Управляемый ключевой преобразователь напряжения

 

.Использование; вторичные стабилизированные источники питания и регуляторы напряжения. Существо изобретения: устройство содержит последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 1.2, ключевой регулятор, инвертор 2 и выпрямитель 3, датчик тока 6.2, пороговую схему 6.1 и 7, RC-триггер 5, ключевой элемент, интегрирующую цепь и вторую пороговую схему. Изобретение исключает перегрузки силовых каскадов при включении устройства и после срабатывания цепи защиты как при резистивной, так и:при емкостной нагрузке . При этом обеспечивается защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМCTBО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "-

Б. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908608/07 (22) 05,02,91 (46) 07,01,93. Б1ол. № 1 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" (72) B,А,Александров и В.А.Галахов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 1220079, кл. Н 02 M 3/335, 1985.

2, Патент США ¹ 4190882, кл. Н 02 М

3/335, 1980. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ КЛЮЧЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) .Использование, вторичные стабилизированные источники питания и регуляторы

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве вторичных стабилизированных источников питания.

Из весте н и реоб разо ватель напряжения, который содержит узел плавного пуска, состоящий из интегрирующей цепи, цепи разряда, пороговую схему. Его недостатки связаны со сложностью фильтрации его выходных напряжений и невозможностью их стабилизации в условиях изменения нагрузки в широких пределах.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является управляемый ключевой преобразователь напряжения по пат. США

¹ 4190882, который содержит ключевой регулятор, состоящий из последовательно соединенных широтно-импульсного модулятора и ключевого усилителя, инвертора и выпрямителя, причем шина питания,о> ИЛ<и> 17866 15 А1

2 напряжения. Существо изобретения: устройство содержит последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор

1.2, ключевой регулятор, инвертор 2 и выпрямительь 3, датчик тока 6.2, пороговую схему 6 1 и 7, RC-триггер 5, ключевой элемент, интегрирующую цепь и вторую пороговую схему, Изобретение исключает перегрузки силовых каскадов при включении устройства и после срабатывания -цепи защиты как при резистивной, так и-при емкостной нагрузке. При этом обеспечивается защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу, 2 ил. ключевого регулятора соединена с шиной первичного питания.

Основным недостатком устройствапрототипа является то, что перегрузка такого устройства по выходу приводит к увеличению выходного тока инвертора и; соответственно, ключевого регулятора, что может и ривести к выходу устройства иэ строя. Кроме того, если при токовой перегрузке инвертора обеспечивается его отключение, то его повторное включение при наличии существенного уровня выходного напряжения кЛючевого регуЛягора приводит к повторной токовой перегрузке из-за емкостной нагрузки инвертора, Таким образом, известное устройство имеет низкую надежность при работе на сильно выраженную емкостную нагрузку.

Цель изобретения — повышение надежности.

1786615

10 регулятора, причем выход RS-триггера под- 15 ключен к входу управления ключевого pery20

30

Цель изобретения достигается в управляемом ключевом преобразователе, содержащем последовательно соединенные ключевой регулятор, инвертор и выпрямитель, а шина питания ключевого усилителя соединена с шиной первичного электропитания, введением пороговой схемы, RSтриггера и схемы контроля выходного тока инвертора. Вход последней подключен к дополнительному вйходу инвертора, а выход — к R-входу Rs-триггера, S-вход которого соединен через пороговую схему с выходом ключевого регулятора. Выход RS-триггера подключен к входу управления ключевого лятора и дополнител.ьному входу инвертора.

Использование новых блоков и связей позволило решить задачу плавного повторного включения инвертора при нулевом (либо весьма малом) напряжении на входной емкости ключевого регулятора, что позволило обеспечить плавный повторный запуск при последовательном соединении ключевога регулятора и инвертора.

Благодаря такому построению управляемого ключевого преобразователя напряжения исключаются перегрузки его силовых каскадов при включении устройства и после срабатывания цепи защиты как при резистивной, так и при емкостной нагрузке, При этом обеспечивается защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу.

На фиг. 1.приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены эпюры напряжений и токов, поясняющие принцип его работы, Индексы токов и напряжений соответствуют номерам блоков, к выходу которых они относятся.

Устройство содержит последовательно соединенные ключевой регулятор 1, инвертор 2 и выпрямитель 3, а также шину 4 первичного питания, соединенную с шиной питания ключевого усилителя 1. Схема контроля 5 выходного тока инвертора своим входом подключена к дополнительному выходу инвертора 2, а выходом — к R-входу

RS-триггера 6, S-вход которого соединен через пороговую схему 7 с выходом ключевого регулятора 1. Выход RS-триггера 6 подключен к входу управления ключевого регулятора и входу запрета инвертора

При включении устройства, т,е. при подаче на вход интегрирующей цепи 1,1, т,е. напряжения U, на ее выходе напряжение U

1,1 медленно нарастает, причем закон его нарастания определяется параметрами ин35

50 тегрирующей цепи 1.1. При этом широтноимпульсный модулятор 1.2 формирует импульсы с LulflM, длительность которых плавно нарастает пропорционально росту напряжения U 1 íà его входе. Эти импульсы усиливаются по мощности ключевым усилителем 1,3, на выходе которого выделяется U

1.3, пропорциональное среднему значению импульсов U 1.2 с LLIIflM. и, соответственно, пропорциональное напряжению U 1.1: U 1.3

