Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения - повышение надежности путем устранения перегрузки силовых транзисторов в моменты включения и выключения. Пороговый элемент 16 включается синхронно с передним фронтом импульса пускового генератора 11 или позже него, но не раньше чем через период следования импульсов блока регулирования напряжения, а выключается синхронно с задним фронтом импульса пускового генератора 11. Поэтому закрывание ключа 13 и открывание ключа 19 происходит в тот момент, когда импульс генератора 11 только начинается или кончается и собственная индуктивность выходного трансформатора 2 разряжается. На входе усилителя 18 мощности не происходит суммирования по длительности импульсов генератора |1 и блока 8 регулирования напряжения, что исключает насыщение трансформатора 2, 3 ил. с S (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

< 11 4 Н 02 M 3/335

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьивлиэi: .г, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1234932 (21) 3945051/24-07 (22) 19. 08. 85 (46) 07. 02. 88. Бюл. 5 (72) В.А.Маркелов, В. С. Аношин и И.П.Тищенко (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1234932, кл. Н 02 М 3/335, 1983. (54) ОДНОТАКТН1 1Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения повышение надежности путем устранения перегрузки силовых транзисторов в моменты включения и выключения.

Пороговьй элемент 16 включается син„„SU„„1372529 А 2 хронно с передним фронтом импульса пускового генератора 11 или позже него, но не раньше чем через период следования импульсов блока регулирования напряжения, а выключается синхронно с задним фронтом импульса пускового генератора 11. Поэтому закрывание ключа 13 и открывание ключа 19 происходит в тот момент, когда импульс генератора 11 только начинается или кончается и собственная индуктивность выходного трансформатора 2 разряжается. На входе усилителя 18 мощности не происходит суммирования по длительности импульсов генератора 11 и блока 8 регулирования напряжения, что исключает насыщение трансформатора 2, 3 ил.

1372529

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники и является усовершенствованием устройства по авт.св. Р 1234932.

Целью изобретения является повышение надежности однотактного преобразователя постоянного напряжения путем снижения перегрузок по току силовых транзисторов при включении и выключении преобразователя.

На фиг.1 приведена электрическая принципиальная схема преобразователя, на фиг.2 и 3 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит усилитель 1 мощности, выходной трансформатор 2, первичная обмотка 3 которого соединена с вьиодом усилителя 1 мощности, а первые выводы вторичной обмотки 4 и обмотки 5 положительной обратной связи — с общей шиной, второй вывод 25 вторичной обмотки 4 подключен через последовательно соединенные выпрямитель 6 и сглаживающий LC-фильтр 7 к выходному выводу и входу блока 8 регулирования напряжения, цепь питания ко- 30 торого через формирователь 9 напряжения подключена к второму выводу втори-:ной обмотки 4, цепи питания усилителя 1 мощности соединена с выходным выводом непосредственно и через 35 резистор 10 — с цепью питания пускового генератора 11, выход которого через первый диод 12 подключен к основному входу первого ключа 13 и входу первого порогового элемента 14, 4р соединенного выходом через второй ключ 15 с управляющим входом первого ключа 13, один управляющий вход управления второго ключа 15 подключен непосредственно к вьиоду пускового 45 генератора 11 коротких импульсов, а другой управляющий вход соединен с выходом второго порогового элемента 16, основной вход первого ключа 13 через второй диод 17 соединен с вторым выводом обмотки 5 положительной обратной связи, а выход первого ключа 13 — с первым входом логической схемы ИЛИ 18, второй вход которой подключен к выходу блока 8 регулирования напряжения через третий ключ 19, управляющий вход которого подключен к выходу второго порогового элемента 16, а выход схемы ИЛИ 18 . соединен с цепью управления усилителем 1 мощности, между входом второго порогового элемента и выходом формирователя напряжения включен резистор 20, а выход пускового генератора подключен к входу дифференцирующей цепи 21, выход которой соединен с входом второго порогового элемента 16.

