SU1713045A1

SU1713045A1 - Многоканальный преобразователь напр жени

Info

Publication number: SU1713045A1
Application number: SU884627667A
Authority: SU
Inventors: Лев Александрович Дубицкий; Владимир Мойсеевич Тафель; Исай Давыдович Шварцбанд; Бенцион Иосифович Швецкий
Original assignee: Научно-Производственное Объединение По Радиоэлектронной Медицинской Аппаратуре "Рэма"
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике, в частности к вторичным источникам питани радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретени - повышение мощности на вы-2ходе и КПД путем устранени потерь мощности на рекуперацию энергии. Преобразователь содержит сетевой выпр митель 1 со сг аживаюшим конденсатором 2. вспомогательный источник питани 3. транзисторы 6 и 7 усилител мощности, диоды 8 и 9. трансформатор 12. корректирующие конденсаторы 10,11 и 15.16. датчик обратной св зи 20. регулирующий элемент 21 и задающий генератор с регулируемой частотой 22, После выключени транзистора (когда оба тралзи- стора заперты) на обмотках трансформатора 12 формируетс колебательный процесс, определ емый емкостью корректирующих конденсаторов и индуктивностью рассе ни обмоток трансформатора. При этом ре- куперационные процессы отсутствуют и вс энерги , коммутируема усилителем мощности, передаетс в нагрузку, что повышает мощность на выходе и (СПД, 5 з,п. ф-лы. 4 ил.•^^ЁСл)gсл>&(fusJ

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к вторичным источникам питани радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретени - повышение мощности на выходе и КПД путем устранени потерь мощности на рекуперацию энергии.

На фиг.1 представлена схема многоканального преобразовател напр жени ; на фиг.2 и 3 - варианты выполнени задающего генератора регулируемой частотой; на фиг.4 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Преобразователь содержит сетевой выпр митель 1 со сглаживающим конденсатором 2, вспомогательный источник 3 питани , первый 4 и второй 5 предусилители мощности, первый 6 и второй 7 транзисторы усилител мощности, первый 8 и второй 9 ДйЬды с корректирующими конденсаторамиЮ и 11, трансформатор 12, его первую 13 и вторую 14 первичные обмотки с корректирующими конденсаторами 15 и 16, п вторичных обмоток 17i-17n с корректирующими конденсаторами 181-18пи п выпр мителей с фильтрами 19i-19n, датчик 20 обратной св зи, регулирующий элемент 21 и задающий генератор 22 с регулируемой частотой.

По первому варианту выполнени задающий генератора 22 с регулируемой частотой (фиг.2) содержит преобразователь 23 напр жение - частота и унитарный счетчик 24 по модулю 4.

По второму варианту выполнени задающий генератор 22 с регулируемой частотой (фиг.З) содержит преобразователь 25 напр жение - частота, сумматор 26, источник 27 опорного напр жени , компаратор 28, счетный триггер 29, схемы 30 и 31 совпадени .

Вход преобразовател подключен к сетевому выпр мителю 1 со сглаживающим конденсатором 2 и к входу вспомогательного источника 3 питани , гальванически разв занные выходы которого подключены к входам питани первого 4 и второго 5 предусилителей мощности, регулирующего эл.емента 21 и задающего генератора 22 с регулируемой частотой.

Параллельно сглаживающему конденсатору 2 подключены две несимметричные цепи усилител мощности; В первой цепи положительна обкладка конденсатора 2 св зана с анодом первого дирда 8 усилител мощности. Параллельно диоду 8 включен корректирующий конденсатор 10. Катод диода 8 подключен к коллектору первого транзистора 6 усилител мощности. Эмиттер транзистора 6 св зан с отрицательной обкладкой конденсатора 2 через первую первичную обмотку 13 трансформатора 12, параллельно которой включен корректирующий конденсатор 15.

