Стабилизирующий конвертор напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной и вычислительной аппаратуры. Цель изобретения - повышение КПД. Конвертор содержит силовой канал с двухтактным усилителем мощности на транзисторах 17, 18, силовым выпрямителем 30 и сглаживающим фильтром 31, а также канал формирования двухполярных широтно-модулированных импульсов управления с узлом 32 обратной связи, блоком 1 управления, вспомогательным стабилизатором 16 напряжения, открывающим предварительным усилителем на транзисторах 2, 3 и закрывающим предварительным усилителем на транзисторах 9, 10. В управляющие контуры транзисторов 17, 18 введены транзисторные ключи 20 и 22, 21 и 23, обеспечивающие во взаимодействии со вторичными обмотками 4.3 и 11.3, 4.4 и 11.4 выходных трансформаторов предварительных усилителей четкое открытие транзисторов 17, 18 и их форсированное закрытие. В предварительных усилителях наличие транзисторных ключей 5 и 12, взаимодействующих со вторичными обмотками 11, 5 и 4, 5, позволяет отводить энергию первичных обмоток 4.1, 4.2 и 11.1, 11.2 обратно в стабилизатор 16 и тем самым исключить выбросы напряжения на трансформаторах. 2 ил.

СОНИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PKCflVSЛИИ (1% (111

57 48 А1 (51)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТБЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР ю .-,--..—

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A8ТОРСИОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СТАБИЛИЗИРУ101(ИИ.КОНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной и вычислительной аппаратуры. (21) 4462085/24-07 (22) 20.05.88 (46) 15.04.90. Бюл. Ф 14 (72) С.М. Калашиик, В.М. Бураков, Г.А. Ерастов и В.Н. Глуховской (53) 621 .31 6 .722.1(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 491941, кл. Н 02 И 3/335, 1974.

Авторское свидетельство СССР

11 656162, кл. Н 02 М 3/335, 1976.

Цель изобретения — повьа ение КПД.

Конвертор содержит силовой канал с двухтактным усилителем мощности на транзисторах 17, 18, силовым выпрями. телем 30 и сглаживающим Фильтром 31, а также канал Формирования двухполярных щиротно-модулированных импульсов управления с узлом 32 обратной связи, блоком 1 управления, вспомогательным стабилизатором 16 напряжения, открывающим предварительным усилите" лем на транзисторах 2, 3 и закрывающим предварительным усилителем на транзисторах 9, 10. В управляющие контуры транзисторов 17, 18 введены тран зисторные ключи 20 и 22, 21 и 23, обеспечивающие во взаимодействии со вторичными обмотками 4.3 и 11.3, 4 . 4 и 1 1 . 4 выходных трансформаторов предварительных усилителей четкое открытие транзисторов 17, 18 и их

Форсированное закрытие. В предварительньж усилителях наличие транэис1557648 торных ключей 5 и 12, взаимодействующих со вторичными обмотками 11,5 и

4 ° 5 позволяет отводить энергию первичных обмоток 4.1, 4.2 и 11.1, 11.2 обратно в стабилизатор 16 и тем самым исклкчить выбросы напряжения на трансФорматорах. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь15 зования при реализации вторичного электропитания радиоэлектронной и вычислительной аппаратуры.

Цель изобретения - повьш ение КПД.

На Фиг. 1 представлена Функцио20 нальная схема предлагаемого конверто. ра напряжения постоянного тока на фиг . 2 — временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу устройства без введенных конструктивных элементов (а) и при их наличии (б) .

