SU1554092A1 - Источник питани с бестрансформаторным входом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике. Цель изобретени  - повышение КПД - достигаетс  введением в блок 9 управлени  источником питани  формировател  10 сигналов управлени  и каналов 11 и 12 управлени  преобразователем 3 и транзисторным регул тором 6, включающих узлы 31 - 34 геометрического сложени  сигналов, формирующих на входах преобразовател  3 и транзисторного регул тора 6 импульсные последовательности, сдвинутые друг относительно друга. Кажда  из этих импульсных последовательностей модулируетс  по длительности управлени  формирователем 10 сигналов управлени . При этом полностью исключаетс  режим сквозных токов транзисторов в преобразователе 3 и формируютс  оптимальные импульсы управлени  как транзисторами преобразовател  3, так и регул тора 6. Эти импульсы создают запирающее напр жение на управл ющих входах силовых транзисторов, следующее по времени непосредственно за отпирающим напр жением. Тем самым значительно уменьшатс  динамические потери в силовых транзисторах, что и приводит к повышению КПД всего источника питани . При этом силовые импульсы преобразовател  3 всегда имеют гарантированную минимальную длительность, независимую от сигналов обратной св зи. Это позвол ет обеспечить во всех переходных режимах перемагничивание сердечника силового трансформатора (т.е. исключить возможность пропадани  одного из силовых импульсов преобразовател , например запредельного сигнала обратной св зи, в один из полупериодов работы). 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в

мощных централизованных выпр мительных устройствах систем вторичного электропитани  больших информацией- но-вычислительных комплексов.

Цель изобретени  - повышение КПД. Ка фиг. 1 приведена структурна  схема источника питани ; на фиг,2 - вариант выполнени  в источнике питани  блока регулировки с транзисторным регул тором на входе и выходным выпр мителем на выходе; на фиг.З то же, с выходным выпр мителем на входе и транзисторным регул тором на выходе; на фиг. 4 - выполнение в источнике питани  узлов геометрического сложени  в каналах управлени ; на фиг, 5 вариант выполнени  в источнике питани  транзисторного регул тора в блоке регулировки и узлов геометрического сложени  в каналах управлени ; на фиг. 6 - временные диаграммы работы узлов источника, выполненного на фиг. 1-4, на фиг. 7 - временные диаграммы работы узлов источника , выполненного на фиг. 5.

Источник питани  с бестрансформаторным входом содержит последовательно соединенные сетевой выпр митель 1, фильтр 2, преобразователь 3, силовой трансформатор 45 блок регулировки 5, включающий транзисторный регул тор 6 и выходной выпр митель 7 и выходной фильтр 8. Вторична  обмот силового трансформатора 4 подключена ко входу блока регулировки, а вход фильтра 8 - к его выходу. Выход фильтра 8 подключен ко входу блока 9 управлени , включающему в себ  формирователь 10 сигнала управлени , дв канала управлени  11 и 12 соответственно преобразователем 3 и транзисторным регул тором 6 тока регулировк 5 и два элемента временной задержки 13 и 14. Формирователь 10 содержит усилитель обратной св зи 15, первый

0

5 Q

5

0

55

вход которого  вл етс  входом формировател  10 и блока управлени  9, второй вход подключен к источнику опорного напр жени  16, а выход под- ключей через диод 17 и первую последовательную RC-цепь 18 к выходу задающего генератора 19 и ко входам генератора 20 пилообразного напр жени  и элемента задержки 21, выход которого  вл етс  первым выходом формировател  1.0, и непосредственно к первому входу компаратора 22, второй вход которого непосредственно подключен к выходу генератора 20, а через вторую последовательную RC-цепь 23 - к выходу компаратора 22 и ко входу импульсного усилител  24, выход которого  вл етс  вторым выходом формировател  10. Первый выход формировател  10 подключен к первому входу канала управлени  11 преобразователем 3 и через элемент задержки 14 - по второму входу канала управлени  12 транзисторным регул тором 6 блока регулировки 5, а второй выход формировател  10 подключен к первому входу канала управлени  12 и через элемент задержки 13 - ко второму входу канала управлени  11. Каждый канал управлени  J1, 2 содержит первый 25 и второй 26 триггеры, входы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым входами канала, а выходы подключены соответственно к первому 27 и второму 28 усилител м мощности с выходными трансформаторами 29 и 30, две вторичные обмотки каждого из которых подключены соответственно к первым и вторым входам двух узлов 31 и 32 геометрического сложени  сигналов управлени ,, выходы которых образуют выходы канала управлени  и соответственно выходы блока управлени  9, подключенные к соответствующим управл ющим входам преобразовател  3 и транзисторного регул тора 6 блока регулировки 5.