Во второй цепи положительна обкладка конденсатора 2 через вторую первичную обмотку 14 трансформатора и параллельно включенный корректирующий конденсатор 16 св зана с анодом второго диода 9 усилител мощности. Параллельно диоду 9 включен корректирующий конденсатор 11. Катод диода св зан с коллектором второго транзистора 7 усилител мощности. Эмиттер транзистора 7 подключен к отрицательной обкладке конденсатора 2,

5 Вторичные обмотки 17i-17n трансформатора 12 с параллельно включенными корректирующими конденсаторами 18i-18n соединены с выходными выпр мител ми и фильтрами 19i-19n. Одна из вторичных обмоток 17п подключена также к входу датчика 20 обратной св зи, выход которого через регулирующий элемент 21 св зан с входом задающего генератора 22 с регулируемой частотой. Выходы генератора 22 через первый 4 и. второй 5 предусилители мощности св заны с эмиттерными переходами соответственно первого 6 и второго 7 транзисторов усилител мощности.

В первом варианте выполнени задающего генератора 22 (фиг.2) вход генератора через преобразователь 23 напр жение - частота св зан с входом унитарного счетчика 24 по модулю 4, четные выходы которого служат выходами генератора.

5 Во втором варианте выполнени задающего генератора 22 (фиг.З) вход генератора подключен к входу преобразовател 25 напр жение - частота и к второму входу сумматора 26, первый вход которого св зан

0 с источником 27 опорного напр жени . Выход пилообразного напр жени преобразовател 25 св зан с первым входом компаратора 28, второй вход которого подключен к выходу сумматог а 26. Выход компаратора 28 св зан ее четным входом триггера 29 и с первыми входами схем 30 и 31 совпадени , вторые вх -ды которых подключены к пр мому и инверсному выходам триггера 29. Выходы схем 30 и 31 совпадени служат выходами задающего генерато ра.

Многоканальный преобразоратель напр жени работает следующим обрезом. Входное переменное сетевое напр жение выпр мл етс выпр мителем 1 и сглаживаетс конденсатором 2, на котором присутствует квазипосто нное пульсирующее напр жение. Входиэо сетевое напр жение поступает также на вход вспомогательного источника 3 питани , который формирует служебные напр жени дл питани управл ющих узлов.

На выходах задающего генератора 22 с регулируемой частотой формируютс две разнесенные во времени серии управл ющих сигналов с взаимным сдвигом фаз, равным л. Частота сигналов задающего генератора соответствует ультразвуковому диапазону и измен етс в зависимости от выходного напр жени U регулирующего элемента 21, которое, а свою очередь, зависит от выходного напр жени датчика 20 обратной св зи.

С выходов задающего генератора 22 управл ющие сигналы через предусилители 4 и 5 с гальванической разв зкой входов (трансформаторной или оптронной) поступают в змиттерные цепи силовых транзисторов 6 и 7 усилител мощности, нав зыва устройству двухтактный рабочий цикл. Работа устройства проиллюстрирована временными диаграммами на фиг.4, где а - регулирующее напр жение на входе задающего генератора 22; б и в - две выходные серии генератора 22 с посто нной скважностью Q 4; г и д - диаграммы коллекторных токов транзисторов 6 и 7, е и ж диаграммы напр жений на коммутируемых концах ёторой 14 и первой 13 первичных обмоток трансформатора 12. На диаграммах утолщены интервалы подзар да первичных обмоток и пунктиром пронормированы уровни в единица U с (напр жение на сглаживающем конденсаторе 2). Причем уровень О соответствует потенциалу отрицательной обкладки конденсатора 2.

По заднему фронту управл ющего сигнала (б) в/момент времени 1 запираетс транзистор 6. Ток, накопленный на интервале подзар да в первичной обмотке 13, теперь , не наход другой цепи, производит зар д конденсатора 15 и всех паразитных емкостей. При этом на змиттере транзистора 6, св занном с коммутируемым концом обмоток 13, фЪрмируетс отрицательный фронт. Благодар согласной магнитной св зи обмоток 13 и 14 на коммутируемом конце последней и на аноде диода 9 образуетс подобный отрицательный фронт.

Фронты вл ютс частью свободного колебательного процесса (штрихова лини ), продолжение которого прерывает в момент времени -3 отпирание диода 9 и включение коллекторного тока транзистора 7, предварительно (в момент времени 2) включенного по базе управл ющим сигналом в. Отпирание диода 9 производитс самим колебательным процессом вследствие

изменени знака напр жени анод диода 9 - змиттер транзистора 7.

Ток через обмотку 14 нарастает до момента выключени по базе транзистора 7 5 сигналом управлени (мокент времени 4), после чего начинаетс формирование положительного фронта колебательного процесса на аноде диода 9, эмиттера транзистора 6 и на св занных с ними коммутируемых

0 концах обмоток 14 и 13. Далее естественный колебательный процесс прерываетс при отпирани в момент 6 диода 8 через предварительно (в момент времени 5) включенный по базе транзистор 6. Колебатель5 ный процесс повтор етс .

