Многоканальный преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение мощности на вы-2ходе и КПД путем устранения потерь мощности на рекуперацию энергии. Преобразователь содержит сетевой выпрямитель 1 со сгяаживаюшим конденсатором 2. вспомогательный источник питания 3. транзисторы 6 и 7 усилителя мощности, диоды 8 и 9. трансформатор 12. корректирующие конденсаторы 10,11 и 15.16. датчик обратной связи 20. регулирующий элемент 21 и задающий генератор с регулируемой частотой 22, После выключения транзистора (когда оба тралзистора заперты) на обмотках трансформатора 12 формируется колебательный процесс, определяемый емкостью корректирующих конденсаторов и индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора. При этом рекуперационные процессы отсутствуют и вся энергия, коммутируемая усилителем мощности, передается в нагрузку, что повышает мощность на выходе и (СПД, 5 з,п. ф-лы. 4 ил.•^^ЁСл)gсл>&(fusJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4627667/07 (22) 29.12.88 (46) 15.02.92. Бюл. ¹ 6 (71) Научно-производственное обьединение по радиоэлектронной медицинской аппаратуре "P3MA" (72) Л,В,Дубицкий, В.M.Tàôåëü, И.Д.Шварцбанд и Б.И.Швецкий (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство. СССР

t4 1394357, кл, Н 02 M 3/335, 1987, Авторское свидетельство СССР

3Ф-760068, кл. Н 02 M 3/337, 1979, (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения — повышение мощности на вы„,.Я „, 1713045 А1 ходе и КПД путем устранения потерь мощности на рекуперацию энергии. Преобразователь содержит сетевой выпрямитель 1 со сглаживающим конденсатором 2, вспомогательный источник питания 3, транзисторы 6 и 7 усилителя мощности, диоды 8 и 9, трансформатор 12, корректирующие конденсаторы 10, 11 и 15, 16, датчик обратной связи 20, регулирующий элемент 21 и задающий генератор с регулируемой частотой 22. После выключения транзистора (когда оба транзистора заперты) на обмотках трансформатора 12 формируется колебательный процесс, определяемый емкостью корректирующих ( конденсаторов и индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора. При этом рекуперационные процессы отсутствуют и вся энергия, коммутируемая усилителем мощности, передается в нагрузку, что повышает мощность на выходе и КПД, 5 з.п;ф-лы, 4 ил.

1713045

Изобретение относится к электротехни- вичную обмотку 13 трансформатора 12, паке, в частности к вторичным источникам пи- рэллельно которой включен корректируютания радиоэлектронной аппаратуры. щий конденсатор 15.

Цель изобретения — повышение мощно- Во второй цепи положительная обкладсти на выходе и КПД путем устранения по- 5 ка конденсатора 2 через вторую первичную терь мощности на рекуперацию энергии. обмотку 14 трансформатора и параллельно

На фиг,1 представлена схема многокэ- включенный корректирующий конденсатор нального преобразователя напряжения, на 16 связана с анодом второго диода 9 усилифиг.2 и 3 — варианты выполнения задающе- теля мощности. Параллельно диоду 9 вклюго генератора регулируемой частотой; нэ 10 ченкорректирующийконденсатор11. Катод фиг.4- временные диаграммы, поясняющие диода связан с коллектором второго транзиего работу. стора 7 усилителя мощности. Эмиттер транПреобразовательсодержитсетевойвы- эисторэ 7 подключен к отрицательной прямитель 1 со сглаживающим конденсато- обкладке конденсатора 2, ром 2, вспомогательный источник 3 15 Вторичные обмотки 17> — 17 трансфорпитания, первый 4 и второй 5 предусилите- матора 12 с параллельно включенными карли мощности, первый 6 и второй 7 транзи- ректирующими конденсаторами 18>-18п сторы усилителя мощности, первый 8 и соединены с выходными выпрямителями и второй 9 диоды с корректирующими кон- фильтрами 191 19п. Одна из вторичных обденсаторами 10 и 11, трансформатор 12, его 20 моток 17п подключена также к входу датчипервую 13 и вторую 14 первичные обмотки ка 20 обратной связи, выход которого через с корректирующими конденсаторами 15 и регулирующий элемент 21 связан с входом

