного напряжения 2, задающий генератор 3, селектор 4, делитель часто ты (ДЧ) 5, усилитель (У) 6, транзис торы регулируемого инвертора, Id выпрямитель (в) 11, фильтр- (ф) 12, (Л С У 13, суммирующее устройство 14, цепь обратной связи, состоящую из У 20 и датчика несимметрии 15. Вве дение В 16, компаратора 18, Ф 17, коммутаторов 19 и 21 и подключение цепи обратной связи к ДЧ 5 и суммирующему устройству 14 обеспечивает

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„12

А1 (5I)4 Н 02 М 3/337

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3915395/24-07 (22) 20.06.85 (46) 30,10.86. Бюл. № 40 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В. И. Ленина (72) Л. Г. Лисицын и А. К. Мазуренко (53) 621.314.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 479101, кл. С 05 F 1/64, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 517014, кл. С 05 F 1/56, 1976.

Буденный А. П., Колосов В. А.

Транзисторный инвертор повышенной надежности. - ЭТвА, вып. 6, 1974, с. 66-71.

Глибицкий М. M., 1«1озенина Н. С.

Способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора транзисторного преобразователя. - ЭТвА, вып. 10, 1978, с. 122-124.

Авторское свидетельство СССР

¹ 855644, кл. С 05 F 1/64, 1981. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к элект ротехнике, в частности к вторичным источникам питания. Цель изобретения — повышение КПД и надежности п; тем устранения несимметричного режима работы выходного трансформатора.

Устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, генератор пилообразного напряжения 2, задающий генератор 3, селектор 4, делитель частоты (ДЧ) S, усилитель (У) 6, транзисторы 7-10 регулируемого инвертора, выпрямитель (В) 11, фильтр.(ф) 12, У 13, суммирующее устройство !4 цепь обратной связи, состоящую из

У 20 и датчика несимметрии 15. Введение В 16, компаратора 18, Ф 17, коммутаторов 19 и 21 и подключение цепи обратной связи к ДЧ 5 и суммирующему устройству 14 обеспечивает выравнивание длительности управляющего сигнала Т 7-10 Схема регулятора, суммируясь с сигналом обрат,ной связи, воздействует на IIIHN 1, 1267560 который изменяет фазу импульсов уп-! равления так, чтобы установился симметричный режим работы выходного трансформатора. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании вторичных источников питания для радиоэлектронной aëïàратуры и в преобразовательной тех- 5 нике.

IIåëü изобретения повышение КПД и надежности путем устранения несимметричного режима работы ныходного

10 трансформатора.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства; на фиг. 2 и 3— временные диаграммы сигналов устройства. !

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит широтно-импульсный моцуляTîð 1, модулирующии Вхор которого подключен к выходу генератора 2 пилообразного (треугольного) напряже20 ния, который в свою очередь своим входом подключен к прямому выходу задающего генератора 3 прямоугольных колебаний а выход через селектор

Э

25 первые входы которого подключены к прямому и инверсному выходам задающего генератора 3 и входам двух триггеров делителя частоты 5, прямые и инверсные выходы которых подключены к вторым входам селектора 4, и усилитель 6 импульсов подключен к входам транзисторов 7-10 регулируемого инвертора, выход которого посредством цепи обратной связи по напряжению, содержащей последовательно З5 соединенные выпрямитель 11, фильтр

12, усилитель 13, подключен через суммирующее устройство 14 к входу постоянного тока широтно-импульсного модулятора 1 и обратную связь по 40 току, состоящую из датчика 15 несимметрии, выпрямителя 16, RC-фильтра

17, компаратора 18, первого коммутатора 19, усилителя 20, второго коммутатора 21, причем указанный датчик 15 несимметрии своей первой об1 моткой включен последовательно и согласно с первичной обмоткой выходного трансформатора 22, второй обмоткой последовательно с:вторичной обмоткой трансформатора 22, а третьей обмоткой подключен к входу выпрямителя

16, выход которого подключен к одному из входов компаратора 18 непосредственно, а к другому — через фильтр

17, выход компаратора подключен к управляющему входу первого коммутатора 19, вход которого подключен в свою очередь к третьей обмотке дат ника 15 несимметрии, а выход — к входу усилителя 20, прямой выход которого подключен к первому входу второго коммутатора 21, а инверсный выходк второму входу того же самого коммутатора, объединенный выход которого подключен через второй вход сум» мирующего устройства 14 к входу по постоянному току широтно-импульсного модулятора 1, Управляющие входы второго коммутатора 21 подключены к прямому и инверсному выходам второго триггера делителя 5 частоты, 23 индикатор напряжения.

