Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в частности для питания узлов ЭВМ. Цель изобретения - снижение уровня коммутационных помех. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий резонансный инвертор в составе дросселя, конденсатора, трансформатора, диодов и ключевых элементов, введены компараторы, логические элементы И, логические элементы ИЛИ и трансформатор тока, а дроссель имеет регулируемую индуктивность. Стабилизация выходного напряжения преобразователя осуществляется путем изменения параметров резонансного контура за счет регулирования индуктивности дросселя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (П) (g1)5 Н 02 М 7/537

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А 8TOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4615429/24-07 (22) 05.12.88 (46) 07.11.90. Бюп. № 41 (72) В.С,Уманский (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1327082, кл. G 05 Г 1/56, 1986, ?ЕЕЕ Trans. on Aегоspace and Elec- .

tronic Sys cems, 1983, v. AES-19, № 6, р. 320-830, fig. 1, 11. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в частности для

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в частности для питания узлов ЭВМ.

11ель изобретения - снижение уровня коммутационных помех .

На фиг.1 изображена схема преобразователя; на фиг.2 — возможный вариант выполнения дросселя, на фиг.3— зависимость индуктивности основной обмотки дросселя от ампервитков управляющей обмотки; на фиг.4 — временные диаграммы напряжений и токов, Преобразователь постоянного напряжения в постоянное (фиг,1) содержит двухтактный, например, мостовой последовательный резонансный инвертор 1 в составе дросселя 2 с основной об>моткой 3, расположенной на ферромагнитном магнитопроводе 4, конденсатор

5, выходной трансформатор 6, выпрями2 питания узлов 3BN. Цель изобретения— снижение уроння коммутационных помех.

Поставленная цель достигается тем, чт о в пр еобр аз онат ель, содержащий резонайсный инвертор в составе дросселя, конденсатора, трансформатора, диодов и ключевых элементов, введены компараторы, логические элементы И, логические элементы ИЛИ и трансформатор тока, а дроссель имеет регулируемую индуктивность. Стабилизация выходного напряжения преобразователя осуществляется путем изменения параметров резонансного контура эа счет регулирования индуктивности дросселя.

4 ил. тель 7, нагрузку 8, ключевые элементы

9 — 12 и обратные диоды 13 - 16. Имеется также блок 17 управления в составе генератора 18 импульсов, триг» гера 19, логических элементов И 20 и

21, дифференциального усилителя 22 и источника 23 опорного напряжения.

В схему входят первый 24 и второй

25 компараторы, третий 26 и четвертый

27 логические элементы И, первый 28 и второй 29 логические элементы ИЛИ и трансформатор 30 тока. Дроссель 2 снабжен управляющей обмоткой 31, В ряде случаен н преобразователе целесообразно использование блока 32 защиты н составе выпрямителя 33 и компаратора 34 °

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

При поступлении очередного положительного импульса запуска Е„(от выхода генератора 18, работающего

1605302 при постоянной величине периода Т

=. cons t следования импульсов, триггер

19 устанавливается в состояние логиче "кой единицы Е,:q „на прямом выхо де и в состояние логического нуля на инверсном выходе (фиг, 4 а, б, в) . Положительное напряжение Е на выходе выпрямителя 33 и на инвертирующем входе компаратора 34 в этих условиях. меньше, чем положительное опорное напряжение Е источника 23 на неинвертирующем входе компаратора 34 и на третьих входах логического элементов

20, 21, 2б и 27 существует напряжение 15 логической единицы. результате на всех трех входах логического элемента И 2б оказывается напряжение Е б логической единицы (фиг,4 r). В результате импульс Е 20 от выхода элемента 2б через элемент

ИЛИ 28 поступает на затворы ключевых элементов в виде полевых транзисторов

I0 и 11 и отпирает их. Логические элемен гы И 21 и 27 остаются заперты-,. 25 ми, поскольку напряжение от инверсного выхода триггера 19, поступающее на их первые входы, имеет уровень логического нуля, !<ак следствие, на выходе логического элемента .ИЛИ 29 напряжение имеет уровень логического нуля и тр анз ист оры 9 И 12 о ст ают ся з апертыми. При этом через транзисторы

