RU2020706C1 - Pulse-operated dc voltage regulator - Google Patents

Pulse-operated dc voltage regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2020706C1
RU2020706C1 SU5020318A RU2020706C1 RU 2020706 C1 RU2020706 C1 RU 2020706C1 SU 5020318 A SU5020318 A SU 5020318A RU 2020706 C1 RU2020706 C1 RU 2020706C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
inputs
power switch
adder
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.В. Колоколов
Original Assignee
Научно-производственное объединение "Дальняя связь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение "Дальняя связь" filed Critical Научно-производственное объединение "Дальняя связь"
Priority to SU5020318 priority Critical patent/RU2020706C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2020706C1 publication Critical patent/RU2020706C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: secondary power supplies for radioelectronic equipment, such as long-distance communication equipment. SUBSTANCE: regulator has double-winding choke 2, power switch 6 built around push-pull inverter using gates 7, 8 and transformer 10, full-wave rectifier 12 with capacitive filter 15, two peak detectors 17,18, analog signal adder 19, and pulsed control unit 19. Secondary winding of choke 2 has center tap. Inputs of peak detectors 17,18 are connected to half-windings of choke 2 and their outputs, to inputs of adder 19 whose output is connected to input of unit 20 whose outputs are connected to control inputs of gates 7,8. Signal approaching output voltage value is built up across adder output. This signal, when applied to input of unit 20, affords regulation in response to output voltage deviation. EFFECT: improved output voltage stability, enlarged functional capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при создании вторичных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры, например, аппаратуры дальней связи. The invention relates to electrical engineering, in particular to a conversion technique, and can be used to create secondary power sources of electronic equipment, for example, telecommunication equipment.

Известен импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первичный источник (генератор тока) и дроссель, включенный во входную цепь, последовательно с ними включенный силовой ключ, в качестве ключевого элемента которого применен полевой МОП-транзистор, выходной выпрямитель с фильтром и блок частотно-импульсного управления, выход которого подключен к управляющему входу силового ключа, а входы - к выходу выпрямителя с фильтром. Known pulsed DC voltage stabilizer containing a primary source (current generator) and a inductor included in the input circuit, a power switch connected in series with them, the key element of which is a MOSFET, an output rectifier with a filter and a pulse-frequency control unit, whose output is connected to the control input of the power switch, and the inputs to the output of the rectifier with a filter.

Данное устройство обладает тем недостатком, что в нем нет гальванической развязки входа и выхода. This device has the disadvantage that there is no galvanic isolation of the input and output.

Известно устройство, содержащее первичный источник (генератор тока) и дроссель, включенный последовательно во входную цепь, силовой ключ, выпрямитель с фильтром (диод и конденсатор), блок импульсного управления (регулятор), выход которого подключен к управляющему входу силового ключа, а входы - к выходу выпрямителя с фильтром, к которому подключен вход нерегулируемого преобразователя напряжения с развязывающим трансформатором, ко вторичной обмотке которого подключен выходной выпрямитель с фильтром. A device is known that contains a primary source (current generator) and a choke connected in series to the input circuit, a power switch, a rectifier with a filter (diode and capacitor), a pulse control unit (regulator), the output of which is connected to the control input of the power switch, and the inputs to the output of the rectifier with a filter, to which the input of an unregulated voltage converter with an isolation transformer is connected, to the secondary winding of which an output rectifier with a filter is connected.