Устройство работает следующим образом.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу стабилизированного преобразователя напряжения без цепи обратной связи по току намагничивания, причем: 24 - сигнал на прямом выходе задающего генератора 3 прямоугольных колебаний;. 25— сигнал на выходе генератора 2 пилообразного (треугольного) напряжения;

26 — сигнал на прямом выходе первого триггера делителя 5 частоты; 27 - сигнал на прямом выходе второго триггера делителя 5 частоты; 28 — сигнал на выходе широтно-импульсного модулятора 1; 29 — сигнал на выходе первой схемы И селектора 4 импульсов;

30 — сигнал. на выходе второй схемы И

1267 селектора 4 импульсов; 31-34 — выходные сигналы соответственно на первом, втором, третьем и четвертом выходах селектора импульсов; 35-38 — выходные сигналы соответственно на первом, втором, третьем и четвертом выходах усилителя 6 импульсов; 39 — сигнал на выходе преобразователя напряжения (сигнал на первичной обмотке силового трансформатора .22). 10

Диаграммы на фиг. 2 приведены для случая идеального режима работы преобразователя. Несимметрия работы преобразователя или его параметров npufводит к отклонению от симметричного цикла перемагничивания сердечника выходного трансформатора инвертора и приводит к одностороннему намагничиванию последнего, которое проявляется в искажении формы и увеличении амплитуды намагничивающего тока, На фиг. 3 показаны импульсы 40 намагничивающего тока в состоянии одностороннего намагничивания сердеч- 25 ника. Эти импульсы (имеющие равные вольт-секундные площади) снимают с третьей обмотки датчика 15 несимметрии, выпрямляются выпрямителем 16 (диаграмма 41) м поступают на пря- 30 мой вход компаратора 18, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 17 (например, RC-фильтра), пропорциональный среднему значению выпрямленного напряжения импульсов тока намагничивания. На выходе компаратора 18 формируются управляющие импульсы (диаграмма 42) первого коммутатора, который подключает импульсы тока намагничивания 40 на время действия этих импульсов к входу усилителя 20 (диаграмма 43).

Таким образом, на вход усилителя подаются сигналы, отображающие в некотором масштабе максимальные эначе- 45 ния токов в положительный и отрицательный полупериоды работы преобразователя. Усилитель 20 (инерционное звено) выделяет усредненный сигнал иэ сигнала 43 (диаграмма 44) и ин- 50 вертирует последний. Прямой и инверсный сигнал с выхода усилителя 20 поступает на коммутатор 21, на выходе которого под действием переключающих сигналов от второго триггера делите- 55 ля 5 формируется сигнал 45, амплиту да которого пропорциональна небалансу тока намагничивания.

560 4

Сигнал 45 поступает на вход суммирующего устройства 14, где происходит суммирование данного сигнала с сигналом усилителя 13 обратной связи.

Суммарный сигнал сравнивается на модуляторе с сигналом пилообразного напряжения (диаграмма 46), Воздействие сигнала с выхода коммутатора 21 на вход суммирующего устройства приводит к установлению такой длительности полуволн напряжения на первичной обмотке трансформатора, которая обеспечивает симметричное значение максимального тока намагничивания в течение двух полупериодов напряжения и, следовательно, отсутствие одностороннего:намагничивания сердечника.

Выходное напряжение стабилизированного преобразователя приведено на диаграмме 47. Импульсы управления транзисторами преобразователя приведены на диаграммах 48, 49.

Допустим имеет место асимметрия выходного. напряжения преобразователя вследствие неравных времен рассасывания силовых транзисторов. Эта асимметрия выражается в разных длитепьностях полуволн выходного напряжения

47 (на диаграмме показано штриховьтми линиями).

