Преобразователь напряжения

 

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит ключевые каскады 9 и 10, трансформатор 12, генератор 1 импульсов , фазоимпульсный модулятор 2, емкостный делитель 16, дополнительный трансформатор 20. При превышении выходным током устройства заданной величины фазоимпульсный модулятор 2 уменьшает глубину модуляции, стабилизируя ток, тем самым повышая надежность устройства при расширении диапазона нагрузок и регулировании выходного напряжения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ж ЬЮ

1я шина 1-я шина литания литания и

1 (21) 4835310/07 (22) 05.06.90 (46) 07,07.92; Бюл. М 25 (71) Центральный научно-исследовательский иНститут "Морфизприбор"(72) В.А. Александров, В.А. Галахов и В.А.

Чернуха (53) 621.314.57(088.8)

- (56) Авторское свидетельство СССР

N 11002266225522, кл. Н 02 M 3/335, 1983. . Авторское свидетельство СССР

М 1026255, кл. Н 02 М 3/335, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Ы 1746491 А1 (57) Использование: вторичные источники электропитания, Сущность изобретения: устройство содержит ключевые каскады 9 и

10, трансформатор 12; генератор 1 импульсов, фазоимпульсный модулятор 2, емкостный делитель 16, дополнительный трансформатор 20. При превышении выходным током устройства заданной величины фазоимпульсный модулятор 2 уменьшает глубину модуляции, стабилизируя ток, тем самым повышая надежность устройства при расширении диапазона нагрузок и регулировании выходного напряжения. 1 ил.

1746491

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания различного назначения, Известны преобразователи напряжения, содержащие последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор (ШИМ), предварительный усилитель,. двухтактный выходной каскад, трансформатор, выпрямитель, фильтр нижних частот (ФНЧ) и датчик тока, включенный во входной цепи трансформатора, выход которого через пороговый усилитель соединен с входом управления ШИМ.

Для питания ШИМ и предварительных усилителей в таких устройствах используется вспомогательный источник питания, содержащий сетевой трансформатор и выпрямитель..- Мощность такого источника питания в основном определяется потреблением предварительных усилителей и обычно составляет около 5 — 8 Д выходной мощности преобразователя напряжения, Применение вспомогательных источников питания от первичной сети существенно ухудшает массогабаритные показатели и снижает КПД устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь напряжения, содержащий ШИМ, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и входом счетного триггера,,а выход — с первыми входами первой и второй схем И, вторые входы которых соединены с прямым и инверсным выходами счетного триггера, Выходы первой и второй схем И. через первый и второй предварительные усилители соединены с первым и вторым входами двухтактного ключевого каскада соответственно, выходы которого соединены с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через выпрямитель к входу ФНЧ. Выход ФНЧ является выходом преобразователя и подключен к входу служебного преобразователя, выход которого . соединен с выходом вспомогательного источника питания и шинами питания предварительных усилителей. Причем первый вывод питания двухтактного ключевого каскада соединен с первой шиной питания, а второй вывод питания через датчик тока — с входом формирователя, выход которого соединен с дополнительным входом управления LLIMM, вход управления которого соединен с шиной управления, Однако известный преобразователь имеет следующие недостатки, При снижении выходного напряжения в случае ограничения величины выходного тока (уменьшения сопротивления нагрузки, ко-. роткого замыкания, заряда емкостной нагрузки и т.п.) происходит снижение напряжения на выходе служебного преоб5 разователя, в результате чего уменьшается уровень сигнала k3 входах двухтактного ключевого каскада, Причем напряжение на выходе служебного преобразователя, в режиме стабилизации выходного тока практи10 чески пропорционально сопротивлению нагрузки и при коротком замыкании или работе на емкостной накопитель может снижаться практически до. нуля. В таком режиме питание предварительных усилите15 леь осуществляется от вспомогательного источника питания, имеющего обычно напряжение, в несколько раэ меньшее, чем служебный преобразователь в номинальном режиме, Таким образом, в режиме пе20 регруэки (стабилизации тока) снижается уровень сигнала на входах двухтактного ключевого каскада, что приводит к ухудшению отпирания его транзисторов, Причем в этом режиме выходной ток двухтактного

25 ключевого каскада максимален. Поэтому при снижении напряжения на его входах не может быть обеспечентребуемый режим работы транзисторов каскада (их надежное отпирание), что с неизбежностью приводит к

30 выходу двухтактного ключевого каскада из строя.