10 и l l, первичную обмотку трансформатора б, конденсатор 5> трансформатор 30 тока и основную обмотку 3 начинает протекать zoz Is имеющий форму положительного полупериода синусоидьt (фиг. 4 е}, Длительность Т/2 этого полупериода определяется пара- 40 метрами последовательного резонансного контура, образованного индуктивностью L> обмотки 3 дросселя 2 и емкостью C з конденсатора 5. Магнитопровод 4 дросселя 2 имеет тороидально45 броневую форму (фиг.2) причем во внутренней кольцевой полости тороида расположена основная обмотка 3, а управляющая обмотка 31 расположена по окружности внешней поверхности торои-. да. Магнитные поля обмоток 3 и 31 при

50 этом ортогональны (т.е. взаимно перпендикулярны), что обеспечивает практическое отсутствие связи между обмотками по переменному току, 5 Г

Изменение постоянного тока через обмотку 31 вызывает соответствующее изменение магнитной проницательности магнитопровода 4 и, как следствие, изменение индуктивности L> обмотки 3, 1

На фиг. 3 показана полученная экспериментально зависимость индуктивности L> обмотки 3 от ампервитков обмотки 31, полученной для случая использования тороидально-броневого разъемного магнитопровода с наружным диаметром 21 мм и высотой 14 мм из феррита марки 1500НМ. Обмотка 3 со-. держит 20 витков, а обмотка 31 — 12 витков.

Таким образом, согласно фиг.3 при использовании управляющей обмотки 31, содержащей, например, 2000 витков, можно обеспечить почти двукратное изменение индуктивности Ь (395

220 мкГн), если ток через обмотку 31 будет изменяться в пределах 0 - ЗмА.

Такой ток вполне может обеспечить дифференциапьный усилитель 22, выполненный, например, на операционном, усилителе, Одновременно на выходе трансформатора 30 тока появляется положительный импульс, совпадающий по форме с полупериодом тока I, поэтому на выходе компаратора 24 появляется положительный импульс Е,1, поступающий на второй вход логического элемента И 20 (фиг.4 >к). Этот импульс далее поступает через элемент ИЛИ 28 на затворы транзисторов 11 и 10. Они удерживаются под действием импульса Е 4 в открытом состоянии .после окончания импульсов запуска Е„ и Е до тех пор, пока ток Iyt пройдя через максимум, не обратится в нуль (фиг.4 а,г,е,ж).

Б этот момент импульс Е закончится и транзисторы 10 и 11 запираются.

При поступлении следующего импульса запуска Е1 . спустя время Т, большее, чем длительность Т/2 полупериода тока Iy триггер 19 перебрасывается в состояние, когда напряжение

Е, на его инверсном выходе приобретает уровень логической единицы (фиг.4 а,в,е), При этом отпирается логический элемент И 27 и через него и элемент 29 на затворы транзисторов

9 и 12 поступает импульс Е (фиг.4д).

Теперь ток I> начинает протекать че-. рез транзистор 9, обмотку 3 дросселя

2, трансформатор 30 тока, первичную обмотку трансформатора 6 и транзистор

l2; направление его обратно направлению в предыдущем. цикле (фиг.4 е) .

Элементы 2б и 28, а также транзисто1605302

Issingdt

18

ТзТ лт У

35

Тср

5 ры 10 и 11 остаются запертыми. Под действием отрицательного импульса тока Т,, поступающего на инвертирующий вход компаратора 25, на его выходе поЯвлЯетсЯ IIGJIQEHTBJIhHb!H импУльс E s под действием которого отпирается логический элемент И 21 (фиг.4 г). Импульс Е через логические элементы

21 и 29 поступает на затворы транзисторов 9 и 12, благодаря чему они удерживаются в открытом состоянии после окончания импульсов запуска Е1я и Е, как было описано выше. Транзисторы 9 и 12 остаются в проводящем состоянии аналогично предыдущему в течение длительности отрицательного полупериода тока I и импульса Е р, после чего они выключаются (фиг.4е,з).

Итак, включение и выключение эле- 2О ментов (транзисторов 10, 11 и 9, 12) происходит в моменты перехода тока Iy через нуль, что позволяет предельно уменьшить уровень коммутационных помех. Исключение сквозных токов через транзисто-2> ры 9 — 12 при этом обеспечивается благодаря наличию "гарантированной паузы" при соблюдении временного соотношения Т1 ) Т/2.

