SU1053238A1 - Стабилизированный конвертор - Google Patents

Abstract

1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР , содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторичг на  обмотка которого через однополупериодный выпр митель и фильтр подключена к выходным выводам конвврторву вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий ге-. нератор, выход которого присоединен к первому входу блока управлени , выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подключенный к точке соединени  первого входного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состо щей из двух ; последовательно соединенных резисторов , к общей точке которых подключен один из выводов первого конденсатора/ от л и ч а ю щ и .и с   тем, что, с целью улучшени  эксплуатационных характеристик путем введени  гальванической разв зки между входом и выходом конвертора, введен компаратор , выход которого подключен к второму входу блока управлени , первый вход - к выходу резистивного делител , а второй вход - через соединенные параллельно диод, включенный в .пр мом направлении, и резистор - к выходу вспомогательного стабилизатора и через второй конденсатор- - -к второму входному выводу, соединенноJ му с входным выводом резистивногс5 двигател , другой входной вывод кото- I рого подключен к выходу вспомогатель-sg ного стабилизатора, причем точка со (О единени  трансформатора и ключевого элемента соединена через введенный диод, включенный в пр мом направлении , с другим выводом упом нутой цепи из двух резисторов, при этом второй В вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора, 2. Конвертор по п. 1, отличающийс  тем, что блок управлени  СП содержит RS -триггер и элемент 2ИЛИоо ю . НЕ, соединенный первым.входом с выходом RS-триггера, а вторым - с первым входом .блока управлени  и с R -входом 00 RS -триггера, причем второй вход блока управлени  подключен к S - вхо00 (ДУ RS-триггера, а выход элемента ; 2ИЛИ-НЕ - к выходу блока управлени .

Description

1 Изобретение относитс  к электроте нике, а имеью к стабилизированным преобразовател м напр жени , и может быть использоватю в устройствах питани  электронной аппаратуры.

Известны стабилизированные преобразователи напр жени , содержащие ключевой элемент, управл емый ШИМсигналом , накопительный трансформа- ; тор, нагруженный на однополупериодный выпр митель, задающий генератор, схему управлени  и источник опорного напр жени  tl,

Э указанных преобразовател х дл  получени  регулирующего сигнаша рассогласовани  напр  жение выхода, , преобразовател  подаетс  на порогово

устройство непосредственно, что преп тствует гальванической разв зке входных и выходных цепей преобразовател  .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  стабилизированный конвертор, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор , вторична.  обмотка которого через однополупериодный выпр митель и фильтр подключена к выходным выводам устройства, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий генератор, выход которого присоединен к первому входу блока управлени , выход которого соединен с входом ключевого элемента , кроме того, подключенный к точке соединени  первого входного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состо щий из двух последовательно соединенных резисторов, к общей точке которых подключен один из выводов конденсатора З.

Недостаток заключаетс  в отсутствии гальванической разв зки между входом и выходом.устройства, что снижает его эксплуатационные характеристики ,

Целью изобретени   вл етс  улучшение эксплуатационных характеристик стабилизированного конвертора путем введени  гальванической разв зки между входом и выходом устройства.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в стабилизированный конвертор, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой .элемент и трансформатор, вторична  обмотка которого через однополупериодный выпр митель и фильтр подключена к выходным выводам конвертора, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий генератор , выход которого присоединен к .первому входу блока управлени , выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подключенный к точке соединени  первого входного вывода и трансформатора,

первый вывод цепи, состо щей из двух последовательно соединенных резисторов , к общей точке которых подключен один из выводов первого конденсатор. введен компаратор, выход которого подключенк второму входу блока управлени , первый вход - к выходу реаистивного делител , а второй вх-од через соединенные параллельно диод, включенный в пр мом направлении и резистор - к выходу вспомогательноп стабилизатора и через второй конден сатор - к второму входному выводу, соединенному с входным выводом резистивного делител , другой входной вывод которого подключен к выходу вспомогательного стабилизатора, причем точка соединени  трансформатора и ключевого элемента соединена через введенный диод, включенный в пр мом направлении, с другим выводом упом нутой цепи из двух резисторов, при этом второй вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора .

Блок управлени  содержит RS -триггер и элемент 2 ИЛИ-НЕ, соединенный первым входом с выходом RS -триггера, а вторым - с первым входом блока управлени  и с Н-входом RS -триггера, причем второй вход блока управлени  подключен к S-входу Кбгтриггера, а выход элемента 2 ИЛИ-НЕ - к выходу блока управлени .

На фиг, 1 приведена функциональна  схема стабилизированного KOHBepTopaj. на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений , по сн ющие его работу.

