Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения
Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах электропитания для преобразования и стабилизации постоянного напряжения . Цель изобретения - упрощение и обеспечение защиты преобразователя по току нагрузки. Поставленнаяцель достигается за счет исключения силового переключающего коммутатора и использования входных зажимов одной из преобразовательных ячеек в качестве датчика тока. Для этого в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения, содержащем одну регулируемую ячейку 2 и несколько нерегулируемых преобразовательных ячеек 1, задающий генератор 4, выход которого подключен к управляющим входам нерегулируемых преобразовательных ячеек и входу синхронизации блока (ШИМ) широтноимпульсных модуляторов 3, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя, а выход к управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки 2, и пороговый элемент 5, преобразовательные ячейки включены последовательно по входу и параллельно по выходу, вход порогового элемента подключен к вхо (С (Л с 4 ел
COIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 g 4 Н 02 М 3/335
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
4ъ
Сл
Ю
C)
С0
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4263932/24-07 (22) 19.05.87 (46) 07.01.89. Бюл. У 1 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Н.П. Пухляков,. В.И. Тихонов, В.В. Авдеев и Д.В. Авдеев (53) 621.314.057(088.8) (56) Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 258.
Там же, с. 254. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах электропитания для преобразования и стабилизации постоянного напряжения. Цель изобретения — упрощение и обеспечение защиты преобразователя по току,нагрузки. Поставленная. цель достигается эа счет исклю„„SU„„1450050 чения силового переключающего коммутатора и использования входных зажимов одной из преобразовательных ячеек в качестве датчика тока. Для этого в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения, содержащем одну регулируемую ячейку 2 и несколько нерегулируемых преобразовательных ячеек 1, задающий генератор 4, выход которого подключен к управляющим входам нерегулируемых преобразовательных ячеек и входу синхронизации блока (ШИМ) широтноимпульсных модуляторов 3, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя, а выход к управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки 2, и пороговый элемент 5, преобразовательные ячейки включены последовательно по входу и параллельно по выходу, вход порогового элемента подключен к вхо1 ду одной из нерегулируемых преобр@1 зовательных ячеек, а егo выход— к входу задающего генератора 4. Такое включение преобразовательных ячеек обеспечивает стабилизацию
1450050 выходного напряжения путем изменения относительного угла управления на входе только одной регулируемой преобразовательной ячейки 1. 6 ил.
Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям на ключевых элементах, и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной .аппаратуры.
Цель изобретения — упрощение и обеспечение защиты преобразователя по току нагрузки.
На фиг. t представлена структурная схема изобретения; на фиг. 2-6 графики, поясняющие его работу.
На графиках приняты следующие обозначения:
Š— напряжение источника питания;
U опорное напряжение;
Rq — сопротивление нагрузки;
U в„,,— напряжение на входе i--й неti регулируемой ячейки;
0 „ — напряжение на входе регулируемой ячейки;
Птр, э
U - напряжения на выходе промежуточного трансформатора соответственно нерегулируемой и регулируемой ячеек;
- относительный угол управления;
К„ — коэффициент регулирования выходного напряжения преобразователя;
U — напряжение на выходе устройства;
Рц — мощность нагрузки;
Р„ — мощность, передаваемая в нагрузку i-й нерегулируемой ячейкой;
P — мощность, передаваемая в нагрузку регулируемой ячейкой;
n — число нерегулируемых преобразовательных ячеек.
Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит ряд нерегулируемых преобразовательных ячеек 1.1, 1,2, ..., 1.п, входящих в блок. нерегулируемых преобразовательных ячеек 1, регулируемую преобразовательную ячейку 2, блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 3, задающий генератор 4 и пороговый элемент 5, Все преобразовательные ячейки 1.1, 1.2. .., 1.п, 2 включены последовательно по входу и параллельно по выходу, выход за10 дающего генератора 4 подключен к управляющим входам нерегулируемых преобразовательных ячеек 1.1, 1.2, 1.п и входу синхронизации блока ШИМ 3, управляющий вход которого подключен
Я к выходу преобразователя, а выходк управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки 2, один вход порогового элемента 5 подключен к входу нерегулируемой преобра20 зовательной ячечки 1, a его выход— к входу задающего генератора 4, на второй вход порогового элемента 5, подается опорное напряжение U, Нерегулируемые преобразовательные
25 ячейки 1.1, 1.2, ..., 1.ï могут быть выполнены по любой известной схеме с промежуточным трансформатором (мостовой, полумостовой, со средней точкой) и с конденсатором на входе.
