SU1446678A2 - Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Description

(61) 1283906

(21)4234320/2 -07

(22)24.04.87

(46) 23.12.88. Бил. 1 47

(71)Всесоюзный научно-исследовательский , проектно-конструкторский и технологический институт релестроени 

(72)В.М.Пииенов и К.Г.Лакирович

(53)621.316.722.Г(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1283906, кл. Н 02 М 3/335, 1987.

(54)СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к источникам вторичного питани . Целью изобретени   вл етс  снижение уровн  пульсаций выходного напр жени  путем уменьшени  переменной составл ющей тока на выходе Устройство содержит основной и дополнительный преобразователи напр жени  на транзисторах 5

и 29 и накопительных дроссел х 1

и 25, выходные обмотки 3 и 27 кото- рых через выпр мители 6 и 30 подклю-- чены к выходным выводам 23 и 24, Коллектор силового транзистора 5 св зан с базой силового транзистора 29 через последовательно соединенные блоки формировани  времеиного интервала 35 и формировани  запуска- ЮЕШХ импульсов 32. Св зь между сило- выьш транзисторами 5 и 29 осуществлена так, что циклы работы второго преобразовател  сдвинуты на такт относительно циклов работы первого (когда первый накапливает энергию, второй сбрасывает энергию в нагрузку , и наоборот). При этом ток на выходе имеет предельно-непрерывную форму, амплитуда импульсов тока снижаетс  в два раза, а их частота увачичиваетс  вдвое, что в четыре раза снижает уровень пульсаций выходного напр жени . 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

(Л

а

Од

«

00

ГЧ)

1U46678

/Изобретение относитс  к электроехнике , в частности к источникам

20

25

торичного питани , и  вл етс  усоершенствованием нзобретймкл по вт.св. If 1283906,

Цель изобретени  - снижение уров  пульсаций выходного напр жени  утем уменьшени  переменной состав ющей тока на выходе.

На чертеже представлена электическа  схема стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени .

Стабилизированный преобразователь |5 состоит из основного преобразовател , содержащего накопительный дроссель 1 с обмотками входной 2, выходной 3 и обратной 4 св зи, силовой транзистор 5, силовые выпр митель и фильтр, условно объединенные в блоке 6, вспомогательт ый транзисторный ключ 7, последовательную КС-цепочку 8 с резистором 9 и конденсате- ром 10, компаратор 11, делитель нап- р же1ш  с резисторами 12 и 13 вспомогательный блок 14 выпр млени  и сглаташани , блок 15 временной держки, блок 16 запускающих импульсов с двухвходовым элементом 2И 17, зО инвертором 18 и нуль-органом 19, блок 20 обратной св зи, выполненный по схеме дифференциального усилител  с оптронным выходом, блок 21 перво- начального запуска. Схема содержит клемму 22 дл  под ключетш  потенциального вывода первичного источника питани , а также клеммьт 23 и 24 дл  подключегш  нагрузки.

Коллектор силового транзистора „ 5 через входную обмотку 2 накопительного дроссел  1 соединен с клеммой 22, а эмиттер подключен к шине нулевого потенциала Блок 6 с силовым выпр мителем и фильтром В1шючеид

между выходной обмоткой 3 накопительного дроссел  1 и клеммами 23 и 24. К выходу блока 6 подключен вход блока обратной св зи. Вход вспомогательного блока 14 выпр мпени  и сглаживани  соединен с обмоткой 4 обратной св зи накопительного дроссел  1, подключенного через балластный резистор (не показан) к эмиттер-базо вому переходу силового транзистора 5,

Последовательна  RC-цепочка 8 включена параллельно обмотке 4 обратной св зи накопительного дроссел  I, Вспомогательный транзисторный

