Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к источникам электропитания с импульсным преобразованием напряжения на повышенной частоте. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности за счет обеспечения защиты от перегрузки по току транзисторов усилителя мощности при резком возрастании тока нагрузки. Введение узла 16 контроля тока нагрузки, входом подключенного к дополнительному выходу датчика тока 12 перегрузки, а выходом - к управляющему входу генератора пилообразного напряжения 7 обеспечивает формирование процесса изменения скважности управляющих импульсов, исключающее возможность насыщения сердечника выходного трансформатора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

091 (И) (Д1)g Н 02 М 3/335 списочник изоьг т ния

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ 1"ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4478265/24-07 (22) 05,09.88 (46) 30.07.90,Бюл, У 28 (71) Научно-производственное объединение "Импульс" им.XXV съезда КПСС (72) А.С.Баскин (53) 621.314.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1145427, кл. Н 02 М 3/335, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1334311, кл. Н 02 И 3/337, 1986, (54) ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЧ (57) Изобретение относится к источникам электропитания с импульсным пре

2 образованием напряжения на повышенной частоте. Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности за счет обеспечения эащиты от перегрузки по току транзисторов усилителя мощности при резком возрастании тока нагрузки.

Введение узла 16 контроля тока нагрузки, входом подключенного к дополнительному выходу датчика тока 12 перегрузки, а выходом — к управляющему входу генератора пилообразного напряжения 7, обеспечивает формирование процесса изменения скважности управляюших импульсов, исключающее возможность насыщения сердечника выходного трансформатора. 1 ил, 1582297

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике и мржет быть использовано во вторичных источ никах электропитания.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности за счет обеспечения защиты транзисторов усилителя мощности от перегрузки по току при резком возрастании тока нагрузки.

На чертеже представлена принципи, альная электрическая схема однотактно-! го стабилиэующего преобразователя пос ;тоянного напряжения, Однотактный стабилизирующий преоб разователь постоянного напряжения выполнен по схеме с прямым включением диода и содержит усилитель 1 мощности, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, 20 а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора 2, вторичная обмотка которого через выпрямитель 3 и фильтр 4 подключена к выводам для подключения нагрузки и входам широтно-импульсного модулятора 5, другими входами соединенного с источником 6 ° опорного напряжения и выходом генератора 7 пилообразного напряжения, а выt ходом — с одним входом формирователя 8 управляющих импульсов, выходом подключенного к управляющему входу усилителя 1 мощности, а другим вхо— дом — к выходу узла 9 защиты от перегрузки, одним входом соединенного через резистор 10 с источником 6 опор,ного напряжения, а через диод 11 — с одним из выводов (положительным ) для подключения нагрузки.

Входная цеп;ь датчика 12 тока перегрузки включена в выходной цепи усилителя 1 мощности, а выход зашунтирован последовательной цепью из диода 13,, конденсатора 14 и резистора

15, Общая точка диода 13 и конденса- 45 тора 14 соединена с другим входом ,узла 9 защиты от перегрузки, а общая точка конденсатора 14 и резистора 15— с выходом генератора 7 пилообразного напряжения, Введенный узел 16 конт50 роля тока нагрузки входом подключен к дополнительному выходу 17 датчика

12 тока перегрузки, а выходом — к управляющему входу 18 генератора 7 пилообразного напряжения.

Усилитель 1 мощности содержит си55 ловой переключающий транзистор 19, в коллекторной цепи которого включены индуктивный токоорганичивающий узел

20 и конденсатор 21. Генератор 7 пилообразного напряжения выполнен на базе компаратора 22, частотоэадающего конденсатора 23 и резисторов 24-28, Узел )6 контроля тока нагрузки содержит транзистор 29, на базу которого поступает импульсное напряжение с выхода 1? датчика 12 тока перегруз-. ки через RC-фильтр (резисторы 30 и 31, конденсатор 32, диод 33), Коллектор транзистора соединен с общей шиной, а эмнттер через резистор 34 подклю— чен к управляющему входу 18 генератора 7 пилообразного напряжения, Первичная обмотка трансформатора

35 тока датчика 12 тока перегрузки включена в коллекторной цепи транзистора 19 усилителя 1 мощности. Вторичная обмотка зашунтирована последовательной цепью из диода 36 и резистора 37, на выводах которого формируются импульсы напряжения, пропорциональные импульсам коллекторного тока транзистора 19 усилителя 1 мощности.

Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения работает слецующим образом.