В первичных обмотках 13 и 14 и во вторичных обмотках 17i-17n формируютс колебани , близкие к синусоидальным. .Выпр мители с RC-фильтрами 19i-19n преобразуют переменные напр жени в посто нные выходные напр жени преобразовател . Стабилизаци напр жений на вторичных обмотках производитс по напр жению одной из вторичных обмоток 17п, напр жение кбТорой детектируетс датчиком 20 обратной св зи. Выходное напр жение датчика сравниваетс с опорным на регулирующем элементе 21, с выхода которого напр жение рассогласовани поступает на вход задающего генератора 22, регулиру частоту процесса преобразовани , завис щую от частоты амплитуду колебаний , а Следовательно, передаваемую мощность, что проиллюстрировано на 3 уча5 стках фиг.4 (А, В, С).

Мощность, коммутируема на фронтах переключений транзисторами 6 и 7 усилител мощности, незначительна. Открывание и насыщение транзисторов происход т при

0 закрытых диодах, а следовательно/при нулевых коллекторных токах, а закрывание насыщенных транзисторов - при нулевых коммутируемых напр жени х. Поэтому существенных помех на фронтах переключени транзисторов не создаетс . Уровень помех определ етс конструкцией колебательного контура и скоростью протекани колебательного процесса. При оптимальном выборе .корректирующих конденсаторов и индуктивности рассе ни трансформатора (регулируетс зазором) форма колебаний близка к синусоидальной и локализаци излучаемых помех не создает технических трудностей.

5 В процессе преобразовани рекуперационные влени отсутствуют, следовательно , вс энерги , коммутируема усилителем мощности (за вычетом потерь), передаетс в нагрузку. Это позвол ет при заданном допустимом токе транзисторов преобразовать

максимальную мощность и повысить КПД при низком уровне помех.

Дл обеспечени симметричного колебательного процесса необходимы идентичность и достаточно сильна магнитна св зь первичных обмоток трансформатора. Поэтому их намотка должна выполн тьс бифил рно . Разность потенциалов между подобными точками первичных обмоток (как видно из фиг.4е,ж) посто нна и равна напр жению на сглаживающем конденсаторе 2.

Формул а изобретени 1. Многоканальный преобразователь напр жени , содержащий задающий генератор с регулируемой частотой, вход которого подключен к выходу регулирующего элемента, первый и второй транзисторы усилител мощности, коллекторы которых св заны с катодами первого и второго диодов , трансформатор с двум первичными обмотками, вторичные обмотки которого св заны с выпр мител ми и фильтрами выходных цепей, а к одной из вторичных обмоток подключен датчик обратной св зи, выход которого св зан с входом регулирующего элемента, вход преобразовател подключен к сетевому выпр мителю со сглаживающим конденсатором и к входу вспомогательного источника литани , св занного с цел ми питани задающего генератора , .регулирующего элемента, входами подсоединенных к выходам задающего генератора , отличающиес тем, что, с целью повышени мощности на выходе и КПД путем устранени потерь мощности на рекуперацию энергии, к положительной и отрицательной обкладкам сглаживающего конденсатора лрд|{лючены соответственно аНод лервогодиода и эмиттер второго тран зистора, лерва первична обмотка трансформатора включена между эмиттером первого транзистора и отрицательной обкладкой сглаживающего конденсатора, втора первична обмотка трансформатора включена между анодом второго диода-и положительной обкладкой сглаживающего конденсатора, выходы вспомогательного источника литани соединены с входами лредусилителей, параллельно диодам и обмоткам трансформатора включены корректирующие конденсаторы, а трансформатор

выполнен с бифил рными первичным обмотками .

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с тем, что задающий генератор с

регулируемой частотой выполнен в виде генератора пилообразного напр жени , выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу сумматора, первым входом соединенный с источником опорного напр жени , а второй вход сумматора и вход преобразовател напр жение - частота вл етс входом задающего генератора, выход компаратора соединен со счетным

входом триггера и с первыми входами двух схем совпадени , вторые входы которых подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам триггера, а выходы схем совпадени образуют выходы задающего генератора.

