Стабилизированный однотактный преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания радиоэлектронного оборудования . Цель изобретения - повышение КПД и стабильности выходного напряжения и упрощение преобразователя.В преобразователе, содержащем трансформатор 3, ключ 13, дроссель насыщения 5, выпрямительный диод 6, LCD-фильтр 7, регулятор 19 тока и измерительноусилительный узел 25, выходные выводы регулятора 19 тока выполнены встречно-параллельно выпрямительному диоду 6. Это позволяет снизить потери мощности в регуляторе 19 тока и уменьшить суммарную нестабильность выходного напряжения. 3 з.п. ф-лы. 4 ил. « (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК (5y)5 Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ юг. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4616762/07 (22) 08.12.89 (46) 30.03.91. Бюл. И- 12 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической-. революции (72) В.Г".Морозов, M.Е.Артеменко, В.Д.Гулый и И.Ф.Пельтек (53) 621.314 ° 57 (088,8) (56) Хруслов Л.Л,, Ситников В.Ф. и Мамонтов В.И. Многоканальный источник вторичного электропитания с высокочастотными магнитными усилителями, — В сб.: Проблемы преобразовательной техники. Тезисы докладов

IV Всесоюзной научно-технической конференции. Киев, 1987.

Electronica (Ро ska). 1987; Н 4, с. 5-12, р,12.

„„SU„„- 1638775 А1

2 (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ОДНОТАКТНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания радиоэлектронного оборудования. Цель изобретения — повышение

КПД и стабильности выходного напряжения и упрощение преобразователя.В преобразователе, содержащем трансформатор 3, ключ 13, дроссель насыщения

5, выпрямительный диод 6, LCD-фильтр

7, регулятор 19 тока и измерительноусилительный узел 25, выходные выводы регулятора 19 тока выполнены встречно-параллельно выпрямительному диоду 6. Это позволяет снизить потери мощности в регуляторе 19 тока и уменьшить суммарную нестабильность выходного напряжения. 3 s.п. ф-лы.

4 ил.

1638775. (показано в скобках). Диод 17 открывается и в интервале закрытогб состояния транзистора 13 происходит размагничивание сердечника выходного трансформатора 3 напряжением источника питания F. приложенным к обмотке 18. В результате на вторичной обмотке 4 трансформатора 3 формиру10 ется переменное прямоугольное напряжение Ug с длительностью импульса

tИ и периодом Т (фиг.2б). Это напряжение через последовательно соединенные дроссель 5 насыщения, выполняю15 щий функцию широтно-импульсного модулятора, и выпрямительный диод 6 поступает на вход LCD-фильтра 7 и через него — в нагрузку. Дроссель 5 на-, сьпцения выполнен на сердечнике иэ ма20 териала с узкой прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) (фиг.2а). В качестве материала сердечника используется пермаллой, феррит с ППГ или аморфные магнитомягкие сплавы. К началу каждого рабочего цикла магнитное состояние сердечника дросселя 5 насыщения характеризуется точкой 1 на петле гистерезиса (фиг.2а). В момент (фиг.2б) отпирается силовой тран30 зйстор 13 и на вторичной обмотке 4 трансформатора 3 появляется напряжение с полярностью, указанной на фиг.i без скобок. При этом выпрямительный диод 6 отпирается и сердечник дроссе35 ля начинает перемагничиваться по частному циклу из состояния 1 в состояние 1 . На этапе прямого перемагничивания индуктивность обмотки дросселя насыщения велика и практически

40 все напряжение вторичной обмотки приложено к дросселю насьпцения (фиг.2в) . Напряжение U у на входе сглаживающего фильтра (фиг.2г) при этом близко к нулю, так как диод 8, шунтирующий вход LCD-фильтра, под действием тока нагрузки продолжает оставаться открытым. Время перемагни" чивания дросселя насьпцения С„ определяется соотношением

Устройство работает следующим образом. 45

Под действием импульсов системы

16 управления силовой транзистор 13 периодически переключается с часто той f. Когда транзистор 13 открыт, напряжение на обмотках выходного трансформатора 3 имеет полярность, указанную на фиг.1 без скобок.При этом диод 17 цепи 2 размагничивания закрыт обратным напряжением, равным сумме напряжений входного источника

Е и размагничивающей обмотки 18. При запирании транзистора 13 полярность напряжения на обмотках трансформатора 3 изменяется на противоположную

50 пер где с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратурыы.

Цель изобретения — повышение КПД и стабильности выходного напряжения и упрощение преобразователя.

На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2а,б,в — графики,.поясняющие его работу; на фиг.3 и 4 — различные варианты выполнения токового регулятора и способы его подключения к измерительному узлу.

Стабилизированный преобразователь напряжения содержит однотактный инвертор 1 с цепью 2 размагничивания и выходным трансформатором 3 с вторичной обмоткой 4, дроссель 5 насы, щения, выпрямительный диод 6, LCDфильтр 7, диод 8 и выходные выводы

9 и IO подключенные к нагрузке 1 1.