16, и вторичных обмоток 171-17л с коррек- задающего генератора 22 с регулируемой тирующими конденсаторами 18 -18 и и вы- частотой. Выходы генератора 22 через перпрямителей с фильтрами 191-19п, датчик 20 25 вый 4 и второй 5 предусилители мощности обратной связи, регулирующий элемент 21 связаны с змиттерными переходами сооти задающий генератор 22 с регулируемой ветственно первого 6 и второго 7 транэисточастотой. ров усилителя мощности.

По первому варианту выполнения зада- В первом варианте выполнения задаюющий генератора 22 с регулируемой часто- 30 щего генератора 22 (фиг.2) вход генератора той (фиг.2) содержит преобразователь 23 через преобразователь 23 напряжение — чанапряжение — частота и унитарный счетчик стотэ связан с входом унитарного счетчика

24 по модулю 4. 24 по модулю 4, четные выходы которого

По второму варианту выполнения зада- служат выходами генератора. ющий генератор 22 с регулируемой часто - 35 Во втором варианте выполнения зэдатой (фиг.З) содержит преобразователь 25 ющегогенератора22(фиг.З)входгенератонапряжение — частота, сумматор 26, источ- ра подключен к входу преобразователя 25 ник 27 опорного напряжения, компаратор напряжение — частота и к второму входу

28, счетный триггер 29. схемы 30 и 31 совпа- сумматора 26, первый вход которого связан

40 с источником 27 опорного напряжения. ВыВход преобразователя подключен к се- ход пилообразного напряжения преобразотевому выпрямителю 1 со сглаживающим вэтеля 25 связан с первым входом конденсатором 2 и к входу вспомогательно- компараторэ 28, второй вход которого подго источника 3 питания, гальванически раэ- ключен к выходу сумматора 26. Выход комвязанные выходы которого подключены к 45 паратора 28 связан сс .четным входом входам питания первого 4 и второго 5 пред- триггера 29 и с первыми входами схем 30 и усилителей мощности, регулирующего зле- 31 совпадения, вторые вх ды которых подмента 21 и задающего генератора 22 с ключены к прямому и инверсному выходам регулируемой частотой. триггера 29. Выходы схем 30 и 31 совпадеПараллельно сглаживающему конден- 50 ния служат выходами задающего генератоcampy 2 подключены две несимметричные ра. цепи усилителя мощности; В первой цепи Многоканальный преобразователь наположительная обкладка конденсатора 2 пряжения работает следующим образом. связана с анодом nepeoro диода 8 усилителя Входное переменное сетевое напряжемощности. Параллельно диоду 8 включен 55 ние выпрямляется выпрямителем I и сглакорректирующийконденсатор10.Катодди- живается конденсатором 2, на котором ода 8 подключен к коллектору первого тран- присутствует квазипостоянное пульсируюзистора 6 усилителя мощности. Эмиттер щее напряжение. Входное сетевое напрятранзистора 6 связан с отрицательной об- жение поступает также на вход

" кладкой конденсатора 2 через первую пер- вспомогательного источника 3 питания, ко1713045 торый формирует служебные напряжения для питания управляющих узлов.

На выходах задающего генератора 22 с регулируемой частотой формируются две разнесенные во времени серии управляю- 5 щих сигналов с взаимным сдвигом фаз, равным ж Частота сигналов задающего генератора соответствует ультразвуковому диапазону и изменяется в зависимости от выходного напряжения U регулирующего 10 элемента 21, которое, в свою очередь, зависит от выходного напряжения датчика 20 обратной связи.

