SU1684879A1 - Стабилизирующий преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и м.б. использовано при проектировании вторичных источников питани . Цель - расширение функциональных возможностей при сохранении эксплуатационных характеристик . Преобразователь содержит блок пуска , подсоединенный к базам транзисторов 5, 6, подключенных к первичной обмотке трансформатора. Регулирующий элемент 10 8 и&ьа. 9 подсоединен входом к выходу блок-а управлени  11, св занного с выходными выводами . При подключении первого источника питани  посто нного тока к первому входному выводу 14 в процессе преобразовани  участвуют четыре транзистора 5, 6, 15, 16, а также первична  2 и перва  вторична  3 обмотки трансформатора 1. Диоды 18, 19, соединенные с концами дополнительной обмотки 25 с отводом, отключают ее от источника питани . Аналогичные процессы происход т при подключении второго источника питани , но с помощью транзисторов 15, 16. При одновременном подключении первого источника питани  к первому входному выводу 14, а второго источника - к дополнительному входному выводу 27, происходит первый или второй из описанных процессов преобразовани  в зависимости от соотношени  напр жени  первого источника питани  и опорного напр жени , в качестве которого может служить напр жение второго источника питани . При этом реализуетс  резервирование по первичному источнику питани , 5 з,л.ф-лы, 1 ил. Ё С 00 Јь 00 VJ Ч)

Description

Изобретение относитс  к источникам вторичного электропитани  и может быть использовано дл  питани  различной радиоэлектронной аппаратуры, в частности дл  радиоэлектронных устройств бытового назначени .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей при сохранении эксплуатационных характеристик

На чертеже представлена структурна  схема стабилизирующего преобразовател  напр жени .

Предлагаемый преобразователь содержит трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2 с отводом от середины и две вторичные обмотки 3 и 4, два транзистора 5 и 6, коллекторы которых подключены к концам первичной обмотки 2, выпр митель с фильтром 7, входом подключенный к обмотке 3, а выходом - к выходным выводам 8 и 9 преобразовател , регулирующий элемент 10, соединенный управл ющим входом с выходом блока 11 управление, подключенным входом к выходным выводам 8 и 9, задающий генератора 12 и дроссель 13, включенный между отводом от середины обмотки 2 и первым входным выводом 14 преобразовател  дл  подключени  первого источника питани  посто нного тока, причем регулирующий элемент 10 соединен с трансформатором 1, например с обмоткой 4. Кроме того, преобразователь содержит третий 15 и четвертый 16 транзисторы, эмиттеры которых объединены и соединены с вторым входным выводом 17 преобразовател ,  вл ющимс  общим выводом, четыре диода 18-21, второй выпр митель с фильтром 22, узел 23 запуска и второй дроссель 24, а трансформатор снабжен двум  дополнительными обмотками 25 и 26, одна из которых (обмотка 25) имеет отвод от середины , соединенный первым выводом дроссел  24, второй вывод которого соединен с дополнительным входным выводом 27 преобразовател  дл  подключени  второго источника питани  посто нного тока, напр жение которого меньше, чем напр жение первого источника напр жени  Концы обмотки 25 через диоды 18 и 19, включенные в пр мом направлении относительно напр жени  на выводе 27, соединены соответственно с коллектором третьего 15 и четвертого 16 транзисторов, эмиттеры первого 5 и второго 6 транзисторов через третий 20 и четвертый 21 диоды, включенные в пр мом направлении относительно напр жени  на выводе 14, соединены соответственно с коллектором третьего 15 и четвертого 16 транзисторов, а базы транзисторов 15 и 16 подключены к соответствующим выходам

задающего генератора 12, причем базы транзисторов 5 и 6 объединены и соединены с выходом узла запуска 23 и через выпр митель с фильтром 22 подключены к обмотке

26.