кл в н и

0

25

Q

5 зО

„ д

,

ключ 7 включен параллельно эмиттер- базовому переходу силового транзистора 5. Вход резистивного делитап  12,13 напр жени  гопкгю ген к ыходу вспомогательного элока 4 выпр млени  и сглаживани , а выход - к одному из входов компаратора 11. Другой вход компаратог : Г соединен с . выводами У нденс--л-.м--; r ocdадова- тельной RC-цепочки 8, а его выход через блок 15 временной задержки - с цепью управлени  вспомогательного транзисторного ключа 7. Выход блока 20 обратной св зи включен параплель- но резистору 13 делител  12,13 нап р жени . Блок 21 первоначального запуска включен между клеммой 22 и выходом вспомогательного блока 14 выпр млени  и сглаживани . Первый вход блока 16 формировани  запускающих импульсов (вход нуль-органа 19) соединен с выводами обмотки 4 обратной св зи накопительного дроссел  1, второй вход (вход инвертора 1В) - с выходом блока 15 временной задержки , а выход (выход элемента 2И 17)- с цепью управлени  силового транзистора 5. В блоке 16 формировани  запускающих импульсоз выходы нуль- органа 19 и инвертора 18 подключены к входам элемента 2И 17,

Кроме того, имеетс  дополнительный преобразователь, содержащий на- копительньй дроссель 25 с обмотками входной 26, выходной 27 и обратной св зи 28, силовой транзистор 29, силовой выпр митель 30, вспомогатель- ньм транзисторный ключ 31, блок 32 формировани  запускающих импульсов с двухвходовым элементом 2И 33 и нуль-органом 34 и блок 35 формировани  временного интервала.

Коллектор силового транзистора 29 через входную обмотку 26 соединен с клеммой 22, а эмиттер подключен к шине нулевого потенциала.

Силовой выпр митель включен между выходной обмоткой 27 накопительного дроссел  25 и клеммами 23 и 24„ Обмотка 28 обратной св зи накопительного дроссел  25 подключена через балластный резистор (не показан) к эмиттер-базовому переходу силового транзистора 29. Вспомогательный транзисторный ключ 31 вьлючеи паралллель- но эмиттер-базовому переходу силового транзистора 29.

Первый вход блока 32 запускающих импульсов (вход нуль-органа 34) соединен- с выводам 1 обмотки 28 обратной св зи накопительного дроссел  25, а выход (выход элемента 2И с цепью управлени  силового транзис-. тора 29. В блоке 32 формировани  эа- пускаюших импульсов выход нуль-органа ЗА подключен к одному из входов элемента И 33.

Блок 35 формировани  временного интервала содержит первый 36 и второй 37 транзисторы, резисторы 38-40, конденсатор 41 и резистивный делитель 6 с резисторами 42 и 43, Коллектор первого транзистора 36 через резистор 38, .а также база и коллекто второго транзистора .37 соответственно через резисторы 39 и 40 подключены к выходу вспомогательного блока 14 выпр млени  и сглаживани  первого ПН. Конденсатор 41 включен между коллектором первого транзистора 36 и базой второго транзистора 37, Резисг тивный делитель, состо щий из резисторов 42 и 43, подключен параллелы но коллектор-эмиттер.ному переходу силового транзистора 5 первого ПН,

. Вход блока 35 (базовый вывод первого транзистора 36) соединен со средней точкой делител  из резисторов 42 и 43. Первый выход блока 35 (коллектор.транзистора 37 ) соединен с одним из входов злементэ 2И 33 блока 32 формировани  запускающих импульсов. Второй выход (эмиттер транзистора 37) подсоединен к цепи управлени  вспомогательного транзисторного ключа 31. Эмиттер транзистора 36 подключен к шине нулевого потенциала.

Работу преобразовател  рассмотрим дл  установившегос  режима, когда на его выходе (клеммы 23 и 24) поддерживаетс  определенное напр жение и подключена нагрузка. При этом будем считать, что с помощью блока 21 первоначального запуска осуществлен запуск преобразовател  и питание элементов преобразовател  осуществл етс  с выхода вспомогательного блока 14 выпр млени  и, сглаживани .