Конвертор содержит вспомога1тельный стабилизатор 1, блок 2 управлени , первый вход которого соединен с задающим генератором 3, питаемым от вспомогательного стабилизатора 1, второй вход блока 2 управлени  соединен с выходом компаратора 4, выход блока 2 управлени  соединен с входом ключевого элемента 5, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора 6, вторична  обмотка которого соединена с однотактным выходным выпр мителем и фильтром, содержащим диод 7 и конденсатор 8. Пол рность подключени  обмоток трансформатора 6 выбрана такой, чтобы при открытом ключевом элементе 5 диод 7 был заперт К, точке соединени  ключевого элемента 5 с выводом первичной обмотки трансформатора б подключен диод 9 таким образом, что он заперт при открытом ключевом элементе 5. Устройство также содержит компаратор 4, первый вход которого подключен через делитель напр жени  10 к выходу вспомогательного стабилизатора 1, второй вход через параллельно включенные диод 11 и резистор 12 также подключен к выходу вспомогательного стабилизатйра 1 и, кроме того, через перный конденсатор 1.3 - к обгйей точке цепи из двух резисторов 14 и 15, св бодные выводы которых подсоединены соответственно к ncpnor-iy входному вы воду и диоду 9 и через второй конде сатор 16 - к второму входному вывод стабилизатора, причем точка соедине ни  ключевого элемента и транс.форма тора соединена через согласно включенный диод с другим выводом цепи и двух резисторов, а второй вход комп ратора с другим выводом первого кон денсатора. Резистбры и конденсаторы должны удовлетвор ть соотношени м ( - с(,) Т ff4 .Cii С,) « т 1. St.) «т, где . сопротивлени  резис ,, торов 12,14 и 15 соответственно С .С.- емкость конденсато ров 13 и 16; Т - период сигнала зада: ющего генератора. Блок 2 управлени  содержит FSтриггер 17 и элемент 2 ИЛИ-НЕ 18, причем первым входом блока 2 управлени  . вл ютс  параллельно подклю .ченные R-вход КЗ-триггера 17 и- один из входов элемента 2ИЛИ-НЕ 18, вторым входом блока 2 управлени   вл етс  s-вход RG-триггера 17, выход RS-триггера 17 подключен к свободнрму входу элемента 2 ИЛИ-НЕ 18, выход которого  вл етс  выходом блока 2 управлени . Устройство работает следующим образом. При включении питани  задающий генератор 3 вырабатывает периодический импульсный сигнал, определенные фронты которого (например, отрицательные ) привод т к открыванию ключе вого элемента 5 с помощью блока 2 управлени . Протекающий при этом через первичную обмотку трансформато ра 6 ток намагничивает сердечник . трансформатора (энерги  источника питани  расходуетс  на намагничивание сердечника, так как диоды 7 и 9 в это врем  закрыты), В определенны момент времени, до прихода следующего отрицательного фронта с генера тора 3, блок 2 управлени  закрывает ключевой элемент 5. При этом диоды 7 и 9 открываютс , и сердечник транс форматора размагничиваетс  токами, приход щими через эти диоды. При этом напр жение } на концах цепи из двух резисторов 14 и 15 выражаетс  следующим образом где Ugbu напр жение на нагрузке} и и и.- падение напр жени  на открытых диодах 7 и 9 соответственно К - коэффициент трансформации -трансформатора 6, В св зи с тем, что напр жение на открытом р-п переходе с-пабо зависит от тока 1.1 О J const. Таким образом , при запертом ключевом элементе 5 к цепи из двух резисторов 14 и 15 прилагаетс  напр жение, линейно завис щее от выходного напр жени  конвертора , но гальванически разв занное от него. Указанное напр жение сравнивае .тс  с некоторым внутренним опорным напр жением, и результат-сравнени  выдаетс  на вход блока 2 управлени . В зависимостиот результата сравнени  блок 2 управлени  либо увеличиfaeT интервал времени открытого состо ни  ключевого элемента. 5, увеличива  при этом выходное напр жение конвертора , либо уменьшает, осуществл   таким образом, стабилизацию выходного напр жени . Работа конвертора по сн етс  диаграммами напр жений (фиг. 2)в определенных точках схемы., указанных на фиг. 1. После включени  питани  задающий генератор 3 подает на первый вход блока 2 управлени  импульсный сигнал и (фиг.2). Всв зи;с тем, что напр жение на выходе конвертора в первое врем  мало, сигнал Up на выходе компаратора 4 отсутствует в течение первых п + 1 периодов сигнала задающего генератора 3,. При этом с выхода блока 2 управлени  на управл ющий вход ключевого элемента 5 поступает сигнал и., такой, что интервал времени открытого состо ни  ключевого элемента 5 максимален и соответственно максимальна мощность, отдаваема , на зар д конденсатора 8. Напр жение на нагрузке растет, а вместе с ним растет амплитуда импульсов 1} на выходе ключевого элемента 5 и гц 1Ьлитуда импульсов на входе цепи из двух резисторов 14 и 15. Импульсы V вызывают отпирание диода 11 при закрытом ключевом элементе 5, при этом напр жение и измерительном входе компаратора 4 равно сумме напр жени  вспомогательного стабилизатора 1 и падени  напр jlteHHfl на. открытом диоде 11, а конденсатор 13 зар жаетс  через диод 11 и резистивный делитель на резисторах 14 и 15, При отпирании ключевого элемента 5 происходит разр д конденсатора 13 через резистор 14 и конденсатор 16, то приводит к экспоненциальной зависимости формы заднего фронта сигнала U, амплитуда импульсов которого пропорциональна выходлому напр жению конвертора. При закрытии ключевого элемента 5 процесс повтор етс ,причем наличие резистора 12 позвол ет осуществл ть прив зку верхнего уровн  Ug к стабилизиробанному напр жению вспомогательного стабилизатора 1, Так происходит до тех пор, пока напр жение на выходе конвертора не достигнет требуемой величины ( п +  бриод ий,,фиг. 2), Тогда на следующем п + 2 периоде сигнала Vj сигнал Ug на измерительном входе компаратора 4 пересечет уровень опорного напр жени , задаваемый делителем 10 напр жени  на опорном входе компаратора 4, что приведет к по влению сигнала Ur на выходе компаратора 4, .Поступив на S-в-ход RS-триггера 17 блока 2 управлени , он вызовет переброс RS-триггера и сброс управл ющего сигнала с входа ключевого элемента 5, ключевой элемент 5 закроетс , что приведет, в свою очередь, к положительному фронту сигнала Ug и сбросу сигнала Ur, Уменьшение интервала времени открытого состо ни  . ключевого элемента 5 приведет к умень шению мощности, передаваемой во вторичную цепь, и начнетс  режим стабилизации напр жени  (период 3 и далее). Монотонность экспоненциальной кривой заднегофронта сигнала Ug позвол ет обеспечить плавное регулирование и м гкий режим стабилизации. В св зи с тем,что конденсатор фильтра 8 выбираетс  таким образом, чтобы эффективно фильтровать переменную составл ющую напр жени  на нагрузке, врем  задержки цепи обратной св зи конвертора, не превышающее периода сигнала задающего генератора, во много раз меньше характерных времен изменени  выходного напр жени  при изменении тока нагрузки или напр жеНИН питани  конвертора. Таким образом, включение порогового устройства в цепь первичной обмот ки трансформатора позвол ет обеспечить гальваническую разв зку между входными и выходными цеп ми стабилизированного конвертора, а предлагаема  структура порогового устройства, обеспечивающа  сравнение выходьюго напр жени  конвертора с опорным Напр жением в каждом периоде сГигнала, задающего генератора , позвол ет увеличить быстрое дейст,вне и глубину обратной св зи. В стабилизированном конверторе, выполненном по предлагаемой схеме, быстродействие обратной св зи около 10 МКС, без труда достигаетс  регулировка выходного напр жени  5 - 50 В при входном напр жении в диапазоне 24 - 34 В. При установленном выходном напр жении 15 В нестабильность не превышает 0,1 В при изменении входного напр жени  во всем диапазоне и колебани х потребл емого тока от номинального до 10% номинального; даже при полностью отключенной нагрузке выходное напр жение не превышает 20 В. Конвертору не опасны короткие замыкани  по входу, так как максимальный интервал открытого состо ни  ключевого элемента, а следовательно ,- максимальна  мощность определ етс  скважностью сигнала задающего генератора ,, эта мощность рассеиваетс  на диоде выпр мител . Предлагаема  схема допускает получать несколько различных стабилизированных гальв&нически разв занных напр жений на выходе, дл  этого на трансформаторе должно быть несколько вторичных обмоток с однополупериодным выпр мителем в каждой обмотке. Описанные характеристики в сочетании с небольшими аппаратурными затратами (возможно выполнение функций задающего генератора, порогового устройства и блока управлени  на одной микросхеме 564 ЛН1, 4 конденсаторах, 6 резисторах и одном диоде) позвол ют широко использовать предлагаемый стаби-: лизированный конвертор в маломощных устройствах электропитани  электронной аппаратуры.

