Устройство для преобразования постоянного напряжения в постоянное

 

Использование: в системах электропитания различной электронной аппаратуры, например в системах электропитания аппаратуры связи. Сущность изобретения: устройство для преобразования постоянного напряжения в постоянное содержит ключ 25, который совместно с блоком 1 повышения постоянного напряжения, первым, вторым, третьим операционными усилителями 5, 6, 7, первым, вторым, третьим диодами 8, 9, 10, десятью резисторами 11-20 подключен между входными 2, 3 и выходными 4, 21 шинами положительного и отрицательного напряжения. В устройстве уменьшено влияние перегрузок на выходное напряжение. Напряжение, при котором замыкается ключ 25, должно быть ниже максимально возможного напряжения на выходе блока 1 и выше напряжения размыкания. 1 ил.

Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии и может найти применение в системах электропитания различной электронной аппаратуры, например в системах электропитания аппаратуры связи.

Известно устройство для преобразования постоянного напряжения в постоянное, содержащее блок повышения постоянного напряжения и элемент управления, включенные между входными шинами положительного и отрицательного напряжения и выходными шинами положительного и отрицательного напряжения [1] Недостатки известного устройства для преобразования постоянного напряжения в постоянное состоят в малом КПД и в значительном колебании значения выходного напряжения.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для преобразования постоянного напряжения в постоянное, содержащее блок повышения постоянного напряжения, соединенный входами положительного и отрицательного напряжения соответственно с входными шинами положительного и отрицательного напряжения и подключенный выходом положительного напряжения к выходной шине положительного напряжения, выходную шину отрицательного напряжения, подсоединенную к первому выводу первого из резисторов, первый операционный усилитель, подключенный выходом к аноду первого диода и соединенный неинвертирующим входом с первыми выводами второго и третьего резисторов, второй операционный усилитель, подключенный выходом к аноду второго диода и соединенный неинвертирующим входом с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, третий операционный усилитель, подсоединенный инвертирующим и неинвертирующим входами к первым выводам соответственно шестого и седьмого резисторов, третий диод и шины опорного напряжения [2] Недостаток такого устройства для преобразования постоянного напряжения в постоянное состоит в значительном влиянии перегрузок на выходное напряжение между выходными шинами положительного и отрицательного напряжения. Известное устройство не позволяет также обеспечить достаточно высокую помехоустойчивость. Кроме того, оно не позволяет обеспечить достаточно высокий КПД, а также малые габариты и простоту конструкции.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого технического решения, выражается в уменьшении влияния перегрузок на выходное напряжение между выходными шинами положительного и отрицательного напряжения.

С целью получения этого технического результата в устройство для преобразования положительного напряжения в положительное, содержащее блок повышения постоянного напряжения, подсоединенный входами положительного и отрицательного напряжения к входным шинам положительного и отрицательного напряжения соответственно и соединенный выходом положительного напряжения с выходной шиной положительного напряжения, выходную шину отрицательного напряжения, подсоединенную к первому входу первого из резисторов, первый операционный усилитель, подключенный выходом к аноду первого диода и соединенный неинвертирующим входом с первыми выводами второго и третьего резисторов, второй операционный усилитель, подключенный выходом к аноду второго диода и соединенный неинвертирующим входом с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, третий операционный усилитель, подсоединенный первым и вторым входами к первым выводам соответственно шестого и седьмого резисторов, третий диод и шины опорного напряжения, введен ключ, включенный между входной шиной отрицательного напряжения и вторым выводом первого резистора, подсоединенного к вторым выводам второго, четвертого, шестого и седьмого резисторов и соединенного через третий диод с выходом отрицательного напряжения и с входной шиной положительного напряжения блока повышения постоянного напряжения, который подсоединен входом управления уровнем напряжения к катодам первого и второго диодов и соединен входом положительного напряжения с вторым выводом третьего резистора и с первым выводом восьмого резистора, подключенного к второму входу третьего операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом третьего операционного усилителя через девятый резистор, при этом второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу первого резистора, первая и вторая шины опорных напряжений подключены к инвертирующим входам первого и второго операционных усилителей соответственно, а третья шина опорного напряжения соединена через десятый резистор с первым входом третьего операционного усилителя, подключенного выходом к управляющему входу ключа.

Сопоставительный анализ приведенной выше совокупности существенных признаков, характеризующей заявляемое техническое решение, и прототипа показал, что заявляемое техническое решение является новым, так как не известно из уровня техники.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в той же области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как для специалиста оно не следует явным образом из уровня техники.

На чертеже изображен один из возможных вариантов устройства для преобразования постоянного напряжения в постоянное.

