Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТЬНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСППУБЛИН (51)4 Н 02 М 3/335

/ c,-» . ". / («И у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1283906 (21) 4234320/24-07 (22) 24.04.87 (46) 23.12.88. Бюл. Р 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.М.Пименов и К. Г.Лакирович (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1283906, кл. Н 02 М 3/335, 1987. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного питания. Целью изобретения является снижение уровня пульсаций выходного напряжения путем уменьшения переменной составляющей тока на выходе„ Устройство содержит основной и дополнительный преобразователи напряжения на транзисторах 5 и 29 и накопительных дросселях 1

„„SU„„3446678 А 2 и 25, выходные обмотки 3 и 27 кото» рых через выпрямители 6 и 30 подключены к выходным выводам 23 и 24.

Коллектор силового транзистора 5 связан с базой силового транзистора

29 через последовательно соединенные блоки формирования временного интервала 35 и формирования запускающих импульсов 32 ° Связь между силовыми транзисторами 5 и 29 осуществлена так, что циклы работы второго преобразователя сдвинуты на такт относительно циклов работы первого (когда первый накапливает энергию, второй сбрасывает энергию в нагрузку, и наоборот). При этом ток на выходе имеет предельно-непрерывную форму, амплитуда импульсов тока снижается в два раза, а их частота увеличивается вдвое, что в четыре раза снижает уровень пульсаций выходного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1446678

Иэобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного питания, и является усовершенствованием изобрет:1ия ко

5 авт, rí ° !«1283906.

Цель изобретения — снижение уровня пульсаций выходного напряженйя путем уменьшения перемен«ой составляющей тока на выходе. 10

На чертеже представлена электрическая схема стабилизированного преобразователя постоянного напряже«и я °

СтабилизированньгЛ преобразователь состоит из основного преобразователя, .содержащего накопительный дроссель 1 с обмотками входной 2, выходной

3 и обратной 4 связи, силовой транзистор 5, силовые выпрямитель и 20 фильтр, условно объединенные в блоке 6, вспомогательный транзисторный ключ 7, последовательную РС-цепочку 8 с резистором 9 и конденсато-. ром 10, компаратор 11, делитель нап- 25 ряже!и!я с резисторами 12 и 13, вспо: могательный блок 14 выпрямпения и сглаживания, блок 15 временной задержки, блок 16 запускающих импульсов с двухвходовым элементом 2И 17, инвертором 18 и нуль-органом 19, блок 20 обратной связи, выполненный по схеме дифференциального усилителя с оптронным выходом, блок 21 перво. начального запуска, Схема содержит клемму 22 для подключения потенциального вывода первичного источника питания, а также клеммы 23 и 24 для подключения нагрузки.

Коллектор силового транзистора

5 через входную обмотку 2 накопительного дросселя 1 соединен с клеммой

22, а эмиттер подключен к нине нулевого потенциала. Блок 6 с силовым

ыпрямителем и фильтром включен между выходной обмоткой 3 накопитель23 и 24, ного дросселя 1 и клеммами 23 и 2

К выходу блока 6 подключен вход блока обратной связи. Вход вспомогательного блока 14 выпрямпения и сглаживания соединен с обмоткой 4 обратной связи накопительного дросселя

l, подключенного через балластный резистор (не показан) к эмиттер-базовому му переходу силового транз!астора 5.

Последовательная RC-цепочка 8 включена параллельно обмотке 4 обратной связи накопительного дросселя i. Вспомогательный транзисторный ключ 7 включен параллельно эмиттербазовому переходу силового транзистора 5. Вход резистивного делителя

12,13 напряжения "опк! «- =:=н к « в!ходу вспомогательного локк 4 ьыпр мления и сглаживания, а выход — к одному иэ входов компаратора 1! Другой вход компаратот - . оеп -нен с выводами «" иден...:-.:, .:.:" осяедовательной RC-цепочки 8, а его выход через блок 15 временной задержки — c цепью упраьления вспомотательного транзисторного ключа 7. Выход блока

20 обратной связи включен параплельно резистору 13 делителя 12 13 напряжения. Блок 21 первоначального запуска включен между клеммой 22 и выходом вспомогательного блока 14 выпрямления и сглаживания, Первый вход блока l á формирования запускающих импульсов (вход нуль-органа 19) соединен с выводами обмотки 4 обратной связи накопительного дросселя 1, второй вход (вход инвертора IS )— с выходом блока I5 временной задержки, а выход (выход элемента 2И 17 )с цепью управления силового транзистора 5. В блоке 16 формирования запускающих импульсов выходы нульоргана 19 и инвертора 18 подключены к входам элемента 2И 17.