Регулирующий элемент 10 выполнен в виде регулирующего трансформатора, силова  обмотка 28 которого соединена с обмоткой 4 трансформатора 1. а обмотка 29

0 распложенна  ортогонально силовой обмотке 28,  вл етс  управл ющим входом регулирующего элемента 10 Дл  упрощени  схемы регулирующий элемент 10 может быть выполнен на трансформаторе 1, при

5 этом обмотка 4 располагаетс  ортогонально другим обмоткам трансформатора 1 и  вл етс  управл ющим входом регулирующего элемента 10.

Узел 23 запуска содержит генератор 30,

0  ыход которого  вл етс  выходом узла 23 запуска, и цепочку, состо щую из последовательно соединенных резисторов 31 и стабилитрона 32, включенную между первым 14 и вторым 17 входными выводами преоб5 разовател . причем стабилитрон 32 вклю- иен параллельно цеп м питани  генератора 30

Генератор 30 выполнен на однопере- ходном транзисторе 34, причем диод 33

0 включен между эмиттером транзистора 34 и коллектором транзистора 5.

Кроме того, устройство содержит ключевой элемент 35 и второй блок 36 управлени , соединенный первым входом с

5 выводом 14 преобразовател , вторым входом - с выводом 27, а выходом - с управл ющим входом ключевого элемента 35, при этом ключевой элемент 35 включен между выводом 27 преобразовател  и вторым вы0 водом дроссел  24.

Задающий генератор 12 обеспечивает противофазное отпирающее (или запирающее ) напр жение на базах транзисторов 15, 16 и может быть выполнен по любой из

5 известных схем, например по схеме автогенератора с магнитными св з ми.

Блок 11 управлени  осуществл ет сравнение напр жени  на выходных выводах 8 и 9 с опорным напр жением, усиливает сиг0 нал рассогласовани , вырабатывает управл ющее напр жение на своем выходе и содержит делитель напр жени  (выходного ), источник опорного напр жени , усилитель сигнала рассогласовани .

5Блок 36 управлени  осуществл ет сравнение напр жени  на входных выводах 14 и 17с опорным напр жением и в случае, когда напр жение на выводах 14 и 17 меньше опорного, вырабатывает на своем выходе напр жение, открывающее ключевой элемент 35. Блок 36 содержит делитель входного напр жени , источник опорного напр жени  и компаратор. В качестве опорного напр жени  может использоватьс  напр жение на входном выводе 27. В этом случае источник опорного напр жени  в блоке 36 управлени  представл ет собой делитель напр жени , например резистивный.

Выпр митель с фильтром 22 может содержать элементы стабилизации напр же- ни . На чертеже они представлены резистором и стабилитроном.

Кроме того, регулирующий элемент 10 может быть подключен к вторичной обмотке

4трансформатора 1 параллельно или после- довательно. В данном случае, как показано

на чертеже, регулирующий элемент 10, выполненный в виде регулирующего трансформатора с обмотками 28 и 29, подключен к обмотке 4 параллельно.

Стабилизирующий преобразователь напр жени  работает следующим образом.

При подаче напр жени  DBX.I посто нного тока на входные выводы 14 и 17 задающий генератор 12 вырабатывает противофазное напр жение пр моугольной формы, поступающее на базы транзисторов 15 и 16, которые поочередно наход тс  в провод щем и непровод щем состо ни х. Одновременно в узле 23 запуска на стаби- литроне 32 через резистор 31, подключенный к выводу 14. по вл етс  напр жение, которое поступает на цепи питани  генератора 30, выполненного на однопереходном транзисторе 34. Напр жение с выхода гене- ратора 30, а следовательно, с выхода узла 23 запуска поступает на базы транзисторов