С выходов задающего генератора 22 уп- равляющие сигналы через предусилители 4 15 и 5 с гальванической развязкой входов (трансформаторной или оптронной) посту- . пают в эмиттерные цепи силовых транзисторов 6 и 7 усилителя мощности, навязывая устройству двухтактный рабочий 20 цикл. Работа устройства проиллюстрирована временными диаграммами на фиг.4, где а — регулирующее напряжение на входе задающего генератора 22; б и в — две выходные серии генератора 22 с постоянной 25 скважностью О = 4; r и д — диаграммы коллекторных токов транзисторов 6 и 7, е и ж— диаграммы напряжений на коммутируемых концах-второй 14 и первой 13 первичных обмоток трансформатора 12. На диаграм- 30 мах утолщены интервалы подзаряда riepвичных обмоток и пунктиром пронормированы уровни в единица U с (на пряжение на сглаживающем конденсаторе

2), Причем уровень 0 соответствует потен- 35 циалу отрицательной обкладки конденсатора 2.

По заднему фронту управляющего сигнала (б) в:момент времени 1 запирается транзистор 6. Ток, накопленный на интерва- 40 ле подзаряда в первичной обмотке 13, теперь, не находя другой цепи, производит заряд конденсатора 15 и всех паразитных емкостей. При этом на эмиттере транзистора 6, связанном с коммутируемым концом 45 обмоток 13, формируется отрицательный фронт. Благодаря согласной магнитной связи обмоток 13 и 14 на коммутируемом конце последней и на аноде диода 9 образуется подобный отрицательный фронт. 50

Фронты являются частью свободного колебательного процесса (штриховая ли.ния), продолжение которого прерывает в момент времени 3 отпирание диода 9 и 55 включение коллекторного тока транзистора

7, предварительно (в момент времени 2) включенного по базе управляющим сигналом в. Отпирание диода 9 производится самим колебательным процессом вследствие изменения знака напряжения анод диода 9 — эмиттер транзистора 7.

Гок через обмотку 14 нарастает до момента выключения по базе транзистора 7 сигналом управления (моь ент времени 4), после чего начинается формирование положительного фронта колебательного процесса на аноде диода 9, эмиттера транзистора

6 и на связанных с ними коммутируемых концах обмоток 14 и 13, Далее естественный колебательный процесс прерывается при отпираний в момент 6 диода 8 через предварительно (в момент времени 5) включенный по базе транзистор 6. Колебательный процесс повторяется.

В первичных обмотках 13 и 14 и во вторичных обмотках 171-17 формируются колебания, близкие к синусоидальным. .Выпрямители с RC-фильтрами 191-19 преобразуют переменные напряжения в постоянные выходные напряжения преобразователя. Стабилизация напряжений на вторичных обмотках производится. по напряжению одной из вторичных обмоток 17п, напряжение ко1 орой детектируется датчиком 20 обратной связи. Выходное напряжение датчика сравнивается с опорным на регулирующем элементе 21, с выхода которого напряжение рассогласования поступает на вход задающего генератора 22, регулируя частоту процесса преобразования, зависящую от частоты амплитуду колебаний, а следовательно, передаваемую мощность, что проиллюстрировано на 3 участках фиг.4 (А, В, С).

Мощность, коммутируемая на фронтах переключений транзисторами 6 и 7 усилителя мощности, незначительна, Открывание и насыщение транзисторов происходят при закрытых диодах, а следовательно(при нулевых коллекторных токах, а закрывание насыщенных транзисторов — при нулевых коммутируемых напряжениях. Поэтому существенных помех на фронтах переключения транзисторов не создается. Уровень помех определяется конструкцией колебательного контура и скоростью протекания кол ебател ьн ого и роцесса. При оптимал ьном выборе .корректирующих конденсаторов и индуктивности рассеяния трансформатора (регулируется зазором) форма колебаний близка к синусоидальной и локализация излучаемых помех не создает технических трудностей, В процессе преобразования рекуперационные явления отсутствуют, следовательно, вся энергия, коммутируемая усилитеЛем мощности (за вычетом потерь), передается в нагрузку. Это позволяет при заданном допустимом токе транзисторов преобр:.зовать

1713045 максимальную мощность и повысить КПД при низком уровне помех.