ЗО Конденсатор может быть общим для всех нерегулируемых ячеек. Регулируемая преобразовательная ячейка 2 также может быть выполнена по любой известной схеме, например, по мостовой схе 5 ме с конденсатором на входе и с дросселем на выходе. Конденсатор выходного фильтра может быть общим для всех преобра.зовательных ячеек. Промежуточные трансформаторы всех преобразова4g тельных ячеек имеют одинаковый коэффициент трансформации.
Устройство работает следующим образом.
После включения питания закуска45 ется задающий генератор 4, управляю1450050
Н = Нвх,, Ктр,.
Вх тРв (2) ределить руемой 2
1,п (тр, K щий нерегулируемыми преобразовательными ячейками 1.1, 1.2, ..., 1.п и через блок ШК1 3 — регулируемой преобразовательной ячейкой 2. На выходе преобразовательных ячеек 1.1, 1.2, 1.п., 2 появ."яется напряжение, причем на выходе регулируемой ячейки 2 это напряжение определяется длительностью управляющего импульса, поступающего от блока ШИИ 3. Стабилизация выходного напряжения регулируемой преобразовательной ячейки 2 осуществляется путем изменения относительного угла управления блока
ШИН 3 по цепи обратной связи, так как преобразовательные ячейки включены на общую нагрузку, а по входу ячеек течет общий ток, то напряжение на входе преобразовательных ячеек 20 определяется токами, отдаваемыми этими ячейками в нагрузку.
Для нерегулируемой преобразовательной ячейки где К - коэффициент трансформации промежуточного трансформатора х-й нерегулируемой ячейки.
Для регулируемой преобразовательной ячейки
ЗБ где К вЂ” коэффициент трансформации промежуточного трансформатора регулируемой ячейки.
Используя (1) и (2) и учитывая, 40 что U „+ U „= К„, можно опвх,; в напряжения на входе регулии нерегулируемой 1.1, 1.2, преобразовательных ячейках 45 трд ) d
Е
"11 1 + пд
U = Е (3)
Работу устройства иллюстрируют осциллограммы напряжений на выхо .,е промежуточного трансформатора регулируемой U тр и нерегулируемой U <, ячеек (фиг. 2). Так увеличение относительного угла управления ср приводит к уменьшению амплитуды на выходе промежуточного трансформатора регулируемой ячейки и увеличению амплитуды имгульса на выходе промежуточного трансформатора нерегулируемой ячейки. Таким образом, предлагаемое устройство работает по входу как регулируемый делитель напряжения. Изменение напряжения на входе регулируемой U ь„ и — нерегулируемой U s„ . ячеек в зависимости от относительного угла управления представлено на графике фиг. 3 для различного числа ячеек, входящих в блок нерегулируемых преобразовательных ячеек 1. Сплошной линией изображена зависимость И ьх „ = Й(д ), а пунктирной Uв,„ „,= =й(/). Используя (1) или (2) и (3), можно определить выходное напряжение
U = --ЕК = Е К - — — —. (4)
d Р 1
Выходное напряжение U, определяется длительностью управляющих импульсов на выходе блока ШИИ 3, т.е. обратная связь по напряжению, заведенная через блок ШИИ 3 только на одну преобразовательную ячейку, обеспечивает стабилизацию выходного напряжения всего предлагаемого устройства. Регулировочная характеристика преобразователя представлена на графике фиг. 4.