Инвертор 1 содержит последовательно соединенные первичную обмотку выходного трансформатора 12 и силовой транзистор 13, подключенные к входным выводам 14 15, систему 16 управления. Цепь размагничивания выходного трансформатора 2 состоит из диода 17 и размагничивающей обмотки

18. Токовый регулятор 19 с силовыми.электродами 20 и 21 содержит токоограничительный резистор 22 и транзистор 23. Управляющий вход токового регулятора 24 соединен с BbIxo дом измерительно-усилительного узла

25, с входными выводами 26 и 27,потенциометром 28, стабилитроном 29, транзистором 30 и нагрузочным сопротивлением 31. число витко в обмотки; площадь сечения сердечника; амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора; приращение магнитной индукции в сердечнике за

) 638775

Ugu U — UgS — и, (г) где U — напряжение на вторичной

2 обмотке трансформатора;

U — прямое падение напряжения на открытом диоде 8;

U - падение напряжения на зажимах токового регулятора.

Из выражения (2) следует, что в качестве источника ЭДС цепи размагничивания дросселя насыщения используется разность напряжений на вторичной обмотке U и на открытом диоде 8. В результате в предложенном устройстве на интервале размагничивания к токовому регулятору приложено меньшее, чем в известном устройстве, напряжение, которое определяется иэ выражения. (2), т.е. (3) Пу Е12 " в Ugц ° время перемагничивания (фиг.2а).

Когда сердечник перемагнитится до состояния насьпцения (момент t, ), индуктивность его обмотки, а следовательно, и напряжение на дросселе

Uy„резко уменьшается и практически все напряжение вторичной обмотки через выпрямительный диод 6 прикладывается к входу LCD-фильтра 7 (фиг.2г). При этом диод 8 закрывается и ток индуктивности сглаживающего фильтра начинает возрастать. K концу рабочего такта (момент t ) нап—

2 ряженность поля в сердечнике дросселя насыщения достигает величины,соответствующей абсциссе точки 1 на фиг. 2а. В момент t < (фиг. 2в) силовой транзистор 13 выключается и напряжение на обмотках выходного трансформатора приобретает полярность, показанную в скобках. При этом выпрямительный диод 6 закрывается и ток нагрузки переходит в цепь диода

8. С этого момента начинается размагничивание сердечника дросселя насыщения отрицательным током I,ïîñòóпающим с выхода токового регулятора 19, который .замыкается по цепи: вторичная обмотка 4 трансформатора 3-» диод 8 - переход эмиттер-коллектор транзистора 23 - резистор 22 - обмотка дросселя насыщения, На интервале размагничивания t — t> к обмотке 5 дросселя приложено напряжение

Уменьшение напряжения на токовом .регуляторе при заданной величине тока управления I приводит к уменьшению мощности потерь в регуляторе и повышению КПД преобразователя. К концу интервала размагничивания (момент t ) индукция в сердечнике дросселя йасыщения под действием

10 напряженности поля, создаваемой током управления I, уменьшается до первоначальной величины, определяемой ординатой точки 1 на петле гистереэиса (фиг.2а). В момент t отк15 рывается силовой транзистор 13, на вторичной обмотке трансформатора появляется положительное напряжение, и процессы в схеме повторяются.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется посредством изменения величины тока управления I с помощью токового регулятора, управляющий вход которого соединен с выходом измерительно-усилительного узла 25. При отклонении. выходного напряжения от номинального значения, например при его увеличении, возрастает коллекторный ток транзистора

30, а следовательно, и базовый ток

30 транзистора 23. Это приводит к уменьшению напряжения между эмиттером и коллектором транзистора 23 и увеличению тока управления Е, на выходе токового регулятора. Вследствие уве35 личения управляющего тока размагничивающие ампервитки дросселя насыщения возрастают и к концу интервала размагничивания его магнитное состояние будет характеризоваться точ40 кой 2 на петле гистереэиса. Это приводит,к увеличению размаха индукции

53 и в соответствии с выражением (1) - к увеличению времени перемагничивания дросселя t „в рабочем

45 такте. В результате длительность импульса на входе сглаживающего фильтра увеличивается, а среднее значение выходного напряжения на выходе будет поддерживаться на заданном уровне.

50 Таким образом, благодаря наличию измерительно-усилительного узла 25 в стабилизаторе реализуется принцип регулирования по отклонению.

Как следует из фиг.1, подключение

55 токового регулятора параплельно выпг рямительному диоду 6 приводит к тому, что в контур размагничивания дросселя насыщения оказывается включенным диод 8, прямое падение напряжения

1638775

25

40

В качестве транзистора регулятора может быть использован фоторезистор на котором зависит от тока нагрузки.

