Стабилизированный преобразователь напряжения

 

Сущность изобретения: устройство содержит транзисторный ключ (1), силовой трансформатор (2), выпрямитель (7), индуктивно-емкостный фильтр (8), цепь обратной связи 11, К дросселю Индуктивно-емкостного фильтра (8) подсоединена RC-цепь (14). Повышение быстродействия при резких изменениях входного напряжения достигнуто за счет получения в контуре обратной связи сигнала, содержащего портоянную составляющую, пропорциональную выходному напряжению и переменную составляющую, получаемую из напряжения на дросселе, преобразуемую в пилообразные импульсы RC-цепью

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ го процесса. 3 ил, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902460/07 (22) 14.01.91 (46) 15.05.93. Бюл, N. 18 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В.А.Хабузов, В.Ф.Худяков, А,П.Пакидов, В.П.Руковчук, А.А,Светлов, С.Б.Романов, B,Ë.Øèðîêoâ и А,А,Пономаренко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1001368, кл. Н 02 M 3/335, 1981.

Ромаш Э.M. и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи, М.: Радио и связь, 1988, с.148, рис.14. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Сущность изобретения; устройство содержит транзисторный ключ (1), силовой

„„ЯЦ„„1815761 А1 трансформатор (2), выпрямитель (7), индуктивно-емкостный фильтр (8), цепь обратной связи 11, К дросселю индуктивно-емкостного фильтра (8) подсоединена RC-цепь (14). Повышение быстродействия при резких изменениях входного напряжения достигнуто за счет получения в контуре обратной связи сигнала, содержащего поСтоянную составляющую, пропорциональную выходному напряжению и переменную составляющую, получаемую из напряжения на дросселе, преобразуемую в пилообразные импульсы RC-цепью (14). Такое построение контура обратной связи исключает инерционность дросселя и сокращает длительность переходно1815761

Изобретение относится к преобразовамльной технике и может быть использовано, в источниках вторичного электропитания.

Известен однотактный стабилизированный првобрззователь, содержащий транзисторный ключ, последовательно соединенные силовой трансформатор, выпрямитель, индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр, а также цепь отрица-. тельной обратной .связи (ООС), выходы которой подключены к выходным выводам преобразователя. Выходное напряжение преобразователя стабилизируется за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения на силовом трансформаторе. Основной недостаток устройства — низкое быстродействие (большая длительность переходного процесса установления выходного напряжения) при резком измейении входного напряжения. Это обусловлено инерционностью индуктивно-емкостного сглаживающего фильтра и действием цепи

ООС, являющихся причиной колебаний вы ходного напряжения при резкомизменении входного.

Наиболее близким по своей технической сущности является стабилизированный однотактный преобразователь напряжения, выбранный в качестве прототипа. Это устройство содержит транзисторный ключ, силовой трансформатор, последовательно соединенный с выпрямителем и индуктивно-емкостным сглаживающим фильтром. K выходным выводам преобразователя подключена цепь OOC. представляющая собой измерительный мост. в диагональ которого включен усилитель, подключенный к первому входу компв-. ратора, з ко второму входу которого подключена интегрирующая RC-цепь, формирующая пилообразное напряжение. Получаемый с компаратора сигнал ШИМ, обеспечивает управление, транзисторным ключом и стабилизацию выходного напряжения преобразователя.

Недостаток прототипа — низкое быстродействие-при резких изменениях входного напряжения обусловлено инерционностью сглаживающего фильтра и действием цепи

ООС и определяется длительностью переходного процесса установления выходного напряжения.

Иель изобретения — повышение быстродействия преобразователя г1ри резком изменении входного напряжения;

Достигается указанная цель тем, что входы цепи OOC подключены параллельно обмотке дросселя индуктивно-емкостного сглаживающего фильтра, а сама цепь ООС содержит подсоединенную к ее входам RCцепь, средняя точка которой включена к одному из входов усилителя вместе с фильтрую}цим конденсатором, оба входа усилителя подсоединены к диагонали.измерительного моста, а выход — к узлу. коммутации, При .резких изменениях входного напряжения, выделяемых на дросселе, цепь ООС осуществляет регулирование ШИМ-сигнала практически без изменения выходного

10 напряжения, что обеспечивает высокое быЬтро4ействие преобразователя. . Нафиг.1 показана принципиальнаясхе- . ма стабилизированного преобразователя напряжения; на фиг.2 — принципиальная

15 схема одного из вариантов узла коммута-. ции; на фиг .3 — временные диаграммы про- . цессов в цепях преобразователя.