Такое устройство, обладая гальванической развязкой входных и выходных цепей за счет трансформатора нерегулируемого преобразователя, имеет низкий КПД, обусловленный двухступенчатым преобразованием электрической энергии. Кроме того, такое устройство имеет плохую стабильность выходного напряжения, что обусловлено наличием выходного нестабилизированного преобразователя. Such a device, having a galvanic isolation of the input and output circuits due to the transformer of an unregulated converter, has a low efficiency due to a two-stage conversion of electrical energy. In addition, such a device has poor stability of the output voltage, which is due to the presence of an output unstabilized converter.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и принятым за прототип является импульсный стабилизатор постоянного напряжения [3], содержащий первичный источник, во входной цепи двухобмоточный дроссель и последовательно включенный с ними силовой ключ, представляющий собой двухтактный инвертор с трансформатором, ко вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с фильтром (два диода и конденсатор). К управляющим входам силового ключа подключены выходы блока импульсного управления, вход которого подключен к входу импульсного стабилизатора. Двухтактный инвертор, представляющий собой силовой ключ, работает таким образом, что часть периода открыты оба ключевых элемента (открытое состояние силового ключа), а часть периода открыт только один из ключевых элементов (закрытое состояние силового ключа). Closest to the invention in technical essence and adopted as a prototype is a pulsed DC voltage regulator [3], containing a primary source, a two-winding inductor in the input circuit and a power switch connected in series with them, which is a two-stroke inverter with a transformer, to the secondary winding of which a rectifier is connected with filter (two diodes and a capacitor). The outputs of the pulse control unit are connected to the control inputs of the power switch, the input of which is connected to the input of the pulse stabilizer. A push-pull inverter, which is a power switch, operates in such a way that both key elements (open state of the power switch) are open for part of the period, and only one of the key elements (open state of the power switch) is open for part of the period.

Данный импульсный стабилизатор постоянного напряжения обладает гальванической развязкой входа и выхода. Однако, вследствие того, что стабилизация выходного напряжения осуществляется в нем по возмущению входного напряжения, т.е. параметрически, в широком диапазоне внешних воздействий (например, температуры и влажности), в нем возможны изменения параметрических связей и, как следствие, ухудшение стабильности выходного напряжения. Кроме того, в том случае, когда первичный источник является генератором тока, параметрическая стабилизация выходного напряжения по возмущению входного напряжения совершенно неэффективна при изменении мощности (сопротивления) нагрузки. This switching constant voltage regulator has galvanic isolation of the input and output. However, due to the fact that stabilization of the output voltage is carried out in it according to the disturbance of the input voltage, i.e. parametrically, in a wide range of external influences (for example, temperature and humidity), changes in parametric connections are possible in it and, as a result, deterioration in the stability of the output voltage. In addition, in the case when the primary source is a current generator, parametric stabilization of the output voltage by disturbing the input voltage is completely ineffective when the load power (resistance) changes.

Целью изобретения является улучшение стабильности выходного напряжения и расширение функциональных возможностей импульсного стабилизатора постоянного напряжения. The aim of the invention is to improve the stability of the output voltage and the expansion of the functionality of a switching constant voltage regulator.

Это достигается тем, что в импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно включенный с первичным источником и дросселем силовой ключ, состоящий из двухтактного инвертора с двумя ключевыми элементами и трансформатора с первичной и вторичной обмотками, двухполупериодный выпрямитель с емкостным фильтром, подключенный к вторичной обмотке и выполненный в виде двух диодов и конденсатора, блок импульсного управления, выходы которого подключены к управляющим входам ключевых элементов силового ключа, и вторичную обмотку дросселя, дополнительно введены два пиковых детектора и сумматор аналоговых сигналов, выход которого подключен к входу блока управления. Входы сумматора аналоговых сигналов подключены к выходам пиковых детекторов, входы которых подключены к началу и концу вторичной обмотки дросселя, которая выполнена со средней точкой. This is achieved by the fact that in a pulsed DC voltage regulator containing a power switch connected in series with the primary source and inductor, consisting of a push-pull inverter with two key elements and a transformer with primary and secondary windings, a half-wave rectifier with a capacitive filter connected to the secondary winding and made in the form of two diodes and a capacitor, a pulse control unit, the outputs of which are connected to the control inputs of the key elements of the power switch, and a secondary inductor winding, two peak detectors and an analog signal adder, the output of which is connected to the input of the control unit, are additionally introduced. The inputs of the analog signal adder are connected to the outputs of the peak detectors, the inputs of which are connected to the beginning and end of the secondary winding of the inductor, which is made with a midpoint.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого импульсного стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 - эпюры напряжений, характеризующие работу предлагаемого устройства; на фиг.3 - эквивалентная схема предлагаемого устройства; на фиг.4 - эпюры напряжений на вторичной обмотке дросселя. In FIG. 1 is a diagram of the proposed pulsed DC voltage stabilizer; figure 2 - plot of stresses characterizing the operation of the proposed device; figure 3 is an equivalent diagram of the proposed device; figure 4 - plot voltage on the secondary winding of the inductor.