Конвертор напряжения содержит блок

1 управления, открывающий .транзисторный предварительный усилитель с транзисторами 2 и 3, выходным трансформа30 тором, имеющим первичные обмотки

4.1 4.2 с общим выводом, основные вторичные обомтки 4,3, 4.4 . и дополнительную вторичную o6Moтку 4 ° 5, транзисторным ключом

5, выпрямительным мостом 6 н разделительными диодами 7 и 8, закрывающий предварительный усилитель с транзисторами 9 и 10, выходным трансформатором, имеющим первичные обмотки 11.1, 11 2 с общим выводом, основные вторичные обмотки 11.3, 11.4 и дополнительную вторичную обмотку

11.5, транзисторным ключом 12, выпрямительным мостом 13 и разделитель- 45 ными диодами 14 и 15, вспомогательный стабилизатор 16 напряжения, усилитель мощности с транзисторами 17 и

18, выходным трансформатором 19, двумя управляющими КоНТураМН состоящи 50 ми из первых 20, 21 и вторых 22, 23 транзисторных ключей, базовых резисторов 24 и 25, выпрямительных мостов

26 и 27 и разделительных диодов 28 и

29, силовой выпрямитель 30, сглаживающий Фильтр 31 и узел 32 обратной

55 связи

Силовой канал устройства составляют усилитель мощности (элементы

17-29), силовой выпрямитель 30 и сглаживающий фильтр 31, включенные последовательно между выводами 33 и 34 для подключения первичного источника питания и выводами 35 и 36 для подключения нагрузки. Остальные функциональные узлы и блоки входят в канал

Формирования двухполярных широтномодулированных ищтульсов управления.

Вход узла 32 обратной связи соединен с выходом сглаживающего фильтра 31.

Вход блока l управления подключен к выходу узла 32 обратной связи. Управляющие входы открывающего и закрывающего предварительньж усилителей (базовые цепи транзисторов 2, 3 и 9, 10) связаны с соответствующими выходами блока 1 управления. Вход вспомогательного стабилизатора 16 напряжения соединен с выводами 33 и 34 для подключения первичного источника питания, а выход — с питающими входами предварительных усилителей (с эмиттерами транзисторов 2, 3, 9 и 10 и общими выводами первичных обмоток 4.1 и 4,2, Il .1 и 11 .2 выходных трансФорматоров предварительных усилителей). В открывающем предварительном усилителе коллекторы транзисторов 2 и 3 соединены с общим выводом первичных обмоток 4.1 и 4.2 собственного выходного трансформатора через разделительные диоды 7 и 8, а управляющий вход транзисторного ключа 5 подключен к выходу выпрямительного моста 6, соединенного входом с дополнительной вторичной обмоткой 11,5 выходного трансформатора закрывающего ! предварительного усилителя. В послед, нем коллекторы транзисторов 9 и 1 0 соединены с общим выводом первичных обмоток ll,l и 11 .2 собственного выходного трансформатора через разделительные диоды 14 и 15, а управляющий вход транзисторного ключа 12 подключен к выходу выпрямительного моста 13, 57648

I0 5

5 15 соединенного входом с дополнительной вторичной обмоткой 4, 5 выходного ,! трансформатора открывающего предварительного усилителя. В одном из управляющих контуров усилителя мощности эмиттер-базовый переход транзистора 17 через последовательно включенные базовый резистор 24 и транзисторный ключ 20 соединен с основной вторичной обмоткой 4.3 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя, а через транзисторный ключ 22 — с выходом выпрямительного моста 26, подключенного входом к основной вторичной обмотке 11.3 выходного трансформатора закрывающего предварительного усилителя. При этом управляющие входы транзисторных ключе

20 и 22 связаны соответственно с, основной вторичной обмоткой 4.3 выходного трансформатора открывающего пред варительного усилителя и выходом выпрямительного моста 26, а разделитель ный диод 28 включен встречно-параллельно цепи иэ базового резистора 24 и транзисторного ключа 20. В другом управляющем контуре усилителя мощности эмиттер-базовый переход транзистора 18 через последовательно включенные базовый резистор 25 и транзисторный ключ 21 соединен с основной вторичной обмоткой 4.4 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя, а через транзисторный -ключ 23 с выходом выпрямительного моста 27, подключенного входом к основной. вторичной обмотке 11..4 выходного трансформатора закрывающего предварительного усилителя. DpH этом управляющие входы транзисторных ключей 21 и 23 связаны соответственно с основной вторичной обмоткой 4.4 выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя и выходом выпрямительного моста 27, а разделительный диод 29 включен встречно-параллельно цепи из базового резис тора 25 и транзисторного ключа 21.