Для обеспечения симметричного колебательного процесса необходимы идентичность и достаточно сильная магнитная связь первичных обмоток трансформатора. Поэтому их намотка должна выполняться бифилярно. Разность потенциалов между подобными точками первичных обмоток (как видно иэ фиг.4е,ж) постоянна и равна напряжению на сглаживающем конденсаторе 2.

10

Формула изобретения

1. Многоканальный преобразователь 15 напряжения, содержащий задающий генератор с регулируемой частотой, вход которого подключен к выходу регулирующего элемента, первый и второй транзисторы усилителя мощности; коллекторы которых 20 связаны с катодами первого и второго диодов, трансформатор с двумя первичными обмотками, вторичные обмотки которого связаны с выпрямителями и фильтрами выходных цепей, а к одной иэ вторичных обмо- 25 ток подключен датчик обратной связи, выход которого связан с входом регулирующего эл емента, вход преобразователя подключен к сетевому выпрямителю со сглаживающим конденсатором и к входу 30 вспомогательного источника питания, связаммого с цепями литания задающего генератора, .регулирующего,элемента, входами подсоединенных к выходам задающего генератора, отличающийся тем, что, с 35 целью повышения мощности нз выходе и

КПД путем устранения потерь мощности ма рекуперзцию энергии, к положительной и отрицательной обкладкам сглаживающего конденсатора подключены.соответственно 40 анод первого диода и эмиттер второго транзистора, первая первичная обмотка трансформатора включема между эмиттером первого транзисторз и отрицательной обкладкой сглаживающего конденсатора, вто- 45 рая первичная обмотка трансформатора включена между анодом второго диода и положительной обкладкой сглаживающего конденсатора, выходы вспомогательного источника литания соединены с входами 50 предусилителей, параллельно диодам и обмоткам трансформатора включены корректирующие конденсаторы, а трансформатор

I выполнен с бифилярными первичным обмотками.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что задающий генератор с регулируемой частотой выполнен в виде генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу сумматора, первым входом соединенный с источником опорного напряжения, а второй вход сумматора и вход преобразователя напряжение — частота является входом задающего генератора, выход компараторз соединен со счетным входом триггера и с первыми входами двух схем совпадения, вторые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, а выходы схем совпадения образуют выходы задающего генератора.

3. Преобразователь по и. I, о т л и ч а юшийся тем, что задающий генератор сОдержит преобразователь напряжение— частота, вход которого. является входом задающего генератора, а выходом подключен к входу унитарного счетчика по модулю 4; четные или нечетные выходы которого образуют выходы задающего генератора, 4. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что регулирующий элемент выполнен в.виде дифференциального усилителя. неинвертирующий вход и выход которого являются соответственно входом и выходом регулирующего элемента, а имвертируещий вход подключен к источнику обмерного напряжения., 5. Преобразователь по п.1, от л и ч а юшийся тем, что датчик обратной связи содержйт последовательмо соединенные выпрямитель и фильтр, выход которого является выходом датчика обратной связи, причем вход образован входом выпрямителя непосредственно или через дополнительный трансформатор развязки.

6. Преобразователь по п,1, о т л и ч à ю- шийся тем, что вспомогательный источник питания выполнен а вйде трансформатора, каждая вторичная обмотка которого под- . ключена к выпрямителю и фильтру, выходы которого образуют выходы источника, а выводы первичной обмотки — вход источника, примем входы и выходы источника гальвзми. чески развязаны.

1713045

1713045

Составитель И.Войтович

Техред М.Моргентал Корректор A,Îcàóëåíêî

Редактор И. Касарда

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

Заказ 541 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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