Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения, а также увеличение КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей 3-6 инвертора 2. Благодаря построению контура обратной связи с использованием сравнивающего усилителя 23, нуль-органа 27 и компаратора 37 в совокупноти с логической частью устройства исключена зависимость выходного напряжения от колебаний напряжения первичной сети и изменений падения напряжения на элементах инвертора.2 и выпрямителя 18. Во время переходных процессов не происходит срабатывания компаратора 26 и переключения ключей 3-6. 3 ил. |%/л ю ;о со 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Л0„ 1293801

А1

584 Н02 М3 335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3961186/24-07 (22) 08.10.85 (46) 28.02.87. Бюл. № 8 (72) И. И. Филиппов, В. П. Фоминых и Б. П. Соустин (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1096742, кл. Н 02 М 3/335, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 756380, кл. G 05 F 1/56, 1978. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения — повышение стабильности выходного нагряжения, а также увеличение КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей 3 — 6 инвертора 2. Благодаря построению контура обратной связи с использованием сравнивающего усилителя 23, нуль-органа 27 и компаратора 37 в совокупноти с логической частью устройства исключена зависимость выходного напряжения от колебаний напряжения первичной сети и изменений падения напряжения на элементах инвертора 2 и выпрямителя 18. Во время переходных процессов не происходит срабатывания компаратора 26 и переключения ключей 3 — 6. 3 ил.

1293801

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при построении мощных вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры в условиях повышенного напряжения первичной сети.

Цель изобретения — повышение стабильности выходного напряжения преобразователя, а также увеличение его КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей инвертора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, 3а и Зб приведены временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу устройства.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения содержит источник 1 (фиг. 1) постоянного напряжения, мостовой инвертор 2, выполненный с использованием транзисторных ключей 3 — 6, обратных диодов 7 — 10, коммутирующего конденсатора 1 1, дросселей 12, 13 и выходного трансформатора 14 с первичной 15 и вторичными 16, 17 обмотками, управляемый выпрямитель 18 с вентилями 19 и 20, сглаживающий Di Cфильтр 21, формирователь 22 пилообразного напряжения, сравнивающий усилитель 23, источник 24 опорного напряжения, делитель 25 напряжения, компаратор 26, нульорган 27, формирователи 28 и 29 импульсов, элементы ЗИ 30, 31, задающий генератор 32, D-триггер 33, счетный триггер 34, раздели- тельные диоды 35 и 36, элемент 2И 37, предварительный (развязывающий) усилитель 38 с выходами 39 — 42., Позициями 43 и 44 на схеме обозначены выходы формирователей 28 и 29 импульсов. Обратные диоды 7-—

10 включены параллельно транзисторным ключам 3 — 6. Коммутирующий конденсатор 11, дроссель 12, а также первичная обмотка 15 трансформатора 14 с дроссслем 13 включены параллельно в выходную диагональ мостового инвертора 2. Питающий вход последнего соединен с выходом источника 1 постоянного напряжения. Вентили 19, 20 выпрямителя 18 подключены к вторичным обмоткам 16, 17 трансформатора 14. Выход выпрямителя 18 через 01.С-фильтр 21 соединен с выводами для подключения нагрузки.

Выход задающего генератора 32 подключен к входу счетного триггера 34. Первый вход сравнивающего усилителя 23 подключен к выходу источника 24 опорного напряжения, а второй вход через делитель 25 напряжения — к выходу DLC-фильтра 21. Вход нуль-органа 27 и первый вход компаратора 26 соединены с выходом сравнивающего усилителя 23. Вход формирователя 22 пилообразного напряжения подключен к выходу выпрямителя 18, а выход — к второму входу компаратора 26. Входы элемента 2И 37 соединены с выходами нуль-органа 27 и компаратора 26. Один из входов 0-триггера 33 подключен к выходу счетного триггера 34.

5 o !