На Фиг. 2 наказаны напряжения U<, U>, U Ь,, U<>, U на эмиттер-коллекторных переходах соответственно транзисторов 2, 3, 9, 10, 17 и 18 и напряжения U, U 1, U „ на обмотках соответственно трансформаторов 4, 11 и 19.

Блок l управления,,построенный по классической схеме четырехканального широтно-импульсного модулятора с фа-зовым ра зделением выходных цеп ей, вырабатывает на каждой паре выходов две сдвинутые на полпериода последовательности импульсов с длительностью, зависящей от уровня напряжения на выходе узла 32 обратной связи. При этом сдвиг по фазе между первой и третьей, второй и четвертой последовательностями импульсов составляет четверть периода. С выходов блока 1 управления сформированные широтномодулированные импульсы поступают на базы транзисторов 2 и 3 открывающего предварительного усилителя, поочередно отпирая их на время, определяемое длительностью импульсов (Фиг.2). На обмотках 4.1-4.5 выходного трансформатора данного усилителя имеет место двухполярное прямоугольное напряжение с паузой на нуле. Снимаемые с вторичных обмоток

4.3, 4.4 напряжения используются для отпирания транзисторов 17 и 18 усилителя мощности. При поступлении от блока широтно-модулированных импульсов управления на базы транзисторов 9 и 10 закрывакщего предварительного усилителя на обмотках 11.!в

11.5 его выходного трансФорматора также формируются двухполярные прямоугольные напряжения с паузой на нуле, сдвинутые относительно импульсов на обмотках 4.1-4.5 на четверть периода. Снимаемые со вторичных обмоток 11.3, 11.4 напряжения используются для запирания транзисторов

17 и 18 усилителя мощности.

Напряжение обратной связи, вырабатываемое узлом 32, подается на вход блока 1 управления, который при воздействии различного рода дестабилизирующих Факторов (например, колебаниях .тока нагрузки) изменяет длительность Формируемых импульсов таким образом, что среднее значение выходного напряжения конвертора остается неизменным.

При открытом состоянии транзистора 2 (3) открывающего предварительного усилителя через его эмиттерколлекторный переход и первичную обмотку 4.3 (4.4) выходного трансформатора протекает ток от вспомогательного стабилизатора 16 напряжения.

Импульсы со вторичной обмотки 4.3 прикладываются к управляющему входу транзисторного ключа 20 (21). Последний открывается и обеспечивает! 557648 прохождение отпираюшего импульса через базовьп резистор 24 (25) к эмиттер-базовому переходу транзис— тора 17 (18), вызывая его открытие.

При открытом состоянии транзистора 9 (10) закрывающего предвари— тельного усилителя через его эмиттерколлекторный переход и первичную обмотку 1 . 1 (11, 2) выходного трансформатора протекает ток от вспомогательного стабилизатора 6 напряжения. Импульсы с вторичной обмотки

11 .3 (11 .4) через выпрямительный мост

26 (27) прикладываются к управлякщему входу транзисторного ключа 22(23) .

Последний открывается и обеспечивает прохождение запирающего импульса к эмиттер-базовому переходу транзистора 17 (18), вызывая его Форсированное 20 закрытие. Транзисторные ключи 20 (21), 22 (23) позволящ улучшить Фронты им— пульсов в управляющих контурах транзисторов 17 (18). Это достигается соответствующим подбором резисторов в 25 базовых цепях транзисторных ключей.