В широтно-импульсном модуляторе 5 происходит сравнение опорного напряжения источника 6 с суммой выходного напряжения и пилообразного напряжения генератора 7, Выходные импульсы широтно-импульсного модулятора 5 поступают на вход формирователя 8 управляющих импульсов, выходные импульсы кото-, рого поступают на управляющий вход а-б усилителя 1 мощности и обеспечивают его работу со скважностью, необходимой для поддержания выходного напряжения стабилизирующего преобразователя на заданном уровне. При этом выходные импульсы датчика 12 тока перегрузки через диод 13 и резистор 15 заряжают конденсатор 14 до амплитудного значения импульсов датчика 12 тока перегрузки. При токе перегрузки, не превышающем номинальное значение,. сумма напряжения на конденсаторе 14 и пилообразного напряжения на резисторе 15, поступающая на один вход узла 9 защиты от перегрузки, в качестве которого может быть использован операционный усилитель или компаратор, меньше напряжения.на его другом входе, При этом отсутствует воздействие узла 9 защиты на формирователь 8 управляющих импульсов.

15822

Выходное напряжение источника 6 опор toro напряжения превышает выходное напряжение однотактного стабилизирующего преобразователя напряжения.

От источника 6 опорного напряжения через резистор 10 диод 11 и нагрузку, подключенную к выходным выводам, протекает ток,и на входе узла 9 защиты от перегрузок относительно общей шины - отрицательного вывода для подключения нагрузки — устанавливаетI ся напряжение р авное сумме выходного напряжения стабилизирующего прсобр азователя и прямого напряжения ка 15 диоде 11, При возникновении перегрузки па току на выходе однотактного стабилизирующего преобразователя напряжения амплитуда импульсов напряжения на вы- 20 ходе датчика 12 тока перегрузки увеличивается. Конденсатор 14 через диод

13 и резистор !5 заряжается до наибольшей амплитуды этих импульсов. Б результате сумма пилообразного напряжения на резисторе 15 и постоянного напряжения ка конденсаторе 14, поступающая на один вход. узла 9 защи;ы, на.части периода превышает напряяепие на его другом входе, При этом на 30

1-. выходе узла 9 появляются импульсы, воздействующие иа формирователь S таким образом, ч "o скваяность управляющих импульсов, а следовательно,. импульсов на выходе усилителя 1 мощ35 ности возрастает.

Выходное напряжение стабилизирующего преобразователя падает и одновременно снижается напряжение на другом входе узла 9 защиты,что обуславливает снижениЕ порога токоограничения узла, защиты. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузкч вплоть до полного короткого замыкания происходит последующее возрастание скваяности выходных импульсов усилителя 1 мощности. Выходное напряжение падает до нуля, а выходнои ток короткого замыкания устанавливается на уровне в несколько раэ ниже тока ограничения, при котором начинает работать защита от перегрузки.

Генератор 7 пилообразного напряжения может быть выполнен на базе компаратора 22, для которого резистив-, ные делители 24, 26-28 напряжения определяют потенциал неинвертирующеФ го входа, Пилообразное напряжение фор- . мируется на конденсаторе 23: прямой

97 б ход при его:, заряде через резисторы 25 и 26 от дополнительного источника пи" тания Ь и обратный ход при раэря3 де через резистор 25 и выходкую цепь компаратора. Соотношение длительностей прямого и обратного ходов пилообразного напряжения и одновременно в небольших пределах его частоту можно регулировать, изменяя потенциал неинвертирующего входа компаратора 22, т.е„ напряжение па управляющем входе 18 генератора пилообразного напряжения OTHocHò;ëüío общей шины, Кондексатор 32 узла 16 контроля тока нагрузки заряжается импульсным напряжение:1 QT дополнительного выхода 17 дeò÷êêà 12 тока перегрузки через последовательную цепь иэ резистора 30 и диода 33 и разряжается в паузе с через последовательно включенные резисторы 30 и 31 и резистор 3/ на выходе датчика тока перегрузки. В результате на конденсаторе 32 образуется постоянное напряжение, пропорциональное току нагрузки стабилизирующего преобразователя напряжения.

При номинальном токе нагрузки это напряжение превышаег напряжение на резисторе ?8 генератора 7 пилообразного капряяекия. Транзистор 29 закрыт и узел 16 контроля тока нагрузки ке оказывает влияния на раооту генератора 7 пилообразного напряжения.

При снижении тока нагрузки уменьша. ются амплитуда импульсов на выходе

17 датчика 12 тока перегрузки, а также напряжение на конденсаторе 32, открывается транзистор 29, переход коллектор-эмиттер которого с последовательно включенным резистором 34 шунтирует управляющий вход 18 генератора 7 пилообразного напряжения.