В варианте выполнени  блока регулровки 5 на фиг. 2 транзисторный регул тор 6 выполнен на двух последовательно соединенных транзисторах, включенных в рассечку двух плеч выходного выпр мител  7, выход посто нного тока которого  вл етс  входом блока регулировки 5, а вход переменного тока его входом.

В варианте выполнени  блока регулировки 5 на фиг. 3 транзисторный регул тор 6 выполнен на двух параллельно соединенных транзисторах и включен последовательно с выходом посто нного тока выходного выпр мител  7, образу  выход блока регулировки 5, входом которого  вл етс  вход переменного тока выпр мител  7.

В источнике питани  в каждом канале управлени  11 и 12 каждый узел геометрического сложени  31-34 выполнен на двух диодах 35 и 36 и резисторе 37, включенном между катодом диода 35 и анодом диода 36, соответственно анод и катод которых образуют выхрд узла и одновременно один из выводов первого и второго входов узла, подключенные к началу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора 29 первого 27 и к концу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора 30 второго 28 усилител  мощности соответственно , при этом другой вывод первого и второго входов узла образован соответственно анодом диода 36 и катодом диода 35 и подключен к концу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора 29 первого 27 и к началу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора 30 второго 28 усилител  мощности соответственно.

В варианте блока регулировки 5 на фиг. 5 транзисторный регул тор 6 выполнен на рдном транзисторе и включен последовательно с выходом посто нного тока выходного выпр мител  7, образу  выход блока регулировки 5 входом которого  вл етс  вход переменного тока выпр мител  7, а в канале управлени  12 транзисторным регул тором 6 блока регулировки 5 каждый узел 33 и 34 геометрического сложени  выполнен на мостовом выпр мителе 38, выход которого с подключенным к нему ограничительным резистором 39  вл етс  выходом узла, а вход - пер,-

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вым и вторым входами узла, причем ко входу узла 33 подключаютс  выводы синфазно соединенных, а ко входу узла 34 - противофазно соединенных соответствующих вторичных обмоток выходных трансформаторов 29 и 30 первого 27 и второго 28 усилителей мощности, а противофазно соединенные выходы узлов 33 и 34 образуют выход канала управлени  12 транзисторным регул тором 6 блока регулировки 5.

Источник питани  с бестрансформаторным входом работает следующим образом .

Входное напр жение сети поступает на сетевой выпр митель 1, далее на сетевой фильтр 2, посто нное напр жение с которого поступает на высокочастотный преобразователь 3, нагрузкой служит силовой трансформатор 4, напр жение со вторичной обмотки которого поступает на вход блока регулировки 5. Выход блока регулировки 5 соединен с выходным фильтром 8, с выхода которого напр жение поступает в нагрузку. Напр жение обратной св зи с блока 8 поступает в блок управлени  9, на вход формировател  сигналов управлени  10.

Формирователь 10 работает следующим образом. Задающий генератор 19 формирует последовательность импульсов (V19, фиг. 6), котора  поступает на вход элемента задержки 21, на выходе которого образуетс  последовательность импульсов (V21, фиг. 6). Напр жение с выхода генератора 19 по- ступает также на вход генератора пилообразного напр жени  20, на выходе которого образуетс  сигнал (V20, фиг. 6), который поступает на один из входов компаратора 22. Напр жение обратной св зи, поданное на усилитель обратной св зи 15, усиливаетс  и затем складываетс  с импульсным напр - жением, поступающим от генератора 19 через RC-цепь 18 и диод 17. Сумма этих напр жений поступает на другой вход компаратора 22 (VI5, фиг. 6). На выходе компаратора 22 образуютс  импульсы, модулированные по длительности в зависимости от сигнала обратной св зи. Эти импульсы складываютс  с импульсным напр жением, образованным при обнулении пилообразного напр жени  (V20, фиг. 6) генератора 20 с помощью КС-цепи 23 (V22, фиг.6). На выходе усилител  24 образуетс 

(V24,

последовательность импульсов фиг. 6).