Изменяя величину сопротивлений указанных резисторов, управляют коэффициент6м насыщения ключей. Таким образом, регулируется длительность Фрон- 30 тов ичпульса управления и обеспечивается согласование отпирающих и запиранщих сигналов. Кроме того, транзисторные ключи 20 (21), 22 (23) при работе вторичной обмотки 4 .3 (4.4) исключ ают ее закорачив ание на в торичную обмотку 11.3 (11.4), а при работе вторичной обмотки 11 . 3 (11 . 4) на вторичную обмотку 4.3 (4.4), что существенно снижает ток в указанных обмотках. Разделительный диод 28 (29) является необходимым для подцержания запирающего напряжения на эмиттер-базовом переходе транзистора 17 (18) при отсутствии импульса на вто — 45 рич ной обмотке 1 1 . 3 (1! . 4) .

После закрытия транзистора 2 (9) или 3 (1 О) отк рывающего закрывающего) предЪарительного усилителя импульс с вторичной . обмотки 11.5 (4.5) выходного трансформатора закрывающего (открывающего) предварительного усилителя подводится к управляющему входу транзисторного ключа 5 (!2), вызывая его открытие. Через дИод 7

0 4) или 8 (1 5), открытый транзис—

55 торный клкч 5 (12) и ранее работаю— щую первичную обмотку 4.1 (11.!) или

4.2 (11.2) . обеспечивается короткозамкнутый контур. В результате тран.зисторы 2 3 и 9, 0 формируют импульсы на обмотках 4.1-4.5 и 11. — 11. 5 без обратных выбросов напряжения, что также способствует повышению экономичности конвертора.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Стабилизируюший конвертор напряжения постоянного тока, содержащий силовой канал, состоящий из транзисторного двухтактного усилителя мощности с двумя базовыми резисторами в управляющих контурах силового выпрямителя и сглаживанщего фильтра, включенного последовательно между выводами для подключения первичного источника питания и нагрузки, канал Формирования двухполярных широт— но-модулированных импульсов управ— пения, включающий в себя узел обратной связи, соединенный входом с выходом сглаживающего фильтра, блок управления, подключенный входом к выходу узла обратной связи, открывающий и закрывающий транзисторные двухтактные предварительные усили— тели, управляющие входы каждого из которых связаны с соответствующими выходами блока управления, а выходной трансформатор выполнен с двумя первичными обмотками, имеющими общий питающий вывод,и двумя основными вторичными обмотками, вспомогательный стабилизатор напряжения, вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника питания, а выход — с питающими входами предварительных усилителей, о т л и ч а ю щ и f» с я тем, что, с. целью повышения КПД, в каждый из предварительных усилителей мощности введены выпрямительный мост, транзисторный ключ, два разделительных диода, а выходной трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, в каждый из управляющих контуров усилителя мощности введены выпрямительный мост, два транзисторных ключа и разделительный диод, причем в каждом из предварительных усилителей коллекторы транзисторов соединены с общим выводом первичных обмоток выходного трансформатора через разделительные диоды, включенные последовательно с транзисторным ключом, а управляющий вход транзис10

1557б48

Риа 2

Составитель Л.Морозов

Редактор Л. Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар Заказ 722 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ° д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101 торного ключа подключен к выходу выпрямительного моста, соединенного входом с дополнительной вторичной обмоткой выходного трансФорматора другого п редв арит ель ного усилителя, в каждом из управляющих контуров усилителя мощности эмиттер-базовый переход транзистора через последовательно включенные базовый резистор 1О и первый транзисторный ключ соединен с одной иэ основных вторичных обмоток выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя, а через второй транзисторный ключ — с выходом выпрямительного моста, подключенного входом к одной из основных вторичных обмоток выходного трансформатора закрывающего предварительного усилителя, управляющие входы первого и второго транзисторых ключей связаны соответственно с основной вторичной обмоткой выходного трансформатора открывающего предварительного усилителя и выходом выпрямительного моста, а разделительный диод включен встречно-параллельно цепи из базового резистора и первого транзисторного ключа.