Вначале рассмотрим работу основного преобразовател  с момента запирани  силового транзистора 5. Прин тому состо нию силового транзистора 5 соответствуют следующие состо ни 

5

управп ютих цепей. Напр жение на конденсаторе 10 выше напр жени  на резисторе 13. Компаратор 11 находитс  в состо нии с нулевым выходг.п м напр жением. Fla выходе блока 15 временной задержки присутствует единичг ный сигнал, а на выходе блока 16 формировани  запускающих импульсов - нулевой сигнал. Вспомогательный транзистор 7 открыт. Здесь и далее по тексту сигнал высокого уровн  на входе или выходе элемента схемы управлени  считаетс .единичным, а сигнал низкого уровн  - нулевым.

При запирании силового транзистора напр жение на обмотках накопительного дроссел  измен ет свою пол рность . Поэтому с выходной обмотки 3 Q трансформируетс  импУльс тока в цепь нагрузки через выпр митель 6, Одно- . временно напр жением отрицательной пол рности с обмоткой 4 обратной св зи разр жаетс  кoндeнcatop 10 и на- 5 дежно удерживаетс  в за:крытом состо нии силовой транзистор. При снижении напр жени  на конденсаторе 10 до величины, несколько меньшей напр жени  на резисторе 13, переключаетс  компаратор 1I в единичное состо ние по выходу и запускаетс  блок 15 временной задержки.

Через промежуток времени задержки ,uti на выходе блока 15 временной задер)ски по вл етс  нулевой сигнал. Этим сигналом закрываетс  вспомогательный транзисторный ключ 7, Однаг ко.силовой транзистор 5 продолжает удерживатьс  в закрытом состо нии Q отрицательным напр жением, наведент. ним в обмотке 4 обратной св зи накопительного дроссел  1, Этим напр жением Н1 ль-орган 19 удерживаетс  в нулевом состо нии по выходу и на выходе элемента 2И 17 присутствует нулевой сигнал.

Нуль-орган 19 формирует единичный сигнал на выходе при наличии нулевого входного сигнала и нулевой «а выходе при любой пол рности входного,

В момент времени, когда заканчиваетс  сброс тока с выходной обмотки 3 накопительного дроссел  I в нагрузку и напр жение, наведенное в обмотках выходной 3 и обратной 4 св зи , становитс  равным нулю, на выходе нуль-органа 19 по вл етс  единичный сигнал, под действием которого на выходе блока 16 формирова0

5

5

0.

5

ПИЯ  аггуск 101чих импульсов по вл етс единичный сигнап. В базовую цепь силового транзистора 5 подаетс  запускающий импульс тока и послед1шй открываетс . В результате к входной обмотке 2 дроссел  1 прикладываетс  посто нное входное напр жение н ток в этой обмотке начинает линейно нарастать, и соответственно запасаес  энерги  электромагнитного пол .

Под действием напр жени , наведенного в обмотку 4 обратной св зи дроссел  1, зар жаетс  конденсатор 10 последовательной RS-цепочки, а нуль-орган 19 переключаетс  в ну- лейое состо ние по выходу, снима  запускаюрий импульс тока. Силовой транзистор 5 удерживаетс  в открытом СОСТОЯШ1И положительным напр жением с обмотки 4 обратной св зи.

Когда напр жение на конденсаторе 10 КС-цепочки 8 сравн етс , а затем превзойдет напр жегше на резисторе 13, компаратор 11 Аерёключаетс  в состо гше с нулевым сигналом на выходе . Одновременно переключаетс  в единичное состо ние по выходу блок времензюй задержки. Единичным сигналом с. выхода блока временной задержки открываетс  вспомогательный транзистор 7 и соответственно закрываетс  силовой транзистор, При этом накопленна  за врем  зар да конденсатора 10 энерги  электромаг-: китного пол  во входной обмотке 2 передаетс  через выходную обмотку 3 на выход устройства в виде импульса тока, имеющего форму пр моугольного треугольника. Далее процессы . повтор ютс  в указанной последова- тепьности. Дл  оптимального соотношени  параметров силовой части преобразовател  длительность накоплени  тока в входной обмотке равна длительности передачи импульса тока в цепь нагрузки.