Рассмотрим работу устройства по временным диаграммам, изображенным на фиг.2 и 3, где UeÄ,„; выходное напряжение пускового генератора 11;

U выходное напряжение блока 8 регулирования, Uex „ è Uebii — соответственно входное и выходное напряжения второго порогового элемента 16, U в„„. U еыкл напряжения соответственно включения и выключения второго порогового элемента 16, U „„ „„„ — выходное напряжение логического элемента ИЛИ 18, Ueö„„ è вык к1

U „„ к — выходное напряжение соответственно первого 13 и третьего 19 ключей.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении на входную клемму устройства подается напряжение, когорое поступает в цепь питания усилителя 1 мощности и через резисгор 10 — в цепь питания пускового генератора 1!. Генератор 11 начинает вырабатывать импульсы напряжения большой скважности (фиг.2а), которые с его выхода поступают на первый управляющий вход второго ключа 15 и через диод 12 — на основной вход ключа 13 и вход порогового элемента 14, Когда амплитуда импульсов выходного напряжения генератора 11 становится достаточной для управления усилителем 1 мощности, с началом каждого импульса генератора 11 пороговый элемент !4 включается, и с его вьиода через ключ 15, открьггый выходным напряжением генератора 11 подается отпирающий сигнал на управляющий вход ключа 13. Выходное напряжение

\ генератора 11 через открьггый ключ 13 и схему ИЛИ 18 поступает в цепь управления усилителя 1 мощности. На обмотках трансформатора 2 формируются напряжения, одно из которьи с второго вывода обмотки 5 через диод 17 поступает на вход порогового элемента 14 и через ключ 13 и схему ИЛИ 18 — в цепь управления усилителя 1 мощности.

1372529

Диод 12 при этом закрываетсю, отбор тока от генератора 11 прекращается и в течение последующего времени, равного -практически длительности им5 пульса выходного напряжения генератора 11, питание цепи управления усилителя 1 мощности осуществляется с обмотки 5 выходного трансформатора 2. В конце импульса выходного напряжения генератора 11 ключ 15 закрывается и вместе с ним закрывается и ключ 13. Напряжение на обмотках выходного трансформатора 2 становится равным нулю и пороговый элемент 14 15 выключается. Таким образом, на обмотках выходного трансформатора 2 формируется последовательность импульсов напряжения с частотой и скважностью импульсов выходного напряжения пуско- щ вого генератора 11. Импульсы напряжения с второго вывода обмотки 4 выходного трансформатора 2 через выпрямитель 6 поступают на вход сглаживающего LC-ôèëbòðà 7, выходное напряже- 25 ние которого имеет малую величину вследствие большой скважности импульсов его входного напряжения. Последовательность импульсов напряжения с второго вывода вторичной обмотки 4 поступает на вход формирователя 9 напряжения, входом которого является вход выпрямителя (не показан), имеющего на выходе емкостной сглажи-. вающий фильтр. Поскольку напряжение на емкостном сглаживающем фильтре пропорционально амплитуде выпрямленного напряжения, выходное напряжение формирователя 9 напряжения быстро возрастает. При выходном напряжении формирователя 9 напряжения, меньшем допустимой величины, пороговый элемент 16 выключен и ключ 19 закрыт.

Когда выходное напряжение формирователя 9 напряжения достигнет минималь- 45 но допустимой для блока 8 регулирования напряжения величины, которая выбирается несколько меньше U на выходе блока 8 регулирования напряжения начинает формироваться;последовательность импульсов с частотой преобразования и скважностью, близкой к двум (фиг.2и, Зб). При этом на вход второго порогового элемента 16 поступает напряжение П „„,равное сумме монотонно нарастающего выходного напряжения формирователя 9 напряжения, поступающего через резистор 20, и выходного напряжения дифференцирующей цепи 1 — в виде последовательности пар двухполярных импульсов, один из которых соответствует переднему, а другой заднему фронту импульса пускового генератора 11 (фиг.2 и Зв). Амплитуда импульсов выходного напряжения дифференцирующей цепи выбирается больше произведения периода частоты следования импульсов блока 8 регулирования напряжения на наибольшую скорость нарастания выходного напряжения формирователя 9 в момент сравнивания этого напряжения с U „„и произведения периода частоты генератора 11 на наибольшую скорость уменьшения выходного напряжения формирователя 9 в момент сравнения этого напряжения

U8 ûê„, а разница между П к гистерезис порогового элемента 16 берется больше удвоенной амплитуды импульсов выходного напряжения дифференцирующей цепи 21. В момент времени t,, когда U „дэ становится больше Uù„ (фиг.2 и Зв), пороговый элемент 16 включается. В общем случае включение порогового элемента 16 может произойти в интервале времени, начало которого совпадает с моментом времени, отстающим от переднего фронта импульсов генератора 11 не менее, чем на период следования импульсов блока 8, а конец совпадает с передним фронтом следующего импульса генератора 11. При этом исключается суммирование по длительности импульсов генератора 11 и блока 8 на выходе схемы ИЛИ 18, например, в момент времени t, когда задний фронт импульса генератора 11 совпадает с передним фронтом блока 8, и монотонно увеличивающийся участок U „„ сравнивается с U „„ (фиг.2 и Ça-r).