Повышение мощности вспомогательного источника питания до уровня мощности служебного преобразователя нецелесооб35 разно, так как это приводит к значительному ухудшению массогабаритных и энергетических показателей, Аналогичное явление происходит и при уменьшении выходного напряжения регулировкой по шине управ40 ления, Таким образом, при перегрузке известного преобразователя по выходу (в том числе работе на емкостной накопитель) или при уменьшении выходного напряжения ниже

45 некоторого уровня его надежность резко падает.

Цель изобретения — повышение надежности при расширении диапазона регулирования выходного напряжения, 50 Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь;содержащий модулятор, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход управления- с шиной управления, пер55 вый двухтактный ключевой каскад, входы которого подключены к выходам первого и . второго предварительных усилителей соответственно, а выход — к первому выводу первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрями1746491 рой входы последнего соединены соответ- 25

40

50 тель подключена к входу ФНЧ, выход которого является выходом преобразователя, вспомогательный источник питания, выход которого соединен с выводами питания первого и второго предварительных усилителей, а.также первую и вторую. шины питания, причем первая шина питания соединена с выводом питания первого двухтактного ключевого каскада, введены первый и второй инверторы, емкостной делитель, второй двухтактный ключевой каскад, третий и четвертый. предварительные усилители, а также дополнительные трансформатор и ФНЧ.

Выходы третьего и четвертого предварительных усилителей соединены соответственно с вторым и первым входами второго двухтактного ключевого каскада. Первый вывод первичной обмотки дополнительного трансформатора соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора и выходом второго двухтактного ключевого каскада, а ее второй вывод — с выходом емкостного делителя. Причем первый и втоственно с первым и вторым выводами питания первого и второго двухтактного ключевых каскадов, а также с первой и второй шинами питания. Входы дополнительного выпрямителя подключены к выходной обмотке дополнительного трансформатора, а его выход через дополнительный ФНЧ . соединен с выводами питания предварительных усилителей. Входы первого предварительного усилителя и первого инвертора соединены с первым выходом. модулятора, вход третьего предварительного усилителя соединен с выходом первого инвертора. а вход четвертого — с выходом второго инвертора, причем модулятор выполнен фазоимпул ьс н ы м.

Благодаря такому построению преобразователя напряжения обеспечивается необходимая величина напряжения питания предварительных усилителей независимо от скважности импульсного напряжения, формируемого фазоимпульсным преобразователем, в основном тракте преобразованияя (т.е. на входе выходного трансформатора), изменяющейся как при изменении выходного напряжения, так и ог- . раничении выходного тока, Это, в свою очередь, обеспечивает необходимый режим работы предварительных усилителей и, соответственно, двухтактных ключевых каскадов при любых выходных напряжениях и нагрузках, что повышает надежность работы предлагаемого преобразователя.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь напряжения содержит генератор 1 тактовых импульсов, фазоимпульсный модулятор 2, первый 3 и второй

4 инверторы, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 предварительные усилители, первый 9 и второй 10 ключевые каскады, трансформатор 11, вторичная обмотка которого через выпрямитель 12 соединена с вхоропе ФНЧ 13, выход t4, емкостной делитель

15, подключенный между первой 16 и второй t7 шинами питания, вспомогательный источник 18 питания, дополнительный трансформатор 19, вторичная обл1отка которого через дополнительный выпрямитель 20 соединена с входом дополнительного ФНЧ

21, выход которого соединен с выходом вспомогательного источника 18 питания и выводами питания первого 5, BToporo б. третьего 7 и четвертого 8 предварительных усилителей, а также шину 22 управления, подключенную к входу управления модулятора 2 (не изображена).

Преобразователь работает следующим образом.