Таким образом, на выходах формировател  10 получаютс  две импульсные последовательности, причем одна из них жестко прив зана к задающему генератору, а друга  сдвинута на врем  модулированного импульса, -при этом врем  сдвига определ етс  сигналом обратной св зи с выхода источника вторичного питани . Формирователь сигналов управлени  10 вводит об зательное ограничение наименьшего значени  времени сдвига. Действительно , если при переходных режимах , когда выходное напр жение усилител  15 меньше нулевого уровн  напр жени  генератора 20, скачкообразное изменение напр жени  на выходе компаратора 22 все же произойдет. Дело в том, что амплитуда положительного импульса, подаваемого с дифференцирующей цепи 18 на вход компаратора 22, превышает на начальном участке линейно нарастающее напр жение , поступающее с генератора 20 на другой вход компаратора 22. В случае если выходное напр жение усилител  15 превысит амплитуду пилообразного напр жени , выходной сигнал компаратора 22 будет положительным. Однако переключение транзистора усилител  24 все же произойдет за счет запирани  его импульсом разр да конденсатора дифференцирующей цепи 23 в момент обнулени  пилообразного напр жени  .

Управл ющие импульсы, поступающие на преобразователь 3, образуютс  в канале управлени  11 следующим образом . Последовательность импульсов с первого выхода формировател  10 поступает на вход первого триггера 25, на его выходах образуютс  импульсы (V 25(1), V 25(2), фиг. 6), сдвинутые друг относительно друга на 180 эл. град. Эти импульсы поступают на вход первого усилител  мощности 27 с выходным трансформатором 29. На пр жение на обмотках трансформатора 29 изображено на фиг. 6, V .

Последовательность импульсов со второго выхода формировател  10 поступает на вход элемента временной задержки 13. Напр жение на выходе 13 (V13, фиг. 6), поступает на вход второго триггера 26, на его выходах образуютс  импульсы (У%5 (1), V21(2)s

10

15

25

20 , -JQ

s

554092

фиг.

8

30

35

40

45

55

6), сдвинутые друг относительно друга на 180 эл. град.Эти импульсы поступают на вход второго усилител  мощности 28 с выходным трансформатором 30. Напр жение на обмотках этого трансформатора показано на фиг. 6 (V30). Узлы геометрического сложени  сигналов 31 и 32 предназначены дл  формировани  управл ющих напр жений, подаваемых на преобразователь 3. Каждый из этих узлов предназначен дл  управлени  одним из транзисторов преобразовател . Количество транзисторов преобразовател  3 задает количество узлов. Рассмотрим как работает узел геометрического сложени  сигналов 31,

Напр жение со вторичной обмотки трансформатора 29 синфазно складываетс  с напр жением на обмотке трансформатора 30. В момент времени, когда это напр жение положительно, на входе узла 31 образуетс  отпирающее управл ющее напр жение, подаваемое 1на один транзистор преобразовател  |3. Базовый ток транзистора ограничен резистором 37, Когда напр жение на обмотке трансформатора 29 мен ет знак, открываетс  диод 36 и на базу транзистора преобразовател  3 поступает запирающее напр жение. Когда напр жение на обмотке трансформатора 30 мен ет знак, открываетс  диод 35 и запирающее напр жение прикладываетс  к переходу база - эмиттер транзистора преобразовател  3. В момент времени, когда оба напр жени  на обмотках трансформаторов 29 и 30 отрицательны , обратное запирающее напр жение возрастает вдвое. Это напр жение показано на фиг. 6 (V31). Работа узла геометрического сложени  32 аналогична работе узла 31, только отпира- юшее напр жение, поступающее на транзистор преобразовател , сдвинуто на 180 эл. град, относительно положительного напр жени  на выходе узла 31. Это напр жение показано на фиг. 6 (V32).