Кроме того, имеется дополнительный преобразователь, содержащий накопительный дроссель 25 с обмотками входной 26, выходной 27 и обратной связи 28, силовой транзистор 29, силовой выпрямитель 30, вспомогательный транзисторный ключ 31, блок 32 формирования запускающих импульсов с двухвходовым элементом 2И 33 и нуль-органом 34 и блок 35 формирования временного интервала.

Коллектор силового транзистора

29 через входную обмотку 26 соединен с клеммой 22, а эмиттер подключен к шине нулевого потенциала, Силовой выпрямитель включен между выходной обмоткой 27 накопительного дросселя 25 и клеммами 23 н 24,.

Обмотка 28 обратной связи накопительного дросселя 25 подключена через балластный резистор (не показан) к эмиттер-базовому переходу силового транзистора 29. Вспомогательный транзисторный ключ 31 включен паралллельно эмиттер-базовому переходу силового транзистора 29.

446678 з 1

Первый вход глокя 32 запускающих импульсов (нход нуль-органа 34) соединен с выводами обмотки 28 обратной связи накопительного дросселя

25, а выход (выход элемента 2И 33 )с цепью управления силового транзис-, тора 29, В блоке 32 формирования saпускающих импульсов выход нуль-органа 34 подключен к одному из входов элемента И 33.

Блок 35 формирования временного интервала содержит первый 36 и второй 37 транзисторы, резисторы 38-40; конденсатор 41 и резистивный делитель 6 с резисторами. 42 и 43. Коллектор первого транзистора 36 через резистор 38, а также база и коллектор второго транзистора 37 соответственно через резисторы 39 и 40 подключены к выходу вспомогательного блока

14 выпряиления и сглаживания первого ПН. Конденсатор 41 включен между коллектором первого транзистора 36 и базой второго транзистора 37 . Реэистивный делитель, состоящий из реэис" торов 42 и 43, подключен параллель" но коллектор-эмиттерному переходу силового транзистора 5 первого ПН.

Вход блока 35 (базовый вывод первого транзистора 36) соединен со средней точкой делителя.из резисторов 42 и 43, Первый выход блока 35 (коллектор, транзистора 37 ) соединен с одним из входов элемента 2И

33 блока 32 формирования запускающих импульсов. Второй выход (эмиттер транзистора 37) подсоединен к цепи управления вспомогательного транзисторного ключа 31. Эмиттер транзистора 36 подключен к шине нулевого потенциала.

Работу преобразователя рассмотрим для установившегося режима, когда на его выходе (клеммы 23 и 24) поддерживается определенное напряжение и подключена нагрузка. При этом будем считать, что с помощью блока

21 первоначального запуска осущест< влен запуск преобразователя и питание элементов преобразователя осуществляется с выхода вспомогательного блока 14 выпрямпения и сглаживания.

Вначале рассмотрим работу .основного преобразователя с момента запирания силового транзистора 5. Принятому состоянию силового транзистора

5 соответствуют следующие состояния упралпямщих пепей. Напряжение на конденсаторе 10 выше напряжения на резисторе 13. Компяратор 11 находит5 ся в состоянии с нулевыи выходным напряжением. На выходе блока 15 временной задержки присутствует единич-, ный сигнал, а на выходе блока 16 формирования запускакщих импульсовнулевой сигнал. Вспомогательный тран- . зистор 7 открыт. Здесь и далее по

J тексту сигнал высокого уровня на входе или выходе элемента схемы управления считается.единичныи, а сигнал низкого уровня - нулевым.

При эапирании силового транзистора напряжение на обмотках накопитель" ного дросселя изменяет свою полярность. Поэтому с выходной обиотки 3 трансформируется импульс тока в цепь нагрузки через выпрямитель 6. ОдноI временно напряжением отрицательной полярности с обмоткой 4 обратной свя- зи разряжается конденсатор 10 и на25 дежно удерживается в закрытом состоянии силовой транзистор. При снижении напряжения на конденсаторе 10 до величины, несколько меньшей напряжения на резисторе 13, переключа30 ется компаратор ll в единичное состояние по выходу и запускается блок

l5 временной задержки.

Через промежуток времени задержки ,8t > на выходе блока 15 вреиенной

35 задержки появляется нулевой сигнал.

Этим сигналом закрывается вспомогательный .транзисторный ключ 7. Одна", ко,силовой транзистор 5 продолжает удерживаться в закрытом состоянии

4 отрицательным напряжением, наведен+ ным в обмотке 4 обратной связи накопительного дросселя l Этим напряжением нуль-орган 19 удерживается в нулевом состоянии по выходу и

45 иа выходе элемента 2И 17 присутсгвует нулевой сигнал.