При включении преобразователя вспомогательный источник 18 питания обеспечивает эапитку всех блоков формирования импульсных сигналов номинальным напряжением и предварительных усилителей.5 —

8 пониженным напряжением. Независимо от разности фаз сигналов на выходах модулятора 2 на входы каскада 9 и 10 поступают сигналы типа "меандр", в результате чего на выходах каскадов 9 и 10 формируются сигналы типа "меандр" на большом уровне мощности, Такой сигнал с выхода двухтактного каскада 10 прикладывается к первичной обмотке дополнительного трансфор матора 19, благодаря чему на выходе дополнительного ФНЧ 21 формируется постоянное напряжение требуемой величины (определяемой коэффициентом трансформации трансформатора 19) и независящее от модуляции импульсных сигналов фаэоимпульсным модулятором 2, Так как это напряжение превосходит напряжение вспомогательного источника 18 питания, поступающее на предварительные усилители 5 — 8, вспомогательный источник 18 питания запирается выходным напряжением, и питание усилителей 5 — 8 осуществляется от высокоэффективного источника, включающего в себя ключевой каскад 1, дополнительный трансформатор 19. выпрямитель 20 и ФНЧ 21, Принципиально важно, что напряжение питания предварительных усилителей 5 — 8 в предлагаемом преобразователе не зависит от глубины фазоимпульсной модуляции, 1746491

Составитель Л.Галахова

Техред М,Моргентал Корректор M.Ïîæî

Редактор B,Äàíêî

Заказ 2401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Глубина фазоимпульсной модуляции модулятора 2 определяется напряжением на его входе управления, т.е. на шине 22 управления, которое определяет выходное напряжение устройства, Так, при синфаз- 5 ной работе ключевых каскадов 9 и 10(глубина фазоимпульсной модуляции на выходах модулятора 2 равна нулю) к выводам первичной обмотки трансформатора приложены одинаковые сигналы и напряжение на 10 ней отсутствует, т.е. отсутствует напряжение и на выходе.преобразователя, При увеличении фазового сдвига сигналов на выходах модулятора 2 относительно друг друга возрастает и длительность импульсов, 15 приложенных к.первичной обмотке трансформатора 11, а следовательно, возрастает напряжение на выходе 14 преобразователя.

Максимальное выходное напряжение соответствует случаю противофазности сиг- 20 налов на выходах модулятора 2 (максимальной глубине фазоимпульсной модуляции), когда к первичной обмотке трансформатора .

11 прикладывается напряжение типа "меандр". Стабилизация выходного напряже- 25 ния может быть осуществлена при необходимости известным приемом —. введением обратной связи.

При изменении напряжения на входе управления фазоимпульсного модулятора 2 30 изменяется напряжение на выходе преобразователя в широких пределах, При этом . напряжение питания предварительных усилителей 5 — 8 остается неизменным, что обеспечивает оптимальный режим работы 35 двухтактных ключевых каскадов 9 и 10 и высокую надежность преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь напряжения, содер- 40 жащий модулятор, вход синхронизации корого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход управления — с, шиной управления, первый двухтактный ключевой каскад, первый и второй входы 45 которого подключены к выходам первого и второго предварительных усилителей сооТветственно, а выход — к первому выводу первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель подключена к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, вспомогательный источник питания; выход которого соединен с выводами питания первого и второго предварительных усилителей, а также первую и вторую шины питания, причем первая шина питания соединена с выводом питания первого двухтактного ключевогО каскада, о т л и ч а-. ю шийся тем, что. с целью повышения надежности при расширении диапазона регулирования выходного напряжения; в него введены первый и второй инверторы, емкостной делитель; второй двухтактный ключевой каскад, третий и четвертый предварительные усилители, выход каждого иэ которых соединен Соответственно с вторым и первым входами второго двухтактного ключевого каскада, дополнительный трансформатор, первый вывод первичной обмотки которого соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора и выходом второго двухтактного ключевого каскада. а ее второй вывод — с выходом емкостногб.делителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами питания первого и второго двухтактных ключевых каскадов, а также с первой и второй шинами питания, дополнитЕльный выпрямитель, входы которого подключены к выходной обмотке дополнительного трансформатора, а

его выход через дополнительный фильтр нижних частот соединен с выводами питания первого, второго, третьего и четвертого предварительных усилителей, при этом входы первого предварительного усилителя и первого инвертора соединены с первым выходом модулятора, вход третьего предварительного усилителя соединен с выходом первого инвертора, а вход четвертого предварительного усилителя — с выходом второго инвертора, причем модулятор выполнен фазоимпульсным.