Теперь рассмотрим работу дополнительного преобразовател , управл емого сигналами блока 35 в зависимости от работы основного преобразовател .

Когда открываетс  силовой транзистор 5 основного преобразовател , напр жение на переходе коллектор - эмиттер становитс  равным нулю. Этим нулевым сигналом через резнстивный делитель 42, 43 напр жени  надежно закрываетс  транзистор 36 линии

35 задержки. Через резистор 38 блока 35 происходит зар д конденсатора 41 и открываетс  транзистор 3/. То- g ком, протекаюпшм через резистор 40 и транзистор 37 линии задержки, открываетс  вспомогательный ключ 3, шунтиру  своим выходом база-эмиттерный переход силового транзистора 29, на6 дежно запира  последний. Одновременно нулевым сигналом с коллектора транзистора 37 элемент 2И 33 блока 32 формировани  запускающих импульсов удерживаетс  в состо нии с ну5 левым уровнем сигнала на выходе.

При этом электромагнитна  энерги , накопленна  в обмотке 26 дроссел  25 vB предьщущий отрезок времени, передаетс  через выходную обмотку 27

0 накопительного дроссел  25 и выпр митель 30 на выход устройства в виде импульса тока,

В момент-запирани  силового транзистора 5 основного преобразова5 тел  напр жением с средней точки ре- зистивного делител  42, 43 открываетс  транзистор 36 и начинаетс  перезар д конденсатора 41 через резистор 39 и открытый транзистор 36.

0 При этом запираетс  транзистор 37 и соответственно запираетс  вспомогательный ключ 35. С коллектора запертого транзистора 37 сигнал высокого уровн  подаетс  на первый вход элемента 2И 33 блока 32, В момент времени, когда заканчиваетс  сброс тока с выходной обмотки 27 дроссел  25 через выпр митель 30 в нагрузку , напр жение, наведенное в выход0 ной обмотке 27 и обмотке 28 обратной св зи, становитс  равным нулю. Это ведет к переключению нуль-органа 34 блока 32 в единичное состо ние по выходу , а на выходе элемента 2И 33

g (выходе блока 32 ) по вл етс  единичный сигнал. Под действием этого сигнала в базу сцл:ового транзистора 29 подаетс  запускающий импульс тока и последний открьгааетс . В

Q результате к входной обмотке 26 дроссел  23, прикладываетс  посто нное входное напр жение н ток в этой обмотке начинает линей)Ю возрастать. Под действием положительного напр g жени , наведенного в обмотке 28 обратной св зи дроссел  25, дополнительно подаетс  ток в базовую цепь силового транзнстора 29 и последний удерживаетс  в открытом состо нии.

5

Нуль-орган 34 этим сигналом переводитс  в нулевое состо ние по выходу, блокиру  запускающий импульс тока с выхода элемента 2И 33 блока 32 формировани  запускающих импульсов. Длительность открытого состо ни  силового транзистора 29 равна длительности разр да конденсатора 41

линии задержки. Путем выбора одинако- ю уменьшение времени открытого состо - вых значений резисторов 38 и 39 це- ни  силового транзистора 29 и уменьпей зар да и перезар да конденсатора 41 достигаетс  равенство дпительнос- тей открытого состо ни  силовых транзисторов основного и дополнительного преобразователей. Поэтому ток во входной обмотке 26 дополнительного преобразовател  повтор ет форму тока в основном преобразователе. При

одинаковых обмоточных данных накопительных дросселей 1 и 25 токи аналогичны и во вторичных обмотках.