В момент 1 равенства напряжения выходного сигнала усилителя 13 обрат ной связи по наряжению и сигнала пилообразного напряжения включаются транзисторы 7 и 9, к первичной обмотке трансформатора 22 прикладывается напряжение питания преобразователя напряжения. В момент t< снимается отпирающий импульс транзистора

9, но последний выключается .в момент

С после рассасывания неосновных носителей и восстановления напряжения на данном транзисторе. Через время

t р = t< — t< разрешается подача отпирающего импульса на транзистор 10, Это осуществляется специальной схемой, включаемой в схему усилителей 6 импульсов (на фиг. 1 не показана) для исключенная сквозных токов между смежными транзисторами. Работа этой схемы здесь не рассматривается. В мо-. мент включается транзистор 10 и первичная обмотка трансформатора 22 заьаякается накоротко через транзисторы 7 и 10 (либо шунтирующий диод, на фиг. 1 не показан), напряжение

1на обмотке равно нулю. В этом режиме происходит разряд тока намагничива7560

20

5 l 26 ния трансформатора. В момент t> подается управляющий импульс на отпирание транзистора 8, но этот импульс пройдет на входную цепь данного транзистора только после выключения транзистора 7 через время t p

47. В момент t9 на первичной обмотке трансформатора 22 появляется напряжение питания преобразователя.

В момент т,„ снимается включающий импульс с транзистора 10 и подается импульс на транзистор 9. Вследствие мапого времени рассасывания транзистора 10 импульс на транзистор 9 подается практически беэ всякой задержки. После включения транзистора. 9 наступает режим короткого замыкания выходного трансформатора через транзисторы 8 и 9. Далее процесс повторяется.

В результате разного времени рассасывания транзисторов преобразователь имеет неравные по длительности полуволны выходного напряжения., По- 25 ложительная полуволна выходного напряжения имеет длительность отрицательная t 9 t,)(, Разная длительность полуволн приводит к одностороннему намагничиванию трансфор-З0 матора, к одностороннему возрастанию максимального значения тока намагничивания, которое фиксируется схемой регулирования тока намагничивания (узлы 16 — 21 на фиг, 1). Схема регулятора вырабатывает сигнал Ug который, суммируясь с сигналом обратной связи по напряжению Б„ основного контура регулирования, воздействует на модулятор 1, последний изменяет 40 фазу импульсов 49 управления так, чтобы установился симметричный режим работы преобразователя по току намагничивания выходного трансформатора.

Любая асимметрия преобразователя 45 приводит к изменению амплитуды и формы тока намагничивания сердечника выходного трансформатора. Обнаружить наступающее насыщение трансформатора задолго до его появления, ког-50 да увеличение первичного тока:1., еще незаметно, можно только при помощи датчика тока намагничивания трансформатора, который выполняет операцию, I

i ш = i, — i„Регулирование, выпол- 55 ненное с использованием такого датчика, эффективно при несимметрии любого рода, в том числе и нагрузки, и в этом смысле оно является универсальным, Предложенный регулятор осуществляет непрерывное регулирование намагничивающего тока в зависимости от величины несимметрии максимальных значений его на интервалах положительного и отрицательного полупериодов выходного напряжения, Устранение несимметричного режима работы выходного трансформатора приводит к снижению амплитудного тока в транзисторах инвертора, что повышает

КПД и надежность устройства °

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовые транзисторы, выходной трансформатор и блок управления, включающий в себя последовательно соединенные задающий генератор, I генератор пилообразного напряжения и

1широтно-импульсный модулятор, а также делитель частоты, входы которого подключены к прямому и инверсному выходам задающего генератора, селектор, управляющие входы которого подключены к выходу широтно-импульсного модулятора, задающего генератора и делителя частоты, усилитель, управляющие входы которого подключены к выходам селектора, а выходы — к силовым транзисторам, цепь обратной связи регулирования по выходному нanряжению, подключенную к одному входу суммирующего устройства, выходом соединенного с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, цепь обратной связи по току намагничивания выходного трансформатора, состоящую из датчика несимметрии тока намагничивания и усилителя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем устранения несимметричного режима работы выходного трансформатора, введены выпрямитель, компаратор, фильтр и два коммутатора, причем выход датчика несимметрии тока намагничивания соединен с входом выпрямителя и сигнальным входом первого коммутатора, а выход выпрямителя подключен к одному входу компаратора непосредственно, а к другому — через фильтр, выход компаратора подключен к управляющему входу первого коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя, прямой и инверсный выходы которого подкхпочены к сигнальным входам второго коммутатора, управляющие

=Г35

М л зв

Составитель И. Войтович

Редактор М. Келемеш Техред Д.Олейник Корректор Л. Пилипенко

Заказ 5792/55

И

27

2d

39

Ю

Sf

Ы

33

1267560 8 входы которого подключены к выходам делителя частоты, а выход — к другому входу суммирующего устройства.

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственчого комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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