5и 6, которые переход т в провод щее состо ние . При этом входное напр жение с выходов 14 и 17 через дроссель 13 и соот- ветственнотранзисторы5,15и6, прикладываетс  к полуобмоткам обмотки 2 трансформатора 1. На обмотках трансформатора 1 наводитс  переменное напр жение пр моугольной формы. С обмотки 3 напр жение через выпр митель с емкостным фильтром 7 поступает в нагрузку, подключаемую к выходным выводам 8 и 9. Одновременно с обмотки 26 напр жение через выпр митель с фильтром 22 поступа- ет на базы транзисторов 5 и 6, поддержива  каждый из них в соответствующий полупериод работы задающего генератора 12 и транзисторов 15 и 16 в провод щем состо нии . Кроме того, в соответствующий полупе- риод работы в провод щем состо нии наход тс  диоды 20 и 21. При этом диоды 18

и 19 заперты и обмотка 25 отключена от коллекторов транзисторов 15 и 16. Таким образом, в преобразователе реализуетс 

режим работы транзисторов 5 и 6 с отключением по эмиттеру. Наибольший эффект от использовани  такого режима работы достигаетс  при большом входном напр жении (сотни вольт), например, в источниках вторичного электропитани  с бестрансформаторным входом.

После по влени  напр жени  на выходе выпр мител  с фильтром 22, которое поступает на базы транзисторов 5 и б, через диод 33 наход щимис  в провод щем состо нии транзисторами 5, 15 и диодом 20 шунтируетс  конденсатор врем задающей цепи генератора 30. Колебани  в генераторе 30 прекращаютс .

Одновременно блок 11 управлени , вход которого подключен к выходным выводам 8 и 9, сравнивает выходное напр жение с опорным, усиливает сигнал рассогласовани  и вырабатывает модулированное напр - жение (используетс , например, широтно-импульсный модул тор), поступающее на управл ющий вход регулирующего элемента 10, который в зависимости от этого напр жени  мен етскважность своей работы (длительность открытого состо ни ). При выполнении регулирующего элемента 10 в виде регулирующего трансформатора с силовой обмоткой 28 и управл ющей обмоткой 29 (обмотка 29 расположена ортогонально силовой обмотке 28) алгоритм работы регулирующего элемента 10 не измен етс , но на его управл ющий вход (на обмотку 29) поступает аналоговый сигнал от блока 11 управлени , т.е. блок 11 работает в непрерывном режиме. Аналоговый сигнал определ ет скважность работы регулирующего элемента 10.

При изменении выходного напр жени  (при воздействии различных дестабилизирующих факторов, например, изменение входного напр жени , тока нагрузки и т.д.) измен етс  сигнал на управл ющем входе регулирующего элемента 10, что приводит, например, при увеличении входного напр жени  к уменьшению тока через управл ющую обмотку 29. а при уменьшении входного напр жени  - к увеличению этого токь. Ток, протекающий по обмотке 29, вызывает возникновение поперечной индукции .

При отсутствии тока, протекающего через обмотку 29, индукци  в магнитопроводе. измен етс  от -Вр до +ВР, где (Вр) Bs. где Bs - индукци  насыщени  магнитопровода регулирующего трансформатора. При по влении тока через обмотку 29 в течение части полупериода индукци  в магнитопроводе регулирующего трансформатора посто нна , т.е. регулирующий трансформатор находитс  в режиме насыщени . Силова  обмотка 28 имеет малое индуктивное сопротивление и закорачивает (шунтирует) вторичную обмотку 4 трансформатора 1. Тогда на этом этапе напр жение на всех обмотках трансформатора 1 равно нулю, а через дроссель 13 протекает ток, обеспечивающий накопление энергии в дросселе 13. При переключении транзисторов 15,16,5 и 6 к первичной обмотке 2 прикладываетс  напр жение, равное сумме напр жений входного на выводе 14 и наведенного на дросселе 13 (за счет противоЭДС). С вторичной обмотки 3 трансформатора 1 напр жение, пропорциональное напр жению, приложенному к обмотке 2, передаетс  через выпр митель в накопительный элемент - емкостный фильтр 7, и в нагрузку. Напр жение на выходных выводах 8 и 9

П UB«

Q

Q -1

где UBX Unx.1 или UBX Uex.2 в зависимости от режима работы устройства - напр жени  первого и второго источников питани ;

Q - скважность работы регулирующего элемента 10 (в частном случае, при использовании регулирующего трансформатора, Q - это отношение времени пребывани  магнитол ровода регулирующего трансформатора в состо нии насыщени  к длительности полупериода работы преобразовател );

W3

п - - коэффициент трансформации;

W2.W3 - число витков соответственно в обмотках 2 и 3.