По сигналу с выхода порогового элемента 16 ключ 15 перестает открываться импульсами генератора 11 и ключ 13 прерывает доступ импульсов генератора 11 и напряжения обмотки 5 положительной обратной связи в управляющую цепь усилителя 1 мощности, а ключ 19 открывается. При этом в управляющую цепь усилителя 1 мощности через открытый ключ 19 и схему

ИЛИ 18 начинает поступать п следовательность прямоугольных импульсов со скважиостью, близкой к двум (фиг.2 и 3 г), вырабатываемых блоком 8 регулирования напряжения, что поддержи,5 13725 вает необходимый уровень напряжения на выходе формирователя 9 напряжения и обеспечивает нарастание напряжения на выходе устройства. Когда выходное напряжение, устройства дости гает своего номинального значения, блок 8 регулирования напряжения начинает вырабатывать последовательность широтно-модулированных импульсов,дли- 1р тельность которых изменяется обратно пропорционально величине изменения напряжения на выходе устройства, что обеспечивает его необходимую стабильность. При выключении устройства 15 уменьшаются амплитуда импульсов выходного напряжения пускового генератора 11 и выходного напряжения формирователя 9 напряжения, амплитуда импульсов выходного напряжения бло- 2О ка 8 регулирования напряжения, напря, жение Ue„e è выходное напряжение схемы ИЛИ 18 (фиг.2 и 3а-г).,В момент времени t, совпадающий с задним фронтом импульса генератора 11, когда 25

Uex становится меньше 11е к„(фиг.2 и ЗЫ)> пороговый элемент 1Ь выключается, и по сигналу с его выхода ключ 19 закрывается, а ключ 15 начинает открываться импульсами генератора 11, Зб которые вместе с импульсами обмотки 5 положительной обратной связи через открывающий ключ 13 и схему ИЛИ 18 начинают поступать в цепь управления усилителем мощности (фиг.2 и Зг). Как

35 следует из временных диаграмм, выключение порогового элемента произошло в момент времени t >, а не t<, когда задний фронт импульса блока 8 регулирования напряжения совпал с передним фронтом импульса генератора 11, и монотонно уменьшающийся участок Ue,„ сравнялся с U „„„(фиг. 2 и За — в ), в результате этого суммирования по длительности импульсов пускового гене- 45 ратора 11 и блока 8 регулирования на1 пряжения не произошло (фиг.2 и Зг) .

Импульсы генератора 11 и обмотки 15 положительной обратной связи посту29 6 пают в управляющую цепь усилителя 1 мощности до тех пор, пока их амплитуда не станет меньше напряжения включения порогового элемента 14.

В устройстве включение второго порогового элемента проискодит с передним фронтом импульса пускового генератора или позже него, но не раньше, чем через период следования импульсов блока регулирования напряжения, а выключается второй пороговый элемент синхронно с задним фронтом импульса пускового генератора, что исключает суммирование по длительности импульсов пускового генератора и блока регулирования напряжения и, как следствие, насыщение выходного трансформатора, перегрузку по току и мгновенной мощности и выход из строя ключевых элементов силовых транзисторов усилителя мощности, что повышает надежность устройства.

Устройство может быть использовано в качестве импульсного источника вторичного электропитания, силовые транзисторы которого не допускают кратковременной перегрузки по току и мощности.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения по авт.св.11234932, отличающийся тем, что, с целью повьппення надежности путем устранения перегрузки силовых транзисторов в моменты включения и выключения, введены резистор и диф-— ференцирующая цепь, причем вход дифференцирующей цепи подсоединен к выходу пускового генератора коротких импульсов, а выход днфференцирующей цепи подключен к входу второго порогового элемента, соединение которого с выходом формирователя напряжения питания осуществлено через ре-. зистор °

1372529