- К2 U 1.1. Напряжение 0 1,3 является напряжением питания инвертора 2, который при наличии на входе запрета сигнала логической единицы (U5) находится в автоколебательном режиме и формирует на своем выходе. прямоугольное двухполярное напряжение U2, амплитуда которого пропорциональна его напряжению U 1.3 питания:

U1,,2 - K4 U 1.3, где К4 определяется коэффициентом преобразования инвертора 2, т.е. коэффициентом трансформации его выходного трансформатора. Это напряжение выпрямляется выпрямителем 3 и преобразуется в однополярное медленно изменяющееся напряжение UÇ - К4 U 1.3 -, Кг К4 U

1,1. При этом выходной ток выпрямителя 3 и, соответственно, инвертора 2 определяется импедансом нагрузки, представляющей собой, как правило, параллельно соединенные конденсатор С (фильтрующий) и активную нагрузку, с эквивалентным сопротивлением R. Тогда выходной ток во время рассматриваемого переходного про-. цесса определяется дифференциальным уравнением: ЗС 403+03 бс R

Учитывая, что U 1,1 = U (1-е ) и UÇ

- К V 1,1, где К - К К, получаем соотношение;

КUе " КU 1-е

I3=C . +

Из этого соотношения можно получить условие на х — постоянную времени интегрирующей цепи для того, чтобы при известных R и С во время переходного процесса выходной ток 13 не превышал его максимального значения в установившемся режиме!3 = KV/R ì, т,е. перегрузка по току при включении устройства (заряда конденсатора С) исключается: приравняв 13 ТЗ, получим, что т= Rt4MH С, где Rììí минимальное сопротивление нагрузки

При этом I2 = 13/К4, а при T= Вмин С и работе устройства на нагрузку Вмин ток инвертора 2 будет во время всего переходного процесса постоянен и равен IÇ (см. фиг. 2).

При работе устройства íà R ) Ям и очевидно, что в начальный момент времени IÇ =ГЗ, 1786615 а затем он спадет до KU/R. Таким образом, при допустимых значениях R< и выборе

r R»H С выходной ток как ключевого усилителя 1.3, так и инвертора 2 не превысит своего допустимого значения l3.

При перегрузке устройства (к.з. по выходу или В< RMgp) ток l2 инвертора возрастает, и напряжение U 6.2 на выходе датчика тока доходит до порога срабатывания пороговой схемы 6.1 (момент t) на фиг, 2), в результате чего импульс U 6.1 поступает на R-вход триггера 5, выходное напряжение U5 которого принимает нулевой уровень и запирает по входу запрета инвертор 2, а также обнуляет, посредством ключевого элемента 1.4, напряжение U 1.1 на выходе интегрирующей цепи 1.2. В результате этого сигнал на выходе LUMM 1.2 исчезает, и напряжение 0 1.3 на выходе ключевого усилителя медленно спадает, т.к. инвертор 2 заперт, ключевой регулятор 1 не имеет нагрузки и его выходной конденсатор разряжается через сопротивления утечек. И только после уменьшения выходного йапряжения ключевого усилителя 1.3 до пренебрежимо малой величин.ы (tz на фиг. 2) с рабаты вает пороговая схема 7 и устанавли вает на выходе триггера 5 уровень лог. "1".

После этого напряжение на выходе интегрирующей цепи 1.1 нарастает, а инвертор 2 начинает работать, и все процессы повторяются описанным выше порядком (см. фиг. 2 после момента t2), если перегрузка отсутствует. Если существует перегрузка, то в момент превышения током t2 допустимой величины произойдет выключение устройства описанным выше способом, и т.д.

Следует отметить необходимость вкл ючения триггера 5 только и рй приближении U

1.3 к нулю (а не раньше — для чего и служит пороговая схема 7), т,к, в противном случае может произойти перегрузка инвертора 2 по току, т.к. это напряжение U 1.3, преобразуясь в U3 = К4 U 1.3, будет приложено к разряженному конденсатору С нагрузки и

5 создает "неограниченный" импульс тока заряда конденсатора, что недопустимо, т,к. нарушает логику работы устройства и приводит к значительному снижению его надежности.

10 Таким образом, в предлагаемом управляемом преобразователе напряжения полностью исключается перегрузка силовых каскадов как при включении устройства, так и после срабатывания защиты при емкост15 ном и резистивном характере нагрузки. Это обеспечивает повышение надежности преобразователя при любых изменениях сопротивления нагрузки, что, в свою очередь, исключает необходимость применения спе- .

20 циальных дополнительных мер по заряду конденсаторов нагрузки, существенно усложняющих силовые цепи.устройсгва, Формула изобретения

25 Управляемый ключевой преобразователь напряжения, содержащий последовательно соединенные ключевой усилитель, инвертор и выпрямитель, причем шина электропитания ключевого усилителя сое30 динена с шиной первичного электропитания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены пороговая схема, RS-триггер и схема контроля выходного тока конвертора, вход которой

35 подключен к дополнительному выходу конвертора, а выход — к R-входу RS-триггера, S-вход которого соединен через пороговую схему с выходом ключевого усилителя, причем выход RS-триггера подключен к входу

40 управления ключевого усилителя и входу запрета конвертора.

1786615

Рис 2

Составитель Л.Галахова .

Техред M.Mopãåíòýë Корректор

Редактор Л.Пигина

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

Заказ 254 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., 4/5