Стабилизаци  выходного напр жени  иВых при воздействии различных дестабилизирующих факторов осуществл етс  за счет изменени  скважности Q работы регулирующего элемента 10 путем изменени  под- магничивающего тока через обмотку 29 (когда регулирующий элемент 10 выполнен в виде регулирующего трансформатора) или путем изменени  параметров модулированного напр жени  (например, коэффициента заполнени  при широтно-импульсной модул ции ) на выходе блока 11 управлени , поступающего на управл ющий вход регулирующего элемента 10 (когда регулирующий элемент 10 выполнен, например, в виде транзисторного ключа).

При подаче напр жени  Uex.a посто нного тока на входные выводы 27 и 17 задающий генератор 12 вырабатывает противофазное напр жение пр моугольной формы, поступающее на базы транзисторов

15 и 16, которые поочередно наход тс  в

провод щем состо нии. Блок 36 управлени 

сравнивает напр жение на входных выво . дах 14 и 17 с напр жением на входных выводах 27 и 17. Поскольку напр жение на входном выводе 14, равное нулю, меньше напр жени  на выводе 27, блок 36 управлени  вырабатывает на своем выходе напр жение , открывающее ключевой элемент 35.

0 Входное напр жение с выводов 27 и 17 через дроссель 24 и соответственно транзисторы 15 и 16 и диоды 18 и 19 прикладываетс  к полуобмоткам обмотки 25 трансформатора 1. на оомотках транс5 форматора 1 наводитс  переменное напр жение пр моугольной формы. С обмотки 3 напр жение через выпр митель с фильтром 7 поступает в нагрузку. При этом диоды 20 и 21 заперты и обмотка 2 отключена от кол0 лекторов транзисторов 15. 16. Таким образом , в преобразователе реализуетс  двухтактный режим работы со средней точкой первичной обмотки трансформатора. Режим работы блока 11 управлени  и

5 регулирующего элемента 10 остаетс  таким же, как описано выше, т.е. осуществл етс  стабилизаци  выходного напр жени  Увых при воздействии различных дестабилизирующих факторов.

0При подаче одновременно напр жени 

DBX.I и 11вх.2 (причем UBx.i Usx.2) посто нного тока соответственно на входные выводы 14. 17 v 27, 17 блок 36 управлени  сравнивает напр жение на входных выводах 14 и

5 17с напр жением на входных выводах 27 и 17. Поскольку напр жение на входном выводе 14 больше, чем напр жение на выводе 27, блок 36 управлени  поддерживает ключевой элемент 35 в закрытом состо нии. При

0 этом в схеме преобразовател  происход т процессы, аналогичные тем, которые имели место при подаче напр жени  UBx 1 на входные выводы 14 и 17. Если напр жение Uex.i становитс  меньше опорного (например,

5 при нестационарных процессах в первичном источнике питани ), то блок 36 управлени  включает ключевой элемент 35. При этом в схеме преобразовател  происход т процессы, аналогичные тем, которые имели

0 место при подаче напр жени  UBx.2 на входные выводы 27 и 17, Таким образом, в устройстве реализуетс  резервирование по первичному источнику питани , что позвол ет существенно повысить надежность, ес5 ли к преобразователю предъ вл етс  требование по обеспечению бесперебойного электропитани  нагрузки. В этом случае, например, напр жение UBX.I поступает от сети переменного тока (220 В, 50 Гц) через выпр митель, а напр жение UBx.2 обеспечиваетс  резервной батареей посто нного тока (12 В).