Таким образом формируютс  сигналы управлени  транзисторами преобразовател  3, причем каждый из этих сигналов реализует импульсную модул цию длительности, в зависимости от сигнала обратной св зи.

Управл ющие импульсы, поступающие на транзисторный регул тор 6, образуютс  в канале управлени  12 аналогичНым образом.Последовательность импульсов со второго выхода формировател  10 поступает на вход первой триггера 25, на его выходах образуютс  импульсы

оса),

V(2), Фиг. 6), сдвину

w

is4 7 v s

тые друг относительно друга на 180 эл. град. Эти импульсы поступают на вход первого усилител  мощности 27 с выходным трансформатором 29. Напр жение на обмотках трансформатора 29 показано на фиг. 6 V г. Последовательность импульсов с первого выхода формировател  JO поступает на вход элемента задержки 14. Напр жение на выходе элемента 14 (VI4, фиг. 6), поступает на вход второго триггера 26, на его выходах образуютс  импульсы (V«0), VЈ6(2), фиг. 6), сдвинутые друг относительно друга на 180 эл.град. Эти импульсы поступают на вход второго усилител  мощности 28 с выход- ,ным трансформатором 30.

Рассмотрим работу узла геометриче кого сложени  сигналов 33, которьй формирует управл ющее напр жение дл  транзисторного регул тора 6, выполненного по фиг. 2 и 3. Напр жение со вторичной обмотки трансформатора

29синфазно складываетс  с напр жением на обмотке трансформатора 30. В момент времени, когда это напр жение положительно, на выходе узла 33 образуетс  отпирающее управл ющее напр жение , подаваемое на один транзистор регул тора 6. Базовый ток транзистора ограничен резистором 37. Когда напр жение на обмотке трансформатора 29 мен ет знак, открываетс  диод 36 и на переход база - эмиттер транзистора регул тора 6 поступает запирающее напр жение. Когда напр жение на обмотке трансформатора

30мен ет знак, открываетс  диод 35 и запирающее напр жение прикладываетс  к переходу база - эмиттер транзистора регул тора 6. В момент , когда оба напр жени  на обмотках трансформаторов 29 и 30 отрицательны , обратное запирающее напр жение возрастает вдвое. Это напр жение показано на фиг. 6 (V33). Работа узла геометрического сложени  34 аналогична работе узла 33, только от- пирающее напр жение, поступающее на другой транзистор регул тора, сдвинуто на 180 эл. град, относительно положительного напр жени  на выходе

0

409210

узла 33. Это напр жение показано на фиг. 6 (V34).

Таким образом, сигналы управлени  транзисторами регул тора 6 формируютс  так, что каждый из этих сигналов реализует импульсную модул цию длительности в зависимости от сигнала обратной св зи.

Теперь, если рассмотреть сигналы V31 и V33, а также V32 и V34, то мож15

20

30

25

35

40

45

0

но увидеть, что в любых режимах работы источника питани  импульсы управлени  регул тором 6 наход тс  внутри по времени импульсов управлени  преобразователем 3. Это означает , что включение и отключение . силовых высоковольтных транзисторов преобразовател  3 происходит всегда при выключенных транзисторах регул тора 6, т.е. в режиме холостого хода трансформатора 4. Причем это обсто тельство сохран етс  независимо от модул ции длительности импульсов управлени  .

Рассмотрим варианты выполнени  блока регулировки 5 источника питани . Источник питани , выполненный на фиг, 2, работает следующим образом . Сетевое напр жение поступает на сетевой выпр митель 1 и далее на сетевой фильтр 2. На фиг. 2 дл  иллюстрации фильтр емкостной напр жение с выхода фильтра 2 поступает на полумостовой преобразователь 3 с двум  силовыми транзисторами, нагрузкой преобразовател   вл етс  силовой трансформатор 4, вторична  обмотка трансформатора 4 подключена к выпр мителю 7 через силовые транзисторы регул тора 6, установленные последовательно с диодами выпр мител  7 в каждом плече моста. Такое включение регул тора оправдано в тех случа х, когда выходное напр жение источника питани  достаточно велико (более 20 В). При этом осуществл етс  регулирование в оба полупериода ионе требуетс  дополнительна  установка нулевого диода в цепь фильтра 8, в случае, если регул тор установлен после выпр мител  7.