Устройство содержит блок 1 повышения постоянного напряжения, подсоединенный входами положительного и отрицательного напряжения соответственно к входным шинам 2 и 3 положительного и отрицательного напряжения и соединенный выходом с выходной шиной 4 положительного напряжения, первый, второй и третий операционные усилители 5, 6 и 7, первый, второй и третий диоды 8, 9 и 10, первый-десятый резисторы 11-20, выходную шину 21 отрицательного напряжения и первую, вторую и третью шины 22, 23 и 24 опорного напряжения. Выходная шина 21 отрицательного напряжения подсоединена к первому выводу первого резистора 11. Первый операционный усилитель 5 подключен выходом к аноду первого диода 8 и соединен неинвертирующим входом с первыми выводами второго и третьего резисторов 12 и 13. Второй операционный усилитель 6 подключен выходом к аноду второго диода 9 и соединен неинвертирующим входом с первыми выводами четвертого и пятого резисторов 14 и 15. Третий операционный усилитель 7 подсоединен неинвертирующим и инвертирующим входами к первым выводам соответственно шестого и седьмого резисторов 16 и 17.

Устройство содержит также ключ 25, через который входная шина 3 отрицательного напряжения соединена с вторым выводом первого резистора 11. Второй вывод первого резистора 11 подсоединен к общей шине 26 и к вторым выводам второго, четвертого, шестого и седьмого резисторов 12, 14, 16 и 17 и к аноду третьего диода 10, соединенного катодом с входной шиной 2 положительного напряжения и с выходом отрицательного напряжения блока 1 повышения постоянного напряжения. Блок повышения постоянного напряжения подсоединен входом управления уровнем напряжения к катодам первого и второго диодов 8 и 9 и соединен выходом положительного напряжения с вторым выводом третьего резистора 13 и с первым выводом восьмого резистора 18. Резистор 18 подключен вторым выводом к инвертирующему входу третьего операционного усилителя 7. Выход третьего операционного усилителя соединен через девятый резистор 19 со своим неинвертирующим входом. Второй вывод пятого резистора 15 подключен к первому выводу первого резистора 11.

Первая и вторая шины 22 и 23 опорных напряжений подключены к инвертирующим входам соответственно первого и второго операционных усилителей 5 и 6. Третья шина 24 опорного напряжения соединена через десятый резистор 20 с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя 7, подключенного выходом к управляющему входу ключа 25. В качестве первой, второй и третьей шин 22, 23 и 24 опорных напряжений могут служить отводы резистивного делителя напряжения, подсоединенного к выводам источника питания.

В качестве блока 1 повышения постоянного напряжения может быть использован блок повышения постоянного напряжения, описанный в авт. св. СССР N 1293802, кл. Н 02 М 3/335, 29.10.85. В качестве первого, второго и третьего операционных усилителей 5, 6 и 7 могут быть использованы операционные усилители, выполненные на микросхемах типа КР544УД2А.

Работает устройство для преобразования постоянного напряжения в постоянное следующим образом.

В нормальном режиме работы ключ 25 замкнут, поэтому между выходными шинами 4 и 21 положительного и отрицательного напряжения формируется напряжение, равное сумме напряжений между выходами положительного и отрицательного напряжения блока 1 повышения постоянного напряжения и напряжения между входными шинами 2 и 3 положительного и отрицательного напряжений.

При изменении напряжения между выходными шинами 4 и 21 положительного и отрицательного напряжений или сопротивления нагрузки в пределах рабочего диапазона информация о величине изменения выходного напряжения поступает через делитель напряжения на втором и третьем резисторах 12 и 13 на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 5, в котором она сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на его инвертирующий вход с шины 22 опорного напряжения. Результат сравнения с выхода первого операционного усилителя 5 подается через первый диод 8 на вход управления уровнем напряжения блока 1 повышения постоянного напряжения. При этом напряжение на выходах положительного и отрицательного напряжений блока 1 повышения постоянного напряжения изменяется в сторону уменьшения разницы между напряжением в точке соединения второго и третьего резисторов 12 и 13 и напряжением на шине 22 опорного напряжения. Последнее приводит к поддерживанию на одном уровне напряжения между выходными шинами 4 и 21 положительного и отрицательного напряжений независимо от сопротивления нагрузки и напряжения между входными шинами 2 и 3 положительного и отрицательного напряжений.

В нормальном режиме работы напряжение на выходе второго операционного усилителя 6 ниже напряжения на катоде первого диода 8. Благодаря этому второй диод 9 закрыт, а напряжение на выходе второго операционного усилителя 6 не оказывает влияния на работу устройства.