Возможность подключени  стабилизирующего преобразовател  напр жени  к двум источникам напр жени  посто нного тока различной величины, существенно отличающимс  друг от друга, без замены трансформатора и других элементов значительно расшир ет его функциональные возможности . Причем при подключении к источнику напр жени  большой величины (сотни вольт) реализуетс  режим работы транзисторов преобразовател  с отключением по эмиттеру. Подключение одновре менно к двум источникам напр жени  позвол ет реализовать резервирование по первичному источнику питани , повысить надежность и обеспечить бесперебойное электропитание нагрузки.

Claims (6)

1. Стабилизирующий преобразователь посто нного напр жени , содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку с отводом от середины и две вторичные обмотки, два транзистора, коллекторы которых подключены к концам первичной обмотки трансформатора, выпр митель с фильтром, входом подключенный к первой вторичной обмотке трансформатора, а выходом - к выходным выводам преобразовател , регулирующий элемент, соединенный управл ющим входом с выходом блока управлени , подключенным входом к выходным выводам, задающий генератор и дроссель, включенный между отводом от середины первичной обмотки трансформатора и первым входным выводом преобразовател  дл  подключени  первого источника питани  посто нного тока, причем регулирующий элемент соединен с одной из обмоток трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей при сохранении эксплуатационных характеристик, в него введены третий и четвертый транзисторы , эмиттеры которых объединены и соединены с вторым входным выводом преобразовател ,  вл ющимс  общим выводом , четыре диода, второй выпр митель с фильтром, узел запуска и второй дроссель, а трансформатор снабжен двум  дополнительными обмотками, одна из которых имеет отвод от середины, соединенный через цепь второго дроссел  с дополнительным входным выводом преобразовател  дл  подключени  второго источника питани  посто нного тока, напр жение которого меньше напр жени  первого источника питани , при этом концы дополнительной обмотки с отводом от середины через первый и второй диоды, включенные в пр мом направлении относительно напр жени  на до5 полнительном входном выводе, соединены соответственно с коллекторами третьего и четвертого транзисторов, соединенными через третий и четвертый диоды, включенные в пр мом направлении относительно напр 0 жени  на первом входном выводе, с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, а базы третьего и четвертого транзисторов подключены к соответствующим выходам задающего генератора, при5 чем базы первого и второго транзисторов обьединены и соединены с выходом узла запуска и через второй выпр митель с фильтром подключены к второй дополнительной обмотке.

02. Преобразователь по п. 1, о т л и ч a torn , и и с   тем, что в него введены ключевой

элемент и второй блок управлени , соединенный входом с первым входным выводом преобразовател ; а выходом - с управл ю5 щим входом введенного ключевого элемента , включенного последовательно в цепь дроссел .

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- чающийс  тем, что регулирующий

0 элемент выполнен в виде регулирующего трансформатора, силова  обмотка которого соединена с второй вторичной обмоткой трансформатора, а обмотка, расположенна  ортогонально силовой обмотке,  вл етс  уп5 равл ющим входом регулирующего элемента .

4.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- чающийс  тем. что регулирующий элемент выполнен на трансформаторе, вто0 ра  вторична  обмотка которого расположена ортогонально другим обмоткам и  вл етс  управл ющим входом регулирующего элемента.

5.Преобразователь по пп. 1-4. о т л и - 5 чающийс  тем, что узел запуска содержит

генератор, выход которого  вл етс  выходом узла запуска, и цепочку, состо щую из пос/ едовательно соединенных резистора и стабилитрона, включенную между первым и 0 вторым входными выводами преобразовател , причем стабилитрон подключен параллельно цеп м питани  генератора.

6.Преобразователь по п. 5, о т л и ч а ю- 5 щ и и с   тем, что в него введен п тый диод.

а генератор выполнен на однопереходном транзисторе, причем п тый диод включен между эмиттером однопереходного транзистора и коллектором первого транзистора преобразовател .