Источник питани ,выполненный на фиг. 3, работает следующим образом. Входное напр жение поступает на сете - вой выпр митель 1, затем выпр мл етс  фильтром 2, после которого установлен двухтактный полумостовой преобразователь 3. Нагрузкой преобразовател   вл етс  трансформатор 4„ Напр жение с его вторичной обмотки поступает на вход выпр мител  7, выпр мленное напр жение поступает на транзисторный регул тор 6 и далее на выходной фильтр 8, который в этом случае должен включать в себ  нулевой диод. Такое построение блока регулировки позвол ет использовать тран- зисторный регул тор, состо щий как из двух,, так и из одного транзистора. Выполнение транзисторного регул тора 6 блока регулировки 5 на одном транзисторе (фиг. 5) позвол ет уп- ростить схему узлов геометрического сложени  33 и 34 канала управлени  12 блока управлени  9, Рассмотрим формирование импульсов управлени  транзистором регул тора 6. Узел гео- метрического сложени  сигналов 38 формирует отпирающее напр жение, подаваемое на транзистор регул тора 6„ Напр жение одной обмотки трансформа- тора 29 (Vj, фиг. 7) синфазно скла- дываетс  с напр жением одной обмотки трансформатора 3Q ( Фиг. 7). Это суммарное напр жение (, фиг. 7) поступает на вход () выпр мител  положительного напр жени  38 узла 32 С выхода этого выпр мител  (В) отпирающее напр жение ( фиг, 7) поступает в базу транзистора регул торов через резистор 39 узла 34.

Узел геометрического сложени  сиг налов 34 предназначен дл  формировани  отрицательного 2аггирающего напр жени  дл  перехода база-эмиттер транзистора регул тора 6. Напр жение другой обмотки трансформатора 29 (, фиг. 7) противофазно складываетс  с напр жением другой обмотки трансформатора 30 (V, , фиг, 7). Это суммарное напр жение (V s фиг. 7) поступает на вход () выпр мител  отрицательного напр жени  38 узла 34. С выхода этого выпр мител  (А) напр жение (V., фиг. 7) поступает в базу транзистора регул тора 6 через резистор 39 узла 34.

В результате работы узлов 33 и 34 на переходе база-эмиттер транзистора регул тора 6 образуетс  напр жение оптимальной формы (V6, фиг.7)„

Благодар  такому исполнению узлов геометрического сложени  33 и 34, возможно использование в регул торе одного транзистора, работающего с удвоенной частотой, при этом упрощаетс  схема регул тора и уменьшаютс  габариты всего источника питани  в целом.

Благодар  введению в источник питани  регулируемого преобразовател  и специального формировател  сигналов управлени , обеспечивающего полное исключение режима сквозных токов, значительно повышаетс  надежность работы высоковольтных транзисторов и КПД всего источника. Применение сигналов управлени  транзисторами регул тора, обеспечивающих запирающее напр жение непосредственно за отпирающим, позвол ет значительно уменьшить потери в регул торе в моменты переключени  транзисторов. Тем самым, по вл етс  возможность увеличить частоту работы транзисторов регул тора и как следствие, уменьшить габариты силовых элементов источника питани .

Claims (5)

1. Источник питани  с бестрансформаторным входом, содержащий по- - следовательно соединенные сетевой выпр митель, фильтр, преобразователь и силовой трансформатор, вторична  обмотка которого св зана с входом блока регулировки, включающего транзисторный регул тор и выходной выпр митель, причем выход блока регулировки через выходной фильтр подключен к входу блока управлени , включающего в себ  два элемента временной задержки, выходы которого св заны с управл ющими входами преобразовател  и транзисторного регул тора блока регулировки соответственно , отличающий- с   тем, что, с целью повышени  КПД блок управлени  снабжен формирователем сигналов управлени , включающим себ  задающий генератор, генератор пилообразного напр жени , компаратор импульсный усилитель, усилитель обратной св зи, элемент задержки, две последовательные RC-цепи источник опорного напр жени  и дкод, и двум  каналами управлени  соответственно преобразователем и транзисторным регул тором блока регулировки, каждый из которых выполнен на первом и втором триггерах, входы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым . входами каналов, а выходы подключены