Устройство содержит включенные последовательно с входными выводами 1 дроссель 2, имеющий первичную обмотку 3 и вторичную обмотку 4 со средней точкой 5, и силовой ключ 6, представляющий собой двухтактный инвертор с двумя ключевыми элементами 7 и 8 и трансформатор 9 с первичной и вторичной обмотками 10 и 11. The device comprises a choke 2 connected in series with the input terminals 1, having a primary winding 3 and a secondary winding 4 with a midpoint 5, and a power switch 6, which is a push-pull inverter with two key elements 7 and 8 and a transformer 9 with primary and secondary windings 10 and eleven.

К вторичной обмотке 11 трансформатора 9 подключен двухполупериодный выпрямитель с емкостным фильтром 12, состоящий из двух диодов 13 и 14 и конденсатора 15. К выходу двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром 12 подключены выходные выводы 16, к которым подключается нагрузка. Между началом вторичной обмотки 4 дросселя 2 и ее средней точкой 5, а также между концом вторичной обмотки и ее средней точкой включены два пиковых детектора 17 и 18, выходы которых подключены к входам сумматора 19 аналоговых сигналов, выход которого подключен к входу блока 20 импульсного управления. A half-wave rectifier with a capacitive filter 12 is connected to the secondary winding 11 of the transformer 9, consisting of two diodes 13 and 14 and a capacitor 15. The output terminals 16 are connected to the output of the half-wave rectifier with a capacitive filter 12, to which the load is connected. Between the beginning of the secondary winding 4 of the inductor 2 and its midpoint 5, as well as between the end of the secondary winding and its midpoint are two peak detectors 17 and 18, the outputs of which are connected to the inputs of the adder 19 of the analog signals, the output of which is connected to the input of the pulse control unit 20 .

Выходы последнего подключены к управляющим входам 21 и 22 ключевых элементов 7 и 8 силового ключа 6, вход 23 которого подключен через первичную обмотку 3 дросселя 2, а вход 24 - непосредственно к входным выводам 1, на которые подается электрическая энергия первичного источника, например, генератора тока. The outputs of the latter are connected to the control inputs 21 and 22 of the key elements 7 and 8 of the power switch 6, the input 23 of which is connected through the primary winding 3 of the inductor 2, and the input 24 is connected directly to the input terminals 1, to which the electric energy of the primary source, for example, a generator, is supplied current.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. Блок 20 импульсного управления вырабатывает две последовательности управляющих импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 180о. Длительность каждого из управляющих импульсов такова, что ключевые элементы 7 и 8 силового ключа 6 определенное время находятся в замкнутом состоянии.Switching DC voltage stabilizer operates as follows. Impulse control unit 20 generates two sequences of control pulses which are shifted relative to each other by 180 o. The duration of each of the control pulses is such that the key elements 7 and 8 of the power switch 6 are in a closed state for a certain time.

Эпюры напряжений, характеризующие работу силового ключа 6, представлены на фиг.2 (21, 22, 23). Силовой ключ 6 замкнут тогда, когда открыты оба ключевых элемента 7 и 8. В это время все напряжение первичного источника приложено к первичной обмотке 3 входного дросселя 2. Силовой ключ 6 разомкнут тогда, когда один из ключевых элементов 7 или 8 находится в разомкнутом состоянии. В этот момент к одному из выпрямительных диодов 13 или 14 приложена пересчитанная через коэффициент трансформации трансформатора 9 сумма напряжений первичного источника и напряжения на первичной обмотке 3 дросселя 2. Voltage plots characterizing the operation of the power switch 6 are presented in figure 2 (21, 22, 23). The power switch 6 is closed when both key elements 7 and 8 are open. At this time, all the voltage of the primary source is applied to the primary winding 3 of the input inductor 2. The power switch 6 is open when one of the key elements 7 or 8 is in the open state. At this moment, to one of the rectifier diodes 13 or 14, the sum of the voltages of the primary source and the voltage on the primary winding 3 of the inductor 2, counted through the transformation coefficient of the transformer 9, is applied.