Нуль-орган 19 формирует единичный сигнал на выходе при наличии нулевого входного сигнала и нулевой на выходе при любой полярности входного.

В момент времени, когда заканчивается сброс тока с выходной обмотки

3 накопительного дросселя 1 в нагрузку н напряжение, наведенное в обмотках выходной 3 и обратной 4 связи, становится равным нулю, на выходе нуль-органа 19 появляется- единичный сигнал, под действиеи которого на выходе блока 16 формирова"

i46678

5 1( ния запускающих импульсов появляется единичный сигнал. В базовую цепь силового транзистора 5 подается запускающий импульс тока и последний открывается. В результате к входной обмотке 2 дросселя 1 прикладывается постоянное входное напряжение н ток в этой обмотке начинает линейно нарастать, и соответственно запасается энергия электромагнитного поля.

Под действием напряжения, наведенного в обмотке 4 обратной связи дросселя 1, заряжается конденсатор 10 последовательной RS-цепочки, а нуль-орган 19 переключается в нулевое состояние по выходу, снимая запускающий импульс тока, авиловой транзистор 5 удерживается в открытом состоянии положительным напряжением с обмотки 4 обратной связи.

Когда напряжение на конденсаторе

10 RC-цепочки 8 сравняется, а затем превзойдет напряжение на резисторе

13, компаратор 11 йереключается в состояние с нулевым сигналом на выходе. Одновременно переключается в единичное состояние по выходу блок временной задержки. Единичным сигналом с выхода блока временной задержки открывается вспомогательный .транзистор 7 и соответственно закрывается силовой транзистор. При этом накопленная за время заряда конденсатора 10 энергия электромаг-: нитного поля во входной обмотке 2 передается через выходную обмотку 3 на выход устройства в виде импульса тока, имеющего форму "прямоугольного треугольника". Дапее процессы . повторяются в укаэанной последовательности. Для оптимального соотнощения параметров силовой части преобразователя длительность накопления тока в входной обмотке равна длительности передачи импульса тока в цепь нагрузки.

Теперь рассмотрим работу дополнительного преобразователя, управляемого сигналами блока 35 в зависимости от работы основного преобразователя.

Когда открывается силовой транзистор 5 основного преобразователя, напряжение на переходе коллектор - эмиттер становится равным нулю. Этим нулевым сигналом через резистивный делитель 42, 43 напряжения надежно закрывается транзистор 36 линии

35 задержек Через резистор 38 бло ка 35 происходит з аряд конденсатора

41 и открывается транзистор 37. Током, протекающим через резистор 40 и транзистор 37 линии задержки, открывается вспомогательный ключ 31, шунтируя своим выходом база-эмиттерный переход силового транзистора 29, надежно запирая последний. Одновременно нулевым сигнапом с коллектора транзистора 37 элемент 2И 33 блока

32 Формирования запускающих импульсов удерживается в состоянии с нулевым уровнем сигнапа на выходе.

При этом электромагнитная энергия, накопленная.в обмотке 26 дросселя 25,в предыдущий отрезок времени, передается через выходную обмотку 27 ,накопительного дросселя 25 и выпрямитель 30 на выход устройства в виде импульса тока.

В момент .запирания силового транзистора 5 основного преобразователя напряжением с средней точки реэистивного делителя 42, 43 открыва" ется транзистор 36 и начинается перезаряд конденсатора 41 через резистор

39 и открытый транзистор 36.

При этом запирается транзистор

37 и соответственно запирается вспомогательный ключ 31. С коллектора за" пертого транзистора 37 сигнал высокого уровня подается на первый вход элемента 2И 33 блока 32. В момент времени, когда заканчивается сброс тока с выходной обмотки 27 дросселя 25 через выпрямитель 30 в нагруэ" ку, напряжение, наведенное в выход" ной обмотке 27 и обмотке 28 обратной связи, становится равным нулю. Это ведет к переключению нуль-органа 34 блока 32 в единичное состояние по вы. ходу, а на выходе элемента 2И 33 (выходе блока 32 ) появляется единичный сигнал. Под действием этого сигнала в базу силового траиэисто" ра 29 подается запускающий импульс тока и последний открывается.. В результате к входнсй обмотке 26 дросселя 25 прикладывается постоянное входное напряжение и ток s этой об" мотке начинает линейно возрастать.

Под действием положительного напряжения, наведенного в обмотке 28 обратной связи дросселя 25, дополнительно подается ток в базовую цепь силового транзистора ?9 и последний удерживается и открытом состоянии.

7 14

Нуль-орган 34 этим сигналом переводится в нулевое состояние по выходу, блокируя запускающий импульс тока с выхода элемента 2И 33 блока 32 формирования запускающих импульсов.