2О

7$

38

453 О

««

Ф другой вход через разделительные диоды 35, 36 — — к выходам элемента 2И 37 и задающего генератора 32, а выходы через предварительный усилитель 38 соединены с выходами 39 — 42 управления транзисторных ключей 3 — 6 инвертора 2. Входы элементов ЗИ

?>О, 31 подключены к выходам нуль-органа 27, задающего генератора 32 и к парафазным выходам В-триггера 33, а выходы через формирователи 28 и 29 импульсов — к управляющим входам выпрямителя 18.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 32 вырабатывает короткие импульсы напряжения. В установившемся режиме напряжение AU на выходе сравнивающего усилителя 23 больше нуля, поэтому на выходе нуль-органа 27 сигнал соответствует логической «1».

В исходном состоянии до момента времени ti (фиг. 2) на выходе триггера 34 и

«а прямом выходе триггера 33 напряжение соответствует уровню логического «О», при этом открыты ключи 3, 6 инвертора 2. С приходом импульса с задающего генератора 32 в момент времени ti открывается вентиль 19 выпрямителя 18. На выходе выпрямителя 1 8 появляется напряжение, которое прикладывается к сглаживающему DLC-фильтру 2! и формирователю 22 пилообразного напряжения, на выходе которого напряжение начинает возрастать со скоростью, пропорциональной напряжению на входе 01.С-фильтра 21.

В момент времени t no заднему фронту импульса задающего генератора 32 триггер 34 переклк>чается в противоположное состояние, и на его выходе устанавливается логическая «1». В момент времени tq напряжение на выходе формирователя 22 пилообразного напряжения достигает уровня выходного сигнала AU сравниваю)цего усилителя 23, и на выходе компаратора 26 появляется импульс, который подается на

С-вход триггера 33 через элемента 2И 37 и разделительный диод 35. Триггер 33 переключается в положение счетного триггера 34, и на его прямом выходе устанавливается логическая «!».

Выходные сигналы В-триггера 33 через предварительный усилитель 38 осуществляют переключения состояний ключей 3--6 инвертора 2. Ключи 3, 6 закрываются, а ключи 4, 5 открываются. Полярность напряжения на обмотках трансформатора 14 изменяется на противоположную, что приводит к закрытию вентиля 9 выпрямителя 18, гlапряжение на входе сглаживающего Dl Cгрильтра 21 становится равным нулкэ. Сигнал на выходе формирователя 22 пилообразного напряжения также спадает до нуля.

В момент времени 4 появляется очередной импульс на выходе задающего генератора 32. Открывается вентиль 20 выпрямителя 18, и процессы в устройстве повторяются аналогично указанному.

1293801

10 (- 24 X+ Кг

2K„ (3) Фор.41ула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный мостовой инвертор с трансформаторным выходом, выпрямитель, вхо;L которого соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора инвертора, а выход через дросссльно-конденсаторный фильтр с выводами для подключения нагрузки, задающий генератор, выход которого 110;l,— ключен к входу счетного триггера. сравнивающий усилитель, первый вход которо1.о подключен к выходу источника опорного

50 напряжения, а второй вход — к выходной цепи дроссельно-конденсаторного фильтра, формирователь пилообразного напряжения, элемент 2И, от,1ичаюи ийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, а также увеличения КПД при формировании безопасной траектории переключения транзисторных ключей инвертора. в него введены нуль-орган, компа ра rop, При отключении входного напряжения в момент времени 4 или при изменении падения напряжения на элементах инвертора 2 и выпрямителя 18 при изменении тока нагрузки происходит изменение скорости нарастания пилообразного напряжения в формирователе 22. В результате переключение ключей 3 — 6 инвертора 2 и запирание проводящего вентиля выпрямителя 18 происходит в момент времени tq, а: не t8.

При амплитуде пилообразного напряжения U22 много меньшей амплитуды напряжения U18 на выходе выпрямителя 18 длительность импульса U18 определяется условием

Ь

Ки 1 318.rtt = (U24 — (121 К28) К2з, (1)

tg где U21 и U24 — напряжения на выходах соответственно DLC-фильтра

21 и источника 24 опорного напряжения;

К вЂ” коэффициент интегрирования;

Кгз — коэффициент передачи делителя 25;

Кгз — коэффициент усиления сравнивающего усилителя 23.