f1/J

W-tHH8

(Jivt.J

V, ,. . . Ф f.

4 r rl гТ г

vt

0 Vt

e, tffl

Out

t Vf

Claims (2)

1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР , содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторич* ная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам конвертора, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий ген. нератор, выход которого присоединен к первому входу блока управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подключенный к точке соединения первого входного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов , к общей точке которых подключен один из выводов первого конденсатора, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем введения гальванической развязки между входом и выходом конвертора, введен компаратор, выход которого подключен к второму входу блока управления, первый вход - к выходу резистивного делителя, а второй вход - через соединенные параллельно диод, включенный в прямом направлении, и резистор - к выходу вспомогательного стабилизатора и через второй конденсатор· - к второму входному выводу, соединенно'му с входным выводом резистивного двигателя, другой входной вывод кото~_е ι рого подключен к выходу вспомогатель-sg ного стабилизатора, причем точка соединения трансформатора и ключевого элемента соединена через введенный диод, включенный в прямом направлении, с другим выводом упомянутой цепи из двух резисторов, при этом второй вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора.

2. Конвертор поп. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит RS -триггер и элемент 2ИЛИ.НЕ, соединенный первым входом с выходом RS-триггера, а вторым - с первым входом .блока управления и с R -входом R5 -триггера, причем второй вход блока управления подключен к S - вхоIДУ RS-триггера, а выход элемента ,]2ИЛИ-НЕ^- к выходу блока управления·.

SU „„ 1053238

J