Длительность открытого состояния силового транзистора 29 равна длительности разряда конденсатора 4) линии задержки. Путем выбора одинаковых значений резисторов 38 и 39 цепей заряда и переэаряда конденсатора

41 достигается равенство длительностей открытого состояния силовых транзисторов основного и дополнительного преобразователей. Поэтому ток во входной обмотке 26 дополнительного преобразователя повторяет форму тока н основном преобразователе, При одинаковых обмоточных данных накопительных дросселей 1 и 25 токи аналогичны и во вторичных обмотках.

Таким образом, при организации симметричного цикла работы основного преобразователя (время накопления энергии в виде роста тока в входной обмотке 2 равно времени отдачи энергии в нагрузку в виде импульса тока в выходной обмотке 3 )и равенстве длительности разряда конденсатора 41 его длительности заряда дополнительный преобразователь также работает по симметричному циклу. Циклы работы второго преобразователя сдвинуты на такт относительно циклов работы первого (когда первый накапливает энергию, второй сбрасывает энергию в нагрузку, когда первый сбрасывает энергию в нагрузку, второй накапливает энергию).

Общий ток, текущий и фильтрующий конденсатор блока 6 и н нагрузку, имеет предельно непрерывную форму

При отклонении выходного напряжения преобразователя от заданного значения, например по причине повышения напряжения первичного источника питания, блок 20 обратной связи устраняет возникшее отклонение следующим образом. При превышении выходного напряжения над заданным на выходе дифференциального усилителя блока 20 обратной связи появляется сигнал, шунтирующий резистор 13.

Напряжение на средней точке делите ля 12, 13 и соответственно на неинвертирующем входе компаратора 11 уменьшается, При этом переключение

46678 8 компаратора 11 в нулевое состояние по выходу происходит при меньшем напряжении на конденсаторе 10 RC-цепочки 8. Это ныэынает уменьшение времени открытого состояния силового транзистора 5, уменьшение энергии, эапасаемой в дросселе 1 и отдаваемой в нагрузку и соответственно уменьшение времени открытого состояния силового транзистора 29 и уменьшение энергии, запасаемой в дросселе 25 и отдаваемой в нагрузку. В результате преобразователь стабилизирует выходное напряжение, а количество передаваемой с входа на выход энергии всегда равно энергии, потребляемой в нагрузке °

За счет реализации н устройстве поочередной работы первого и второго преобразователей ток в нагрузке приближается к предельно непрерывной форме, поэтому амплитуда импульсов тока в нагрузке снижается в дна раза, а их частота повышается вдвое, Поэтому уровень пульсаций н выходном нап" ряжении снижается в четыре раза.

Формулаизобретения

1. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения по ант. св. Р 1283906, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения уровня пульсаций выходного напряже35 ния путем уменьшения переменной составляющей тока на выходе, н него введены дополнительный преобразователь, силовая часть которого, нклю40 чающая в себя силоной транзистор, накопительный дроссель с обмотками входной, выходной и обратной связи, силовой выпрямитель и вспомогательный транзисторный ключ выполнена аналогично основному преобразователю, 45 а также блок формирования временного интервала, резистивный делитель и блок формирования запускающих импульсов, причем нход блока формиронания временных интервалов подключен

50 к коллектору силового транзистора основного преобр аз ователя через резистивный делитель, первый выход соединен с первым входом блока формирования запускающих импульсов, второй

55 выход — с управляющим входом вспомогательного транзисторного ключа, второй вход блока формирования запускающих импульсов соединен с выСоставитель И.Войтович

Техред 7l.Сердюкова

Корректор О, Кравцова

Редактор В.Данко

Заказ 6753/56 Тираж 666 Подписное

В11И11ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

° .

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

9 14 водом обмотки обратной связи, а выход — с базой силового транзистора.

2 Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок фОрмирования временных интервалов содержит первый и второй транзисторы, коллектор первого, база и коллектор второго транзисторов подключены соответственно через первый, второй и третий резисторы к выходу вспомогательного блока выпрямления и сглаживания основного преобразователя, при этом первый и второй резисторы имеют одинаковое сопротивление, и конденсатор, включенный между кол46678 10 лектором первого и базой второго транзистора, базовый вывод первого транзистора является входом, а коллектор и эмиттер второго транзистора являются соответственно первым и вторым выходами блока.

3. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок

1О Формирования запускающих импульсов содержит элемент И, выход которого является выходом блока, и нуль-орган, выход которого подключен к второму входу элемента И, а первый вход элеl5 мента И и вход нуль-органа являются соответственно первым и вторым входаьи блока.