Таким образом, при организации симметричного цикла работы основного Преобразовател  (врем  накоплени  энергии в виде роста тока в входной обмотке 2 равно времени отдачи энергии в нагрузку в виде импульса тока в выходной обмотке 3)и равенстве длительности разр да конденсатора 41 его длительности зар да дополнительный преобразователь также работает по симметричному циклу . Циклы работы второго преобразовател  сдвинуты на такт относительно циклов работы первого (когда первый накапливает энергию, второй сбрасывает энергию в нагрузку, когда первый сбрасывает энергию в нагрузку, второй накапливает энергию).

Общий ток, текупшй в фильтрующий конденсатор блока бив нагрузку , имеет предельно непрерывную форму

При отклонении выходного напр жени  преобразовател  от заданного значени , например по причине повышени  напр жени  первичного источника питани , блок 20 обратной св зи устран ет возникшее отклонение следуюршм образом. При превышении выходного напр жени  над заданным на выходе дифференциального усилител  блока 20 обратной св зи по вл етс  сигнал, шунтирующий резистор 13. Напр жение на средней точке делите- л  12, 13 и соответственно на неинвертирующем входе компаратора 1 1 уменьшаетс .При этом переключение

компаратора 11 в нулевое состо ние по выходу происходит при меньшем напр жении на конденсаторе 10 RC-це- почки 8, Это вызывает уменьшение времени открытого состо ни  силового транзистора 5, уменьшение знергии, запасаемой в дросселе 1 и отдаваемой в нагрузку и соответственно

20

шение энергии, запасаемой в дросселе 25 и отдаваемой в нагрузку. В результате преобразователь стабилизи- 15 рует выходное напр жение, а количество передаваемой с входа на выход энергии всегда равно знергии, потребл емой в нагрузке.

За счет реализации в устройстве поочередной работы первого и второго преобразователей ток в нагрузке приближаетс  к предельно непрерывной форме , поэтому амплитуда импульсов тока в нагрузке снижаетс  в два раза, а их частота повышаетс  вдвое. Поэто25

0

5

0

5

Q

5

му уровень пульсаций в выходном напр жении снижаетс  в четыре раза.

Claims (1)

1. Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  по авт. св. № 1283906, отличающий- с   тем, что, с целью снижени  уровн  пульсаций выходного напр жени  путем уменьшени  переменной составл ющей тока на выходе, в него введены дополнительный преобразователь , силова  часть которого, включающа  в себ  силовой транзистор, накопительный дроссель с обмотками входной, выходной и обратной св зи, силовой выпр митель и вспомогательный транзистор а1й ключ выполнена аналогично основному преобразователю, а также блок формировани  временного интервала, резистивный делитель и блок формировани  запускающих импульсов , причем вход блока формировани  временных интервалов подключен к коллектору силового транзистора основного преобразовател  через резистивный делитель, первый выход соединен с первым входом блока формировани  запускающих импульсов, второй выход - с управл ющим входом вспомогательного транзисторного ключа, второй вход блока формировани  запускающих импульсов соединен с пыводом обмотки обратной св зи, а выход - с базой силового транзистора .

2 Преобразователь по п.I, от - личающийс  тем, что блок формировани  временных интервалов содержит первый и второй транзисторы коллектор первого, база и коллектор второго транзисторов подключены соответственно через первый, второй и третий резисторы к выходу вспомогательного блока выпр млени  и сглажн вани  основного преобразовател , при этом первый и второй резисторы имеют одинаковое сопротивление, и конденсатор, включенный между кол

лектором первого и базой второго транзистора, базовый вывод первого транзистора  вл етс  входом, а коллектор и эмиттер второго транзистора  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока.

3, Преобразователь по п,1, отличающийс  тем, что блок формировани  запускающих импульсов содержит элемент И, выход которого  вл етс  выходом блоха, н нуль-орган выход которого подключен к второму входу элемента И, а первый вход элемента И и вход нуль-органа  вл ютс  соответственно первым и вторым входа- Ь4и блока.