Стабилизирующий преобразователь напряжения с защитой

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания автоматики и вычислительной техники. Цель - повышение КПД, точности стабилизации и улучшение качества переходных процессов при одновременном упрощении. Усгр-во содержит последовательно соединенные и включенные между входным выводом и общей шиной первичную обмотку накопительного дросселя, регулирующий элемент и датчик тока, усилитель мощности на транзисторе, пороговый элемент, усилитель обратной связи на транзисторе, генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе, времязадающей цепочке на резисторе и конденсаторе и делителе с двумя выходами, а также транзистор защиты и блок вспомогательного напряжения на дополнительной обмотке накопительного дросселя, корректирующих резисторе и конденсаторе и выпрямительном диоде. Устр-во содержит также блок включения, включенный между входным выводом и общей шиной. Стабилизацию выходного напряжения обеспечивает не только цепь отрицательной обратной связи, но и цепь воздействия по входному возмущению за счет изменения амплитуды пилы,пропорциональной входному напряжению Это повышает точность стабилизации, Генератор обладает стабильной частотой. Это упрощает схему. Качество переходных процессов улучшается благодаря наличию резистора и конденсатора. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 F 1/573

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

66ЕО

Т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4761048/07 (22) 21.11.89 (46) 07.10.91, Бюл, М 37 (71) Московский авиационный технологический институт им. К, Э. Циолковского (72) В. В. Мосин (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю, И. Конева. М.; Радио и связь, 1981, вып. 12, с. 30, рис. 2.

Там же, с. 50, рис. 2. (54) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания автоматики и вычислительной техники. Цель — повышение

КПД, точности стабилизации и улучшение качества переходных процессов при одновременном упрощении. Устр-во содержит последовательно соединенные и включенные между входным выводом и общей шиной первичную обмотку накопительного дросселя, регулирующий элемент и датчик

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения — повышение КПД, улучшение точности стабилизации и качества переходных процессов при одновременном упрощении.

На чертеже приведена схема преобразователяя.

Стабилизирующий преобразователь напряжения с защитой содержит последова„„Я.3 „„1682990 А1 тока, усилитель мощности на транзисторе, пороговый элемент, усилитель обратной связи на транзисторе, генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе, времязадающей цепочке на резисторе и конденсаторе и делителе с двумя выходами, а также транзистор защиты и блок вспомогательного напряжения на дополнительной обмотке накопительного дросселя, корректирующих резисторе и конденсаторе и выпрямительном диоде.

Устр-во содержит также блок включения, включенный между входным выводом и общей шиной, Стабилизацию выходного напряжения обеспечивает не только цепь отрицательной обратной связи, но и цепь воздействия по входному возмущению за счет изменения амплитуды пилы, п ропорциональной входному напряжению. Это повышает точность стабилизации. Генератор обладает стабильной частотой, Это уп рощает схему, Качество переходных процессов улучшается благодаря наличию резистора и конденсатора, 1 ил. тельно соединенные первичную обмотку накопительного дросселя 1, магнитный транзисторный ключ регулирующего элемента 2 и датчик 3 тока, подключенный к входным выводам, регулирующий элемент 2 пусковой обмотки 4 трансформатора тока подключен через последовательно соединенные первые резистор 5 и диод 6 к выходу блока 7 вспомогательного напряжения и, к коллектору транзистора 8 усилителя мощности, эмиттер которого через цепь 9 смещения соединен с общей шиной, а база через второй

1682990 резистор 10 - с выходом блока 7 вспомогательного напряжения, отключающая и размагничивающая обмотки 1 и 12 трансформатора тока соединены последовательно и подключены одним выводом через второй диод 13 к общей шине, другим-к выходу пороговогс элемента 14, а точка их соединения через последовательно соединенные четвертый диод 15 и третий резистор 16 подключена к выходу блока 7 вспомогательного напряжения, база транзистора 8 усилителя могцности через третий диод 17 соединена с выходом порогового элемента 14, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго делителя