Информация о величине тока нагрузки формируется на первом резисторе, играющем роль датчика тока, и подается через четвертый и пятый резисторы, являющиеся делителем напряжения, на неинвертирующий вход второго операционного усилителя. Во втором операционном усилителе 6 эта информация сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на его инвертирующий вход с второй шины 23 опорного напряжения. С выхода операционного усилителя 6 результат сравнения подается на анод второго диода 9. При токе, величина которого для данного устройства больше максимально допустимого значения, напряжение на выходе второго операционного усилителя 6 становится больше напряжения на выходе первого операционного усилителя 5, что приводит к запиранию первого диода 8 и к отпиранию второго диода 9. В результате этого на вход управления уровнем напряжения блока 1 повышения постоянного напряжения начинает поступать напряжение с выхода второго операционного усилителя 6. В этом режиме напряжение между выходными шинами 4 и 21 положительного и отрицательного напряжений устанавливается таким, чтобы минимизи- ровать разность между напряжением в точке соединения четвертого и пятого резисторов 14 и 15 и опорным напряжением на второй шине 23 опорного напряжения. Поскольку напряжение между точкой соединения четвертого и пятого резисторов 14 и 15 пропорционально напряжению на резисторе 11, а следовательно, и току через него, то осуществляется стабилизация тока через нагрузку. Ток нагрузки в данном режиме может стабилизироваться до тех пор, пока напряжение между выходными шинами 4 и 21 положительного и отрицательного напряжений не достигнет напряжения между входными шинами 2 и 3 положительного и отрицательного напряжений.

При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки происходит возрастание тока через нее, что может привести к повреждению устройства. Для исключения этого явления при напряжении между выходными шинами 4 и 21 положительного и отрицательного напряжений, несколько большем напряжения между входными шинами 2 и 3 положительного и отрицательного напряжений, размыкается ключ 25 и ток начинает протекать через сопротивление нагрузки, выходную шину 21 отрицательного напряжения, первый резистор 11, третий диод 10, блок 1 повышения постоянного напряжения и выходную шину 4 постоянного напряжения. В этом режиме второй операционный усилитель 6 снова становится способным стабилизировать ток нагрузки. Размыкание ключа 25 осуществляется сигналом с выхода третьего операционного усилителя 7, представляющего результат сравнения выходного напряжения между выходными шинами 4 и 21 и опорным напряжением, что обеспечивается за счет сравнения напряжений на делителе напряжения из резисторов 17 и 18 и на делителе напряжения из резисторов 16 и 20. Переключение происходит при напряжении, несколько большем напряжения между входными шинами 2 и 3 положительного и отрицательного напряжений. Для исключения неустойчивого режима третий операционный усилитель 7 охвачен цепью положительной обратной связи девятым резистором 19. Это позволяет размыкать ключ 25 при указанном выходном напряжении и вновь замыкать его при напряжении, несколько большем. Глубина обратной связи зависит от напряжений и определяется для каждого конкретного случая. При этом следует иметь в виду, что выходное напряжение, при котором замыкается ключ 25, должно быть ниже максимально возможного напряжения на выходе блока 1 повышения постоянного напряжения и выше напряжения размыкания ключа 25.

Технико-экономический эффект заявленного технического решения связан с уменьшением влияния перегрузок на выходное напряжение.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащее блок повышения постоянного напряжения, подсоединенный входами положительного и отрицательного напряжений соответственно к входным шинам положительного и отрицательного напряжений и соединенный выходом положительного напряжения с выходной шиной положительного напряжения, выходную шину отрицательного напряжения, подсоединенную к первому выходу первого из резисторов, первый операционный усилитель, подключенный выходом к аноду первого диода и соединенный неинвертирующим входом с первыми выводами второго и третьего резисторов, второй операционный усилитель, подключенный выходом к аноду второго диода и соединенный неинвертирующим входом с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, третий операционный усилитель, подсоединенный первым и вторым входами к первым выводам соответственно шестого и седьмого резисторов, третий диод и шины опорных напряжений, отличающееся тем, что в него введен ключ, через который входная шина отрицательного напряжения соединена с вторым выводом первого резистора, подсоединенным к вторым выводам второго, четвертого, шестого и седьмого резисторов и к аноду третьего диода, соединенного катодом с входной шиной положительного напряжения, подключенной к выходу отрицательного напряжения блока повышения постоянного напряжения, который подсоединен входом управления уровнем напряжения к катодам первого и второго диодов и соединен выходом положительного напряжения с вторым выводом третьего резистора и с первым выводом восьмого резистора, подключенного вторым выводом к второму входу третьего операционного усилителя, выход которого соединен с его первым входом через девятый резистор, а второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу первого резистора, причем первая и вторая шины опорных напряжений подключены к инвертирующим входам соответственно первого и второго операционных усилителей, а третья шина опорного напряжения соединена через десятый резистор с первым входом третьего операционного усилителя, подключенного выходом к управляющему входу ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1