3.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с тем, что задающий генератор сбдержит преобразователь напр жение - частота, вход которого вл етс входом задающего генератора, а выходом подключен к вхо4у унитарного счетчика по модулю 4, четные или нечетные выходы которого образуют выходы задающего генератора.

4.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с тем, что регулирующий элемент

выполнен в виде дифференциального усилители , неинвертирующий вход и выход которого вл ютс соответственно входом и выходом регулирующего элемента, а инвертирующий вход подключен к источнику опорного напр жени .,

.5. Преобразсюатель по п.1, отличающийс тем, что датчик обратной св зи содержит последовательно соединенные

выпр митель и фильтр, выход которого вл етс выходом датчика обратной св зи, причем вход образован входом выпр мител непосредственно Или через дополнительный трансформатор разв зки,

6. Преобразователь по п.1, от л ич а ющ и и с тем, что вспомогательный источник питани выполнен в виде трансформатора, кажда вторична обмотка которого подключена к вып)э мителк и фильтру, выходь

которого образуют выходы источника, а выводы первичной обмотки - вход источника, причем входы и выходы источника гальванически разв заны.

Фиг. г

28

25

27

23

30

J/

Фиг.З

Claims

' .Формула изобретения

1. Многоканальный преобразователь напряжения, содержащий задающий генератор с регулируемой частотой, вход которого подключен к выходу регулирующего элемента, первый и второй транзисторы усилителя мощности, коллекторы которых связаны с катодами первого и второго диодов, трансформатор с двумя первичными обмотками, вторичные обмотки которого связаны с выпрямителями и фильтрами выходных цепей, а к одной из вторичных обмоток подключен датчик обратной связи, выход которого связан с входом регулирующего элемента, вход преобразователя подключен к сетевому выпрямителю со сглаживающим конденсатором и к входу вспомогательного источника питания, связанного с цепями питания задающего генератора, .регулирующего элемента, входами подсоединенных к выходам задающего генератора, отличаю щ и й с я тем, что, с целью повышения мощности на выходе и КПД путем устранения потерь мощности на рекуперацию энергии, к положительной и отрицательной обкладкам сглаживающего конденсатора подключены соответственно анод первого*диода и эмиттер второго транзистора, первая первичная обмотка трансформатора включена между эмиттером первого транзистора и отрицательной обкладкой сглаживающего конденсатора, вторая первичная обмотка трансформатора включена между анодом второго диода и положительной обкладкой сглаживающего конденсатора, выходы вспомогательного источника питания соединены с входами предусилителей, параллельно диодам и обмоткам трансформатора включены корректирующие конденсаторы, а трансформатор выполнен с бифилярными первичным обмотками.
2. Преобразователь по п. 1, о т л и чающий с я тем. что задающий генератор с регулируемой частотой выполнен в виде генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу сумматора, первым входом соединенный с источником опорного напряжения, а второй вход сумматора и вход преобразователя напряжение - частота является входом задающего генератора, выход компаратора соединен со счетным входом триггера и с первыми входами двух схем совладения, вторые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, а выходы схем совпадения образуют выходы задающего генератора.
3. Преобразователь по п.1, о т л и чающий с я тем, что задающий генератор сбдержит преобразователь напряжение — частота, вход которого является входом задающего генератора, а выходом подключен к входу унитарного счетчика по модулю 4, четные или нечетные выходы которого образуют выходы задающего генератора.
4. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а tout и й с я тем, что регулирующий элемент выполнен в виде дифференциального усилителя, неинвертирующий вход и выход которого являются соответственно входом и выходом регулирующего элемента, а инвертирующий вход подключен к источнику опорного напряжения.

.
5ί Преобразователь по π. 1, о т л и ч a tout и й с я тем, что датчик обратной связи содержит последовател ьно соединенн ые выпрямитель и фильтр, выход которого является выходом датчика обратной связи, причем вход образован входом выпрямителя непосредственно или через дополнительный трансформатор развязки.
6. Преобразователь по п.1, отличающ и й с я тем, что вспомогательный источник питания выполнен в виде трансформатора, каждая вторичная обмотка которого подключена к выпрямителю и фильтру, выходы которого образуют выходы источника, а выводы первичной обмотки - вход источника, причем входы и выходы источника гальванически развязаны.

23 24 < —-V > χ-

Фиг.2