18 напряжения, зашунтированного стабилитроном 19, который одним электродом подключен к общей шине, а другим через первый делитель 20 напряжения к выхоцу блока 7 вспомогательного напряжения, инвертирующий вход порогового элемента 14 соединен с первым выходом второго делителя 21 напряжения с двумя выходами генератс ра 22 пилообразного напряжения, выполненного на однопереходном транзисторе 23. одна база которого подключена к общей шине, другая база через четвертый резистор 24 соединена с входным выводом а эмиттер подключен соответственно через пятый резистор 25 к входному выводу и к общей шине через конденсатор 26 времязадающей цепочки, который зашунтирован делителем 21, второй выход которого соединен с коллектором транзистора 27 усилителя обратной связи, эмиттер которого подключен к выходу источника

28 опорного напряжения на резисторе и стабилитроне, а база соединена с выходом первого делителя 20 напряжения, I-Ieutlt3epтирующий вход порогового элемента 14 зашун тирован корректируюц3им конденсатором 30 и через корректирующий резистор 29 подключен к соответствующему выводудопог1нительной обмотки накопитеtfbHof о дросселЯ блока 7 вспомогательного напряжения. tfhlполненного Hà выпрямительном диоде и корректирующих резис оое 29 и конденгаторе

30, выход блока 7 соединен с выходом блока

31 включения, включенного между входным выводом и общей ши1-.ой, выход датчика 3 тока подключен к эмиттерному переходу транзистора 32 защиты, коллектор которг1 о подключен к неинвертирующему входу по рогового элемента 14, и выходные обмо1ки накопительного ДросселЯ 1 с Вь1п13Ям113е>113 ми и фильтрами 33, 34

Стабилизирующий I t p P o 6 р 3 3 o t 3 1 I3 f f f: работает следующим образом.

При подаче входно1о напряжени. 3с13г:. блок 31 включения, в Iftontfotftltlt1 на 1 п1 0.3

phIBHoM сгабилизатор., напрЯ Ko IIII tf. 11()д:3

40 15

5(ется питание в блок управления. Генератор

22 пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе 23 начинает вырабатывать пилообразный сигнал, подаваемый с делителя 21 напряжения на инвертирующий вход порогового элемента 14. На неинвертирующий вход порогового элемента 14 приходит опорный сигнал с делителя 18.

При значении пилообразного сигнала с делителя 21 меньше опорного, на выходе порогового элемента 14 присутствует высокий потенциал, т.е. выходной транзистор порогового элемента 14 закрыт. Через резистор

10 открывается транзистор 8 и подключает пусковую обмотку 4 к источнику питания.

Под действием положительной обратной связи магнитно-транзисторный ключ регулирующего элемента 2 включается. Происходит накопление энергии в дросселе 1.При превышении пилообразного напряжения опорного напряжения выходной транзистор порогового элемента 14 открывается. При этом транзистор 8 выключается под действием запирающего напряжения на цепи 9 смещения, которая может быть выполнена на диодах или стабилитроне. Одновременно последовательно соединенные отключающая 11 и размагничивающая 12 обмотки закорачиваются, что приводит к выключению магнитно-транзисторного ключа регулирующего элемента 2. В дальнейшем через резистор 16 и диод 15 происходит перемагничивание сердечника трансформатора тока, Энергия, накопленная в дросселе 1, начинает передаваться в нагрузку и через блок 7 вспомогательного напряжения поступает на питание блока управления.