соответственно к первому и второму усилителю мо цности с выходным трансформатором , две вторичные обмотки каждого из которых подключены соответственно к первым и вторым входам двух узлов геометрического сложени  сигналов управлени , выходы которых образуют выходы канала управлени ,и соответственно выходы блока управлени  , подключенные к соответствующим управл ющим входам преобразовател  и транзисторного регул тора блока регулировки , причем входом блока управлени   вл етс  вход формировател  сигналов управлени , образованный первым входом усилител  обратной св зи , второй вход которого подключен к источнику опорного напр жени , а выход подключен через диод и первую последовательную RC-цепь к выходу задающего генератора и входам генератора пилообразного напр жени  и элемента задержки, выход которого  вл етс  первым выходом формировател  сигналов управлени , и непосредственно к первому входу компаратора, второй вход которого подключен непосредственно к выходу генератора пилообразного напр жени , а через вторую последовательную RC-цепь - к выходу компаратора и входу импульсного усилител , выход которого  вл етс  вторым выходом формировател  сигналов управлени , подключенным к первому входу канала управлени  транзисторным регул тором непосредственно и через первый элемент временной задержки - к второму входу канала управлени  преобразователем, первый вход которого подключен к первому выходу формировател  сигналов управлени , и через второй элемент временной задержки - к второму входу канала управлени  транзисторным регул тором .

2.Источник питани  по п. I, отличающийс  тем, что в блоке регулировки транзисторный регул тор выполнен на двух последовательно соединенных транзисторах, включенных в рассечку двух плеч выходного выпр мител , выход посто нного тока которого  вл етс  выходом блока регулировки, а вход переменного тока - его входом.

3.Источник питани  по п. 1, о т- лич агощий с  тем, что в блоке регулировки транзисторный регул тор выполнен на двух параллельно соединенных транзисторах и включен последовательно с выходом посто нного тока выходного выпр мител , образу  выход блока регулировки, входом которого  вл етс  вход переменного тока выходного выпр мител . Q

4. Источник питани  по пп. 2 или 3, отличающийс  тем, что в каждом канале управлени  каждый узел геометрического сложени  сигналов управлени  выполнен на двух 5 диодах и резисторе, включенном между катодом одного и анодом другого диода, соответственно анод и катод которых образуют выход узла и одновременно один из выводов первого и Q второго входов узла, подключенные к началу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора первого и к концу соответствующей вторичной обмотки выходного трансфор- 5 матора второго усилител  мощности соответственно, при этом другой вывод первого и второго входов узла образован соответственно анодом дру того и катодом одного диода и под- 0 ключей к концу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора первого и к началу соответствующей вторичной обмотки выходного трансформатора второго усилител  мощ- с ности соответственно. 5 I

5. Источник питани  по п.., отличающийс  тем, что, с целью упрощени  в блоке регулировки Q транзисторный регул тор выполнен на одном транзисторе и включен последовательно с выходом посто нного тока выходного выпр мител , образу  выход блока регулировки, входом ко- 5 торого  вл етс  вход переменного тока выходного выпр мител , а в канале управлени  транзисторным регул тором блока регулировки каждый узел управлени  выполнен на мостовом выпр мителе , выход которого с подключенным к нему ограничительным резистором  вл етс  выходом узла, а вход - первым и вторым входами узла, причем к входу одного узла подключаютс  выводы синфазно соединенных, а к входу другого узла противофазно соединенных соответствующих вторичных обмоток выходных трансформаторов первого и второго усилителей мощности,

0

5

а противофазно соединенные выходы обо- лени  транзисторным регул тором бло- „|их узлов образуют выход канала управ- |ка регулировки.

i I

- л |к

i I

V. V

фуг 2

Фиг.З