По мере снижения тока нагрузки уменьшается напряжение на инвертирующем входе компаратора 2?, в результате чего уменьшается длительность прямого хода пилообразного напряже ния по откашению к обратному ходу, а минимальная скваяность управляющих импульсов определяется формой пилооб-, разного напряжения и не может быть . уменьшена широтно-импульсным модулятором. Поэтому при токах нагрузки, близких к номинальному, абеспечива вется работа при коэффициенте запол-. нения у > 0,5, а при снижении тока нагрузки как в установившемся режи1582297 ме, так и при переходных процессах обеспечивается у < 0,5.

При минимальном значении тока нагрузки скважность импульсов коллекторного тока транзистора 19 усилителя 1 мощности большая, а установившийся симметричный цикл перемагчичивакия сердечника трансформатора 2 имеет небольшие пределы изменения магнитной индукции. При резком возрастании тока нагрузки (набросе нагрузки ) происходит просадка выходного напряжения, прекращает работать широтноимпульсный модулятор 5, а скважность ! управляющих импульсов формирователя

8, а следовательно, и выходных импульсов усилителя 1 мощности опреде-; ляется формой пилообразного напряже-. ния генератора 7: прямой ход пилы 20 соответствует импульсу, а обратный ход — паузе.

Возрастание тока нагрузки и соответствующее увеличение амплитуды кол— . лекторного тока транзистора 19 усили- 25 теля 1 мощности вызывает повьшгение амплитуды импульсов на выходе 17 датчика 12 тока перегрузки. Происходит плавный заряд конденсатора 32 через резистор 30 и диод 33. Возрас- 3Q тает потенциал базы, а следовательно, и эмиттера транзистора 29 относительно общей шины, т. е. увеличивае гся напряжение на управляющем входе .1 8 генератора пилообразного напряжения.

Это обуславливает плавное увеличение длительности прямого хода пилы по отношению к обратному, т.g. в конечном итоге ведет к уменьшению скважности управляющих импульсов формирователя

8 и выходных импульсов усилителя 1 мощно сти

Благодаря плавности уменьшения воздействия узла 16 контроля тока нагрузки на генератор 7 пилообразно- д го напряжения, увеличение диапазона, изменения магнитной индукции трансформатора 2 происходит без нарушения симметричности цикла перемагничивания, т.е. исключается возможность захожде- 5О ния сердечника в насыщение с после-, дующим резким нарастанием намагничивающего тока трансформатора и коллекторного тока транзистора 19 усилителя

1 мощности.

В дальнейшем происходит восстанов-. ление уровня выходного напряжения стабилизирующего преобразователя, Вступает в действие. широтно-импульсньгй модулятор 5, определяющий в установившемся режиме акважность управляющих импульсов.

Таким образом, изобретение позволя— ет повысить эксплуатационную надежность однотактного стабилизирующего преобразователя напряжения sa счет обеспечения защиты от перегрузки по току транзисторов усилителя мощности при резком возрастании тока нагрузки посредством формирования процесса изменения скважности управляющих импульсов, исключающего воэможность насыщения сердечника выходного трансформатор а.

Формул а изобретения

Однотактный стабилизирующий преобр аз сват ель постоянного напряжения, содержащий транзисторный усилитель мощности, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения,а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и входам широтноимпульсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного напряжения и выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом — с одним входом формирователя управляющих импульсов, выходом подключенного к управляющему входу усилителя мощности, а другим входом — к выходу узла защиты от перегрузки, одним входом соединенного через резистор с источником опорного напряжения, а через диод " с одним из выводов для подключения нагрузки, датчик тока перегрузки, входная цепь которого включена в выходной цепи усилителя мощности, а выход эашунтирован последовательной цепью. из другого диода, конденсатора и резистора, причем общая .точка диода и конденсатора соединена с другим входом узла зашиты от перегрузки, а общая точка конденсатора и резистора — с выходом генератора пилообразного напряжения, о т л и ч а ю щ и йс я тем„ что, с целью повышения эксплуатационной надежности за счет обеспечения защиты транзисторов усилителя мощности от перегрузки по току при резком возрастании тока нагрузки, в него введен узел контроля

1582297

Составитель Н.Цишевская

Редактор И.Касарда Техред М.Ходанич Корректор С.Шевкун

Заказ 2094 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,!01

I тока нагрузки, выполненный в виде транзистора, база которого подключена к дополнительному выходу. датчика перегрузки через RC"4èëüòð, коллектор транзистора соединен с общей шиной, а змиттер через ограничительный резистор подключен к управляющему входу, генератора пилообразного напряжения, 5 Э