В результате, кроме упомянутого контура регулирования по отклонению, в схеме возникает дополнительный канал параметрической стабилизации по входному напряжению и току нагрузки (канал регулирования по возмущению),что позволяет дополнительно повысить стабильность выходного напряжения. Действительно, при резком изменении питающего напряжения, например при его увеличении, выходное напряжение преобразователя, а следовательно, и напряжение на выходе измерительно-усилительного узла из-за наличия инерционного LCl3-фильтра начнет изменять- ся не сразу, вследствие чего увеличЕние тока управления I под действием сигнала обратной связи начнется с некоторым запаздыванием. Однако в соответствии с выражением (2) увеличение напряжения на вторичной обмотке транс-. форматора приведет к увеличению нап, ряжения U на зажимах токового pery1 лятора, вследствие чего ток Iy увеличится даже при неизменном сигнале на выходе измерительно-усилительного узла, В результате увеличится время перемагничивания дросселя насыщения, что приведет к частичной компенсации приращения напряжения

U и, следовательно, к уменьшению нестабильности выходного напряжения при изменении напряжения на входе.

Действие канала параметрической стабилизации по току нагрузки объясняется следующим образом, При увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения Uq< на диоде 8, что в соответствии с выражением (3), приведет к уменьшению напряжения

U на зажимах токового регулятора, а следовательно, к уменьшению тока управления I . В результате уменьшит- 4 ся размах индукции Р В в сердечнике дросселя насыщения и время перемагничивания t.

LCD-фильтра, а значит, и среднее эна чение выходного напряжения увеличится, что частично скомпенсирует падение напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя и уменьшит нестабильность выходного напряжения при изменении тока-нагрузки, оптоэлектронной пары (фиг. 3), свето-. излучатель которой является управляющим входом токового регулятора, и подключен к выходу иэмерительноусилительного узла. При изменении выходного напряжения под действием дестабилизирующих факторов изменяется ток I на выходе иэмерительно-усилительного блока, а следовательно, и световой поток на выходе светоизлучателя, что приводит к изменению коллекторного тока фототранэистора

23 и времени перемагничивания дросселя насьпцения.

С целью повьппения стабильности выходного напряжения токовый регулятор может быть выполнен в виде фоторезистора оптоэлектронной пары (фиг.4), светоиэлучатель которой является управляющим входом токового регулятора, и подключен к выходу измерительно-усилительного узла, Благодаря двусторонней проводимости фоторезистора при положительной полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора, когда выпрямительный диод 6 открыт, через фоторезистор будет протекать часть нагруэочного тока, вследствие чего падение напряжения на параллельно соединенных выпрямительном диоде и фоторезисторе оказывается меньше, чем на одном диоде. Это эквивалентно уменьшению внутреннего сопротивления преобраэователя и снижению нестабильности выходного напряжения при изменении тока нагрузки. Кроме этого, при использовании фоторезистора в качестве токового регулятора усиливается действие канала параметрической стабилиэации по входному напряжению, так как всякие изменения напряжения на вторичной обмотке, приводящие к изменениям напряжения на токовом регуляторе, будут вызывать изменения тока управления I так, что нестабильность выходного напряжения прм изменении входного будет уменьшаться;

Формула изобретения

1. Стабилизированный однотактный преобраз ов атель н апряжения, содержащий однотактный инвертор с цепью раз" магничивания и выходным трансформатором, вторичная обмотка которого через последовательно соединенные дрос9 1638775

1О сель насыщения, выпрямительный диод 3. Преобразователь по ai2, о т л ии ЬС0-фильтp соединена с выходными ч а ю щ и и g я т еeмM, что в качестве выводами преобразователя, а также то- транзистора регулятора использован ковый регулятор, управляющий вход ко- > фототранзистор оптоэлектронной пары, торого через измерительно-усилитель- светоизлучатель которой является ный узел п к выходным выво- управляющим входом токового регулядам, о т л.и ч а ю шийся тем, тора. что, с целью повышения КЩ и стабильности выходного напряжения и упроще- 10 4. Преобразователь по п.1, о т— ния преобразователя, силовые выводы л и 4 а ю шийся тем, что, с токового регулятора подключены парал- целью увеличения стабильности выходлельно выпрямительному диоду. ного напряжения и упрощения преобра2. Преобразователь по п.1, о т— зователя, токовый регулятор выполнен л и ч а ю шийся тем, что токо- 15 в виде фотореэистора оптоэлектронной вый регулятор выполнен в виде после- пары, светоизлучатель которой являдовательно соединенных транзистора ется управляющим входом токового реи резистора, включенных встречно по гулятора. отношению к выпрямнтельному диоду.

Ю

1

1

L гГ 1

1 !

I ! — — 27

1638775

z l- — ф !

-., ч .

Корректор А.Осауленко, .1

Составитель С.Коняхин

Техред С.Мигунова

Редактор М.Келемеш

»»»

Заказ 932 Тираж 388. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгтиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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