До выхода преобразователя на номинальный режим блок управления получает от блока 31 питающее напряжение, которое несколько меньше номинального выходноIo напряжения блока 7 вспомогательного напряжения. На этом этапе напряжение, снимаемое с делителя 20, который одновременно является ограничительным элементом опорного стабилитрона 19, меньше выходного напряжения источника 28. Транзистор 27 усилителя обратной связи закрыт и не оказывает влияния на делитель 21 напряжения 1енера ора 22 пилообразного наг1ряженич, 1- ç этом этапе преобразователь рабогаеT с максимальным коэффициентом заполнеl3ия, который определяется величиной выходного сигнала с делителя 18, ампли1удой пилообразного напряжения на

hof3äPIIс..3торе 26 и сîî1Hoшением плеч делителя 21. 11ричем на этапе включения. так .«". к<3K и в номинальном режиме, частота

I е .нератора 22 огтается неизменной, а амг11н1у,1а напряжения на конденса1оре 26 про1682990

10

55 порциональна входному напряжению.Таким образом, уже на этапе включения проис-. ходит регулирование длительности открытого состояния регулирующего элемента 2. При выходе преобразователя на номинальный режим выходное напряжение блока

7 вспомогательного напряжения превысит выходное напряжение блока 31 включения, который отключается либо сам, либо под действием запирающего напряжения, что зависит от варианта его построения, Под действием выходного напряжения блока 7 вспомогательного напряжения, которое жестко связано с выходными напряжениями, через обмотки накопительного дросселя 1 выходной сигнал с делителя 20 становится достаточным для включения в работу усилителя тока на транзисторе 27, При увеличении выходного напряжения под действием любого иэ дестабилизирующих факторов увеличивается выходное напряжение блока 7 вспомогательного напряжения. Это изменение усиливается на пассивном усилителе. образованном стабилитроном 19 и делителем 20,и далее усиливается транзистором 27. Выходной ток транзистора 27 приводит к повышению потенциала на нижнем плече делителя 21, а следовательно, и на выходе делителя 21, где по существу происходит сложение пилообразного сигнала и сигнала сбратной связи, В рассмотренном режиме работы стабилизацию выходного напряжения обеспе ивает не только цепь отрицательнол обратной связи, но и цепь воздействия по входному возмущению за счет изменения амплитуды пилы, пропорциональной входному напряжению, что улучшает точность стабилизации. Построение цепи входного воздействия на генераторе с однопереходным транзистором, обладающего стабильной частотой вне зависимости от питающего напряжения, позволяет упростить схему. При запуске и в номинальном режиме обеспечение устойчивости и повышение качества переходных процессов обеспечивается корректирующей цепью на резисторе 29 и конденсаторе

30. Эта интегрирующая цепочка выделяет

Ilo сути дела пульсацию тока накопительного дросселя 1. Пульсация тока дросселя 1 складывается с опорным напряжением делителя 18. Причем производные или наклоны пилообразного напряжения и пульсации выхода корректирующей цепи противоположны.

При резком нарастании тока дросселя, например при скачке входного напряжения, увеличивается скорость изменения корректирующего сигнала. Он быстрее достигает значения пилообразного сигнала, тем са15

45 мым время импульса уменьшается. При плавном увеличении тока выше заданного си вал с датчика 3 тока приоткрывает транзистор 32, который воздействует на неинвергирующий вход порогового элемента

14, понижая потенциал на этом входе и тем семьям уменьшая длительность импульса открыггого состояния регулирующего элеменTB 2

В этом режиме преобразователь из режима с абилизации выходного напряжения плавно переходит в режим стабилизации тока и",è потребляемой мощности. При резком увеличении тока нагрузки или провале выходного напряжения блок управления вырабатывает максимальный коэффициент заполнения или время импульса. Резко возрастает ток регулирующего элемента 2, Сигналом с датчика 3 тока транзистор 32 насышается, что приводит к резкому разряду конденсатора 30, Длительность импульса ограничивается минимальным значением, определяемым временем задержки на выключение регулирующего элемента 2, например временем рассасывания и т.д.

Поскольку при срабатывании транзистора

32 конденсатор 30 практически полностью разряжается, то скорость его промежуточного заряда определяет закон изменения длительности импульсов от минимального до номинальнсчо. При снятии перегрузки посг едующлй процесс .восстановления выхо„ногc. апряжения носит апериодический характер, .без перерегi:л",ðoâàíèÿ.