Среднее значение I<< тока I g (а следовательно, и напряжение Е на вы-. ходе выпрямителя 7, т. е. напряжение на выходе преобразователя) определяется из соотношения

"pe Q = - С5 — круговая частота, Отсюда следует, что величина I< линейно зависит при Т18 = const от 4р длительности Т/2 полупериодов тока I, которая в свою очередь зависит от индуктивности L обмотки 3 дросселя 2, Стабилизация выходного напряжения

Е> преобразователя осуществляется сле- 45 дующим образом. Напряжение Е7 ср.авнивается в дифференциальном усилителе

22 с опорным напряжением от источника

23. Выходное напряжение усилителя 22 содержит таким образом информацию об 50 отклонении величины Е> от заданного номинала. Если, например, н;1пряжение

Е начинает возрастать, то и напряжение на выходе усилителя 22 также начинает возрастать, а ток через обмотку 31 увеличивается. Согласно графику фиг.3 индуктивность I, при этом будет уменыпать< я, что приведет к уменьшению длит елы1ости Т/2 полупериоб дов тока I> и„как следствие, к уменьшению Izp и выходного напряжений1 .

Е, Этот процесс будет происходить до тех пор, пока напряжение Е вновь| не станет равным заданному номиналу.

Процесс коммутации транзисторов 9-12 по-прежнему будет происходить в моменты перехода тока I > через нуль.

Таким образом, процесс стабилизации выходного напряжения не будет сопровождаться возрастанием уровня коммутационных помех.

При возникновении токовой перегрузки напряжение на выходе трансформатора 30 тока и, следовательно, на выходе выпрямителя 33 и на инвертирующем входе компаратора 34 становится больше, чем опорное напряжение источника 23 на неинвертирующем входе.

B результате напряжение на выходе компаратора 34 и на всех третьих входах логических элементов И 20,21 26 и 27 обращается в нуль. Поэтому укаэанные логические элементы запираются. Как следствие, переходит в запертое состояние и ключевые элементы 912. В результате протекание тока Ij прекращается, чем и достигается защита инвертора. Повторное включение происходит автоматически после того, как разрядится емкость фильтра в выпрямителе 33. Для защиты элементов инвертора от перенапряжений, которые могут возникнуть на конденсаторе 5 при токовых перегрузках, может быть использован двухсторонний ограничитель 35 амплитуды на стабилитронах.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий двухтактный резонансный инвертор в составе дросселя, конденсатора, выходного трансформатора, выпрямителя и ключевых элементов, а также блок управления в составе генератора импульсов, триггера, двух логических элементов

И и дифференциального усилителя, к одному входу которого подключен выход выпрямителя, а к другому входу источник опорного напряжения, к выходу генератора импульсов подключен вход триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго логических элементов Н, о т л и чающий с ятем, что, сцелью снижения уровня коммутаци 111н 1х помех, 1605302 в него введены первый и второй компа-. раторы, третий и четвертый логические элементы И, а также первый и второй логические элементы ИЛИ и трансформа5 тор тока, причем дроссель снабжен управляющей обмоткой, расположенной на магнитопроводе в плоскости, пер пендикулярной плоскости расположения основной обмотки, причем управляющая обмотка подключена к выходу дифференциального усилителя, первичная обмотка трансформатора тока включена пос-. ледовательно с основной обмоткой дросселя, а к первому выводу вторич ной обмотки трансформатора тока, второй вывод которой подключен к общей шине, подключены соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы первого и второго компараторов, инвертирующий и неинвертирующий входы которых соединены с общей шиной, к выходам упомянутых компараторов подключены вторые входы соответственно первого и второго логических элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго логических элементов ИЛИ, выходы которых связаны с управляющими входами соответствующих ключевых элементов, выход генератора импульсов подключен к соединенным между собой первым входам соответственно третьего и четвертого логических элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, при этом выходы третьего и четвертого логических элементов И подключены к вторым входам соответственно первого и второго логи- . ческих элементов ИЛИ.! 605302, 1605302

О

Е)я .у

Ю

0 о-z д

Е2Ю

Е27

Ю

Хд

Составитель С. Коняхин

Редактор В. Бугренкова Техред M.Äèäûê Корректор M.Mäêсимищинец

Заказ 3457 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101