Стабилизированный .преобразователь .. напряжения выполйен по однотактной схе20 ме и содержит транзйсторный ключ 1, силовой трансформатор 2 с обмоткой размагничивания 3, первичной 4 и вторичной..5 обмотками. Обмотка размагничивания 3 через. диод 6 подключена к входным

25 зажимам, к которым через транзисторный ключ 1 подключены выводы первичной,обмотки 4 силового трансформатора 20 а его вторичная обмотка 5через последовательно сОединенные.выпрямитель 7 и индуктивйо30 емкостный фильтр 8, состоящий из дросселя9 и конденсатора 10, — к выходным зажимам..

К этим же зажимам подсоединены выводы измерительного мрста.11, в диагональ которого включены два входа усилителя 12, под35 ключвнного своим выходом «о входу узла коммутации 13. Параллельно дросселю 9 подключена RC-цепь 14, содержащая резистор 15 и конденсатор 16, причем вывод последнего соединен с выходным зажимом, 40 К средней точке RC-цепи 14 подсоединен первый вход усилителя 12 и один из выводов фильтрующего конденсатора 17 (второй вывод конденсатора связан с общим проводом), а второй вход — к источнику опорного

45 напряжения (стабилитрону) 18. Узел коммутации 13. один из вариантов выполнения которого показан.на:фиг.2, содержит управляющий трансформатор 19 с базовой 20, коллекторной 21 и коммутирующей 22 об50 мотками, транзивтор 23, диод 24, обратный диод 25. Выводы базовой обмотки 20 являются управляющими выходами узла комму. тации 13 и подключены вместе с обратным .диодом 25 к управляющему (база-эмиттер55 ному) переходу транзисторного ключа, между коллектором которого и соответствующим выводом первичной обмотки 4 силового трансформатора 2 включены выводы обратной связи узла коммутации 13, являющиеся выводами коллекторной обмотки 21

1815761

10

20

35

45

55 управляющего трансформатора 19. Коммутирующая обмотка 22 того же трансформатора одним выводом подключена через диод 24 к коллектору, а другим — к эмиттеру транзистора 23, база которого является входом узла коммутации 13. База транзисторного ключа 1 представляет собой вход синхронизации устройства.

Работа преобразователя происходит следующим образом. Последовательность коротких синхроимпульсов U,gH (фиг.3a) поступает на вход синхронизации (на базу транзисторного ключа 1) и определяет частоту преобразования. С этой частотой транзисторный ключ 1 подключает первичную обмотку 4 силового трансформатора 3 и преобразует постоянное входное напряжение в прямоугольные импульсы, которые поступают со вторичной обмотки 5 на выпрямитель

7 и после сглаживания индуктивно-емкостным фильтром 8 превращаются в постоянное выходное напряжение, подаваемое на выходные зажимы. В открытом состоянии транзисторный ключ 1 пропускает коллекторный ток I/1(фиг.Зб), который прекращается, как только транзисторный ключ 1 закрывается и начинается процесс размагничивания сердечника силового трансформатора 2 с помощью обмотки размагничивания 3 через. диод 6 с возвратом энергии во входную сеть. Напря>кение на вторичной обмотке 5 Отц(фиг,Зв) выпрямляется, то есть становится однополярным

07 (фиг.3r) и сглаживается. Разность между выпрямленным От и постоянным выходным

Ц2 напряжениями равна напряжению на дросселе 9 — Ug (фиг.Зд), Стабилизация выходного напряжения при изменении входного напряжения и тока нагрузки осуществляется за счет ШИМ прямоугольного напряжения на силовом трансформаторе 2 с помощью регулирования- цепью

ООС времени открытого (насыщенного) состояния транзисторного ключа 1 при постоянном период коммутации (частоте преобразования). Процесс включения трэнзисторного ключа 1 начинается при поступлении импульса синхронизации, и риоткры вающего этот ключ. Появляется коллекторный ток, протекающий по коллекторной обмотке 21. Он трансформируется через базовую обмотку 20 и полностью открывает транзисторный ключ 1. Так осуществляется действие положительной обратной связи по току. При появлении отпирающего импульса на входе узла коммутации 13 а выхода усилителя 12 (фиг.Зж) транзистор 23 включается и по коммутиру.ющей обмотке 22 потечет ток, при появлении которого исчезает ток в базовой обмотке 20. Транзисторный ключ 1 выходит иэ насыщения, начинает закрываться и полярность напряжения на выводах обмоток управляющего трансформатора 19 изменяется на обратную. Размагничивается сердечник этого трансформатора от базовой обмотки 20 вначале через управляющий переход транзисторного ключа I, интенсивно выключая его, а затем через обратный диод