При равенстве числа витков первичной и вторичной обмоток 3 и 4 дросселя 2 при замкнутом состоянии силового ключа 6 амплитуда напряжения на вторичной обмотке 4 дросселя 2 будет равна:
U1 = Uвх - Uк где Uвх - напряжение первичного источника на входных выводах 1;
Uк - падение напряжения на замкнутом силовом ключе 6.If the number of turns of the primary and secondary windings 3 and 4 of the inductor 2 is equal, when the power switch 6 is closed, the voltage amplitude at the secondary winding 4 of the inductor 2 will be equal to:
U 1 = U I - U to where U I - the voltage of the primary source at the input terminals 1;
U to - voltage drop on a closed power key 6.

При разомкнутом состоянии силового ключа 6 абсолютное значение амплитуды напряжения на вторичной обмотке 4 дросселя 2 будет равно:
U2 = Uвых + Uд - Uвх, где Uвых - напряжение на выходных выводах 16, т. е. на нагрузке;
Uд - падение напряжения на открытом диоде 13 или 14 двухполупериодного выпрямителя 12.When the power switch 6 is open, the absolute value of the voltage amplitude on the secondary winding 4 of the inductor 2 will be equal to:
U 2 = U o + U d - U in , where U o - voltage at the output terminals 16, i.e., at the load;
U d - voltage drop on the open diode 13 or 14 of a half-wave rectifier 12.

Пиковый детектор 17, включенный между началом вторичной обмотки 4 и ее средней точкой 5, фиксирует и запоминает амплитуду U1. Пиковый детектор 18, включенный между концом вторичной обмотки 4 и ее средней точкой 5, фиксирует и запоминает амплитуду U2. В сумматоре 19 аналоговых сигналов производится операция сложения U1 и U2:
U = U1 + U2 = Uвх - Uк + Uвых + Uд -
- Uвх = Uвых + (Uд - Uк)
Таким образом, на выходе сумматора 19 получается сигнал, близкий к значению выходного напряжения. Значения Uд и Uк сами по себе малы, а их разность - еще меньше. Следовательно:
U = Uвых
Будучи поданным на управляющий вход блока 20 импульсного управления, этот сигнал позволяет осуществить регулирование по отклонению выходного напряжения, не подключаясь к выходу устройства.Peak detector 17, connected between the beginning of the secondary winding 4 and its midpoint 5, captures and stores the amplitude of U 1 . Peak detector 18, connected between the end of the secondary winding 4 and its midpoint 5, captures and stores the amplitude of U 2 . In the adder 19 analog signals, the operation of adding U 1 and U 2 is performed:
U = U 1 + U 2 = U in - U to + U out + U d -
- U in = U out + (U d - U k )
Thus, at the output of the adder 19, a signal is obtained that is close to the value of the output voltage. The values of U d and U k themselves are small, and their difference is even smaller. Hence:
U = U o
Being applied to the control input of the pulse control unit 20, this signal allows regulation of the deviation of the output voltage without being connected to the output of the device.

Таким образом, использование изобретения позволяет улучшить стабильность выходного напряжения импульсного стабилизатора при одновременном расширении его функциональных возможностей. Thus, the use of the invention allows to improve the stability of the output voltage of the pulse stabilizer while expanding its functionality.