Таким образом, повышается точность стабилизации, качество переходных процессов и надежность при одновременном упрощен.:.и конструкции.

Формула изобретения

Стабилизирующий преобразователь напряжения с защитой, содержащий включенные между входным выводом и общей шиной последовательно соединенные первичную обмотку накопительного дросселя, регулирующий элемент и датчик тока, усилитель мощности на транзисторе, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, пороговый элемент, выход которого соединен с входом усилителя мощности, генератор пилообразного напряжения, подключенный выходом к инвертирующему входу порогового элемента, усилитель обратной. связи, источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним из входов усилителя обратной связи. другим входом подключенного к выходу первого делителя напряжения, трайзистор защиты, эмиттерным переходом подключенный к выходу датчика тока, блок вспомогательного напряжения на дополни1682990 тельной обмотке накопительного дросселя, выпрямительном диоде и корректирующих резисторе и конденсаторе и блок включения, вход которого включен между входным выводом и общей шиной, а выход подключен к выходу блока вспомогательного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, точности стабилизации и улучшения качества переходных процессов при одновременном упрощении,в него введены четыре диода, три резистора, второй делитель напряжения и цепь смещения, включенная между эмиттером транзистора усилителя мощности и общей шиной, причем регулирующий элемент выполнен на магнитно-транзисторном ключе, пусковая обмотка трансформатора тока которого одним выводом подключена через последовательно соединенные первый резистор и первый диод к выходу блока вспомогательного напряжения, а другим выводом, использованным в качестве управляющего входа регулирующего элемен— та, — непосредственно к выходу усилителя мощности, в качестве которого использован коллектор его транзистора, база которого через второй резистор ссединена с выходом блока вспомогательного напряжения, последовательно соединенные отключающая и размагничивающая обмотки трансформатора тока регулирующего элемента одним свободным выводом подключены через второй диод к общей шине, другим свободным выводом через третий диод — к базе транзистора усилителя мощности, непосредственно — к выходу порогового элемента, а точкой соединения укаэанные обмотки через последовательно соединенные третий резистор и четвертый диод подключены к выходу блока вспомогательного напряжения, при этом один иэ входов первого делителя напряжения подключен к выходу блока вспомогательного напря><ения. второму входу усилителя обратной связи,второй делитель напряжения включен между вторым входом первого делителя напряжения и общей шиной, между которыми включен также введенный стабилитрон, и выходом соединен с

5 неинвертирующим входом порогового элемента и с коллектором транзистора защиты, кроме того, генератор пилообразного напряжения выполнен на однопереходном транзисторе, делителе напряжения с двумя

10 выходами, четвертом резисторе и времязадающей цепочке на последовательно соединенных пятом резисторе и конденсаторе, включенной между входным выводом и общей шиной и точкой соединения пятого ре15 зистора с конденсатором, подключенной к эмиттеру однопроходного транзистора, одна база которого подключена к входному выводу через четвертый резистор, а вторая база — к общей шине непосредственно, де20 литель напряжения с двумя выходами включен между эмиттером однопереходного транзистора и общей шиной,его первый выход использован в качестве основного выхода генератора пилообразного напряжения, а

25 второй выход — в качестве введенного вспомогательного выхода этого генератора, соединенного с выходом усилителя обратной связи, выполненного на транзисторе, эмиттер и база которого использованы в качест30 ве первого и второго входов усилителя обратной связи, а коллектор — в качестве его выхода, источник опорного напряжения выполнен на резисторе и стабилитроне, причем в блоке вспомогательного напряжения

35 последовательная цепочка иэ корректирующих резистора и конденсатора подключена параллельно дополнительной обмотке накопительного дросселя, один вывод которой соединен через выпрямительный диод с

40 входным выводом, другой непосредственно с общей шиной, а точка соединения корректирующих резистора и конденсатора подключена к коллектору транзистора защиты.

Редактор С.Патрушева Техред M.Moðãåíòàë Корректор Муска

Заказ 3412 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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