25. На интервале, в течение которого транзисторный ключ 1 закрыт, ток дросселя 9 протекает через обратный диод выпрямителя 7 и нагрузку, Если выходное напряжение отклоняется от своего номинального значения, определяемого источником опорного напряжения 18 (стабилитроном), то начинается регулирование времени насыщенного состояния транзисторного ключа 1 цепью

ООС. Эти отклонения определяются измерительным мостом 11 и выделяются в его диагонали. На фильтрующем конденсаторе

17, устраняющем высокочастотные пульсации и помехи имеет место не только постоянное напряжение, пропорциональное Ug, но и составляющая, пропорциональная напряжению на дросаеле 9 и преобразуемая

RC-цепью в пилообразные импульсы (фиг.Зе). При изменении выходного напряжения происходит изменение напряжения на дросселе 9, которое через ВС-цепь подается на первый вход усилителя 12 регулирует ШИМ-сигнал U>z (фиг.Зж). Усилитель 12 вырабатывает последовательность импульсов, получаемую в результате сравнения сигналов на первом и втором входах, и подает ее на вход узла коммутации 13. Поскольку опорное напряжение постоянно, то переключение усилителя 12 будет происходить при постоянном пиковом значении сигнала на первом входе усилителя 12 в моменты равенства обоих сигналов. При резком. увеличении входного напряжения (на фиг.З этот случай показан пунктирной линией) возрастет амплитуда напряжения на силовомтрансформаторе 2, выпрямителе

7 и дросселе 9. Увеличение размаха напряжения Ug (фиг.Зд) является причиной более резкого нарастания напряжения на выходе

RC-цепи 14 и на первом входе усилителя 12, Напряжение Uy> (фиг.3e) быстрее будет достигать максимального значения и длительность импульса на выходе усилителя 12 будет меньше. Время насыщенного состояния транзисторного ключа 1 сократится и ширина импульсов на силовом трансформаторе уменьшится так, что выходное напряжение останется практически беэ изменений, Весь этот процесс заканчивается в пределах одногО периода. Фильтрующий конднсатор 17 защищает первый вход

18157б1 усилителя 12 от проникновения высокочастотных пульсаций и помех как с выходных зажимов, так и-с дросселя 9.

Таким образом, повышение быстродействия преобразователя при резких измене- 5 ниях входного напряжения достигнуто, следующим образом. В цепи 00С сформирован сигнал, содержащий две составляющие: первая, пропорциональная постоянному выходному напряжению, вто- 10 рая — в виде пилообразного напряжения, полученного после преобразования напряжения на дросселе RC-цепью, При резких изменениях входного напряжения, которые выделяются на дросселе, в течение одного 15 периода ШИМ-сигнала происходит изменение амплитуды пилообразного напряжения, снимаемого с RC-цепи и подаваемого на первый входусилителя. В результате осуществляется регулирование ШИМ-сигнала та- 20 ким образом, что значение выходного напряжения остается без изменения, а длительность переходного процесса в этих случаях практически близка к нулю. Следовательно, достигнуто повышение быстро- 25 действия преобразователя при резких изменениях входного напряжения, Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий транзисторный 30 ключ, силовой трансформатор с обмоткой размагничивания, подключенной через диод к входным зажимам, к которым подсоединены через транзисторный ключ. выводы первичной обмотки силового трансформатора, а его вторичная обмотка подключена через последовательно соединенные выпрямитель и индуктивно-емкостной фильтэ к выходным зажимам, соединенным с выводами измерительного моста, в диагональ которого включены два входа усилителя, причем второй вход — к источнику опорного напряжения измерительного моста, а выход усилителя — к входу узла коммутации, под-. .ключенного управляющими выходами к управляющему переходу транзисторнога ключа, между коллектором которого и соответствующим выводом первичной обмотки. силового трансформатора включены два вывода обратной связи узла коммутации, а.также ЯС-цепь и вход синхронизации, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия при резких изменениях входного напряжения, введен фильтрующий конденсатор, включенный между общим проводом и первым входом усилителя. с которым соединена средняя точка RC-цепи, подключенной параллельно дросселю индуктивно-емкостного фильтра, причем вывод конденсатора RC-цепи соединен с выходным зажимом, а база транзисторного ключа является входом синхронизации.

1815761

Составитель В.Худяков

Техред M.Mîðãåíòàä Корректор М.Шароши

Редактор Т.Иванова

Заказ В343 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