Без учета потерь в 01.С-фильтре 21 его выходное напряжение U21 и напряжение U» . на выходе преобразователя в целом определяются выражением

U21 = Unisex = - (U18 dt, (2) т,, где Т вЂ” период работы преобразователя.

Решая совместно (1) и (2), получают

Из выражения (3) видно, что выходное напряжение U.". не зависит от отклонения напряжения сети н падения напряжения на элементах инвертора 2 и выпрямителя 18.

Во время переходных процессов возможны интервалы времени, когда напряжение

AU на выходе сравнивающего усилителя 23 меньше или равно нулю (вследствие повышения напряжения на выходе преобразователя при сбросе нагрузки) или превышает амплитуду пилообразного напряжения (вследствие снижения напряжения при подключении нагрузки). При этом не происходит срабатывания компаратора 26, что приводит к исчезновению импульсов на С-входе триггера 33 и, следовательно, к прекращению переключения триггера ЗЗ и транзисторов

3 — 6 инвертора 2. Устраняется этот недостаток следующим образом. В интервалах времени, когда напряжение на выходе сравнивающего усилителя 23 меньше или равно нулю (фиг. За), на выходе нуль-органа 27 сигнал соответствует логическому «О». Нулевой сигнал поступает на входы элементов

2И 37 и ЗИ 30, 31, на их выходах сигналы также соответствуют логическому «О». В результате снимаются управляющие импульсы с вентилей 19, 20 выпрямителя 18 и напряжение на его выходе становится равным нулю, что ведет к уменьшению выходного напряжения /.. . Переключение D-триггера 33 и ключей 3 — 6 инвертора 2 происходит Ilo переднему фронту импульсов зада1ощсго генератора 32, поступающих на С-вход триггера 33 через раздепительный диод 36.

В интервалах времени, когда напряжение на выходе сравнивающего усилителя 23 превышает амплитуду пилообразного напряжения U22 (фиг. Зб), сигнал на выходе нульоргана 27 соответствует .погической «1». а на выходе компаратора 26 — логическому

«О». На выходе элемента 2И 37 сигнал также соответствует логическому «0». Персклктчение 0-триггера ЗЗ и ключей 3 — 6 инвсртора 2 происходит tlo переднему фронту импульсов

1Izz зада1ощего генератора 32, поступающих на С-вход триггера 33 через разделительный диод 36. Одновременно поступают управляющие импульсы на вентили 9 и 20 выпрямителя 18. Относительная длительность проводящего состояния вентилей 19 н 20 в этом случае максимальна, что ведет к увеличению выходного напряжения (l

Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения по сравнению с извсстным позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения при малых динамических потерях в транзисторных ключах инвертора и малых тепловых потерях в цепях, формирующих безопасную траекторию псрсключения, что особенно важно при повышенном напряжении первичной части.

D-триггер, два элемента ЗИ, два формиро1293801

ДЦ2. Я

//g

0 йг

078

4гг

Ф

0 » L

0гю

037

//à

Составитель Л. Морозов

Редактор С. Лисина Техред И. Верес Корректор B. Бутяга

3a к а з 393/57 Тираж 66! Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- — 35, Рауп ская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое пре1llpHHTHe, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вателя импульсов и два разделительных диода, дроссельно-конденсаторный фильтр снабжен входным рекуперативным диодом, а выпрямитель выполнен управляемым, причем вход нуль-органа и первый вход компаратора соединены с выходом сравнивающего усилителя, вход формирователя пилообразного напряжения подключен к выходу выпрямителя, а выход — к второму входу компаратора, входы элемента 2И соединены с выходами нуль-органа и компайг а ид

0V а и » а йц а

Уц а

1/1В

0 йг а

//ze

/ г о

1/ Э а, 0Зг

Ыи а ип а йм

0 и и» а ратора, один из входов D-триггера подключен к выходу счетного триггера, другой вход через разделительные диоды — к выходам элемента 2И и задающего генератора, а выходы соединены с цепями управления транзисторных ключей инвертора, входы элементов ЗИ подключены к выходам нуль-органа, задающего генератора и парафазным выходом D-триггера, а выходы через соответствующие формирователи импульсов — к управляющим входам выпрямителя.

0g 1

1

g lJ = м. омп

0)1, 0 1