Деление входного напряжения зависит от относительного угла управления Р, а в стабилизированном преобразователе — в конечном итоге от изменения -входного напряжения и тока нагрузки. При постоянндм токе нагрузки изменение входного напряжения в устройстве приводит к изменению напряжения на входе регулируемой преобразовательной ячейки 2 и к изменению относительного угла управления d . таким образом, чтобы напряжение на выходе регулируемой преобразовательной ячейки 2 осталось прежним. Напряжение на входе нерегулируемой преобразовательной ячейки 1.1 при этом не изменяется (U q = U .. К -а7 = вк „. тр
= const, где 3V — падение напряжения на внутреннем сопротивлении ячейки).
При постоянном входном напряжении изменение тока нагрузки приведет к изменению падения напряжения на внутреннем сопротивлении ячеек. Напряжение на входе нерегулируемых преобразовательных ячеек 1.1, 1.2, 1.п изменяется таким образом, чтобы
1ч50050 выходное напряжение U oñòàëîñü неизменным, напряжение на входе регулируемой преобразовательной ячейки
2 и относительный угол управления d
5 также изменяется. При этом U„
U s22Ê <-- const. Таким образом, в предлагаемом устройстве напряжение на входе любой нерегулируемой ячейки не зависит от изменения вход1 ного напряжения, а зависит только от тока нагрузки, т,е. входные зажнмы любой нерегулируемой ячейки можно о испольэовать в качестве датчика то-! ка нагрузки. Для повышения чувст-! вительности датчика тока можно использовать несколько последовательно включенных нерегулируемых ячеек. Напряжение с входа нерегулируемой преобразовательной ячейки 1.1 поступает на вход порогового элемента 5 и сравнивается с опорным U . При равенстве сравниваемого и опорного напряже" ний сигнал с выхода порогового элемента 5 блокирует работу задающего 25 генератора ч, Мощность, подаваемую в нагрузку каждой нерегулируемой и регулируемой преобразовательными ячейками, без учета потерь можно определить Эо соответственно по формулам
К2„.К„, d Я д д р Р Р (1+ 8) К„{1 )К„"1
К2 2 g2 U22 сР 1
Р = — Л вЂ” Л- ю - ю Р— с 35 (t+n ) 8: Ä (1+n ) R< "1+п 5)
Соотношения (5) показывают, что в процессе стабилизации {регулировки) выходного напряжения происходит перераспределение мощностей, переда40 ваемых в нагрузку через нерегулируемые 1. 1; 1.2, ..., 1.п и регулируемую 2 ячейки.
На графике фиг. 5 приведена зависимость мощности нагрузки и распре- 45 деление мощностей между регулируемой и нерегулируемой ячейками (Р и Р„ соответственно) (при постоянных значениях Е „ и R ) от изменения относительного угла управления, т.е.
1 в режиме регулировки выходного напряжения.
На графике фиг. 6 приведена зависимость распределения мощностей между регулируемой и нерегулируемой ячейками B зависимости от изменения входного напряжения в режиме стабиl лизацин (Uq = cons t; R „= const; d отрабатывает изменение входного напряжения).
Таким образом, изобретение позволяет исключить отключающий коммутатор, а также благодаря использованию любой нерегулируемой ячейки в качестве датчика тока без введ ния новых элементов обеспечивается упрощение устройства и организация защиты по току нагрузки, т.е. расширение функциональных возможностей устройства, формула изобретения
Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий одну регулируемую и несколько нерегулируемых преобразовательных ячеек, задающий генератор, выход которого подключен к управляющим входам нерегулируемых преобразовательных ячеек и входу синхронизации блока широтно-импульсной модуляции, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя, а выход — к управляющему входу регулируемой преобразовательной ячейки, и пороговый элемент, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью упрощения и обеспечения защиты по току нагрузки, преобразовательные ячейки включены последовательно по входу и параллельно по выходу, вход порогового элемента подключен к входу одной из нерегулируемых преобразовательных ячеек, а его выход — к входу задающего генератора, причем любая из нерегулируемых преобразовательных ячеек использована в качестве датчика тока.
14500SO
EÄ
Фиг. 2
P emñ п5
Фиг. Ф
1450050
Составитель Н. Цишевская
Техред М.Дидык
Корректор Н. Король
Редактор А. Ворович
Производственно-полиграФическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 6972/51 Тираж 666 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5