Claims (1)

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий дроссель с первичной и вторичной обмотками, силовой ключ, вход которого через первичную обмотку дросселя подключен к входным выводам, причем силовой ключ выполнен в виде двухтактного инвертора с двумя ключевыми элементами и трансформатором с первичной и вторичной обмотками, двухполупериодный выпрямитель с емкостным фильтром, входом подключенный к вторичной обмотке трансформатора, а выходом соединенный с выходными выводами, и блок импульсного управления, выходы которого подключены к управляющим входам ключевых элементов силового ключа, отличающийся тем, что в него введены два пиковых детектора и сумматор аналоговых сигналов, а вторичная обмотка дросселя выполнена со средней точкой, причем входы первого и второго пиковых детекторов включены соответственно между началом и средней точкой и между концом и средней точкой вторичной обмотки дросселя, а выходы пиковых детекторов соединены с входами сумматора аналоговых сигналов, выходом подключенного к входу блока импульсного управления. A DC PULSE STABILIZER containing a inductor with primary and secondary windings, a power switch whose input is connected to the input terminals through the primary winding of the inductor, the power switch being a push-pull inverter with two key elements and a transformer with primary and secondary windings, two-half a capacitive filter, an input connected to the secondary winding of the transformer, and an output connected to the output terminals, and a pulse control unit, the outputs of which are are connected to the control inputs of the key elements of the power switch, characterized in that two peak detectors and an analog signal adder are inserted into it, and the secondary winding of the inductor is made with a midpoint, and the inputs of the first and second peak detectors are connected respectively between the beginning and midpoint and between the end and the middle point of the secondary winding of the inductor, and the outputs of the peak detectors are connected to the inputs of the adder of analog signals, the output connected to the input of the pulse control unit.
SU5020318 1991-07-02 1991-07-02 Pulse-operated dc voltage regulator RU2020706C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5020318 RU2020706C1 (en) 1991-07-02 1991-07-02 Pulse-operated dc voltage regulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5020318 RU2020706C1 (en) 1991-07-02 1991-07-02 Pulse-operated dc voltage regulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2020706C1 true RU2020706C1 (en) 1994-09-30

Family

ID=21593475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5020318 RU2020706C1 (en) 1991-07-02 1991-07-02 Pulse-operated dc voltage regulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2020706C1 (en)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 4677367, кл. G 05F 1/10, 1987. *
2. Сборник "Intelec' 85, International telepone energi conference, Institute of electrical and electronics engineers." - Система дистанционного питания с конверторами, потребляющими постоянный ток, для оптоволоконных систем, с.533-536. *
3. Авторское свидетельство СССР N 734636, кл. G 05F 1/56, 1978. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6574122B2 (en) Low-noise switching power supply
Xi et al. A forward converter topology with independently and precisely regulated multiple outputs
US5646836A (en) Switch mode power supply using a saturable inductor to provide a pulsed current source
Watson et al. Analysis, design, and experimental results of a 1-kW ZVS-FB-PWM converter employing magamp secondary-side control
US4736286A (en) Switching power supply
KR930000966B1 (en) Non-linear resonant switch and converter
US6166927A (en) Push-pull power converter circuit
Erickson et al. A nonlinear resonant switch
JPH0343859B2 (en)
CA2265003A1 (en) Switched converter with multiple regulated outputs
RU2020706C1 (en) Pulse-operated dc voltage regulator
SU928326A1 (en) Stabilizing dc voltage converter
SU1436231A1 (en) Variable voltage converter
RU1812603C (en) Half-bridge resonant converter of direct voltage
RU2815071C1 (en) Wide-range constant voltage regulator
RU2094936C1 (en) Direct-to-direct voltage converter
Wester An improved push-pull voltage fed converter using a tapped output-filter inductor
SU1522363A1 (en) Dc to dc voltage converter
SU993221A1 (en) Ac pulse stabilizer
SU1390606A2 (en) D.c. voltage pulsed regulator
SU1742956A1 (en) Two-channel dc/dc converter
SU1661939A1 (en) Half-bridge dc-to-dc voltage converter
SU1453385A1 (en) Gate-type d.c. voltage stabilizer
SU819802A1 (en) Stabilized dc voltage converter
SU1410226A1 (en) Variable transistor d.c. voltage converter