Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с комбинированным управлением

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - увеличение стабильности выходного напряжения,КПД и надежности. Стабилизированный преобразователь выполнен на основе прямой однотактной схемы и содержит силовой / трансформатор 1, силовой транзисторный ключ 3, датчик тока 4, LCD-фильтр 8, формирователь пилообразного напряжения 14, интегрирующий конденсатор 13 которого включен между неинвертируюпщм входом модулятора 15 и выходом источника опорного напряжения .16,конденсатор 13 зашунтирован транзистором 17, управляюгций вход которого подключен к вькоду задающего генератора 18 (ЗГ). Пороговьм элемент 19, делитель выходного напряжения 20, ЗГ 18 подключены к инвертирующим входам модулятора- 15. Заряд конденсатора 13 осуществляется во время включенного состояния ключа 3 до напряжения, равного разности опорного и приведенного через делитель 20 выходного напряжения. После этого на выходе модулятора 15 появляется нулевой сигнал, запирающий ключ 3. Выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения падений напряжения на ключе 3, на сопротивлении первичной обмотки 2 и на датчике тока 4. 3 ил. If « (Л с 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 G 05 F 1 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4016912/24-07 (22) 05.02.86 (46) 07,11.87. Бюл. 1(- 41 (72) И,И. Филиппов (53} 621.3 16.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1130844, кл. G 05.F 1/56, 1983.

Каретникова Е.И. Унифицированные источники вторичного электропитания для серийного производства. — Электронная техника в автоматике. Сборник статей./Под ред. Ю.И. Конева. — M.:

Радио и связь, 1983, вып. 14, с.20, рис. 5 ° (54) СТАБИЛИЗИРОВАННШ(ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания.

Цель изобретения — увеличение стабильности выходного напряжения,КПД и надежности. Стабилизированный преобразователь выполнен на основе прямой однотактной схемы и содержит силовой трансформатор 1, силовой транзисторный ключ 3, датчик тока 4, LCD-фильтр

8, формирователь пилообразного напряжения 14, интегрирующий конденсатор

13 которого включен между неинвертирующим входом модулятора 15 и выходом источника опорного напряжения .16,конденсатор 13 зашунтирован транзистором

17, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора 18 (ЗГ). Пороговый элемент 19, делитель выходного напряжения 20; ЗГ 18 подключены к инвертирующим входам модулятора:

15. Заряд конденсатора 13 осуществляется во время включенного состояния ключа 3 до напряжения, равного разнос-

С> ти опорного и приведенного через делитель 20 выходного напряжения. После этого на выходе модулятора 15 появляется нулевой сигнал, запирающий ключ С

3. Выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения падений напряжения на ключе 3, на сопротивле- О нии первичной обмотки 2 и на датчике ©„ ) тока 4. 3 ил. Сл

7 г.-. 1

350654 2

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 18 вырабаты5 вает тактовые импульсы U и в интервалах времени, когда сигнал U<> соответствует логическому нулю,, не оказывает влияния на работу преобразователя . При отсутствии перегрузки

10 по току сигнал на выходе порогового элемента 19 также соответствует логическому нулю. В интервале времени сигнал Ь, равный сумме напряжений источника 16 опорного напряi5 женин U и формирователя 14-пилообразного нагряжения Б и поступающий на неинвертирующий вход Х4 модулятора

15, превышает сигнал Uoc обратной связи, который снимае вся с делителя 20

2п и подается на второй инвертируюший вход Х2 модулятора 15. В результате сигнал U, на выходе модулятора 15 соответствует логической единице и через предварительный усилитель 23 под25 держивает транзисторный ключ 3 в открытом состоянии. Напряжение Е источника 5 питания приложено к первичной ббмотке 2 трансформатора 1, и происходит передача электроэнергии в нагрузку 9 и фильтр 8. Одновременно поц действием напряжения, снимаемого с дополнительной обмотки 10, происходит заряд конденсатора 13 через диод 12 и токозадающий элемент 11,При этом скорость изменения напряжения

3б на конденсаторе 13 пропорциональна входному напряжению Е преобразователя за вычетом падений напряжений на транзисторном ключе 3, датчике 4 тока и сопротивлений г первичной обмот4О ки 2, В момент времени t„ суммарный сигнал U> становится равным сигчалу Бд,. обратной связи, вследствие чего на выходе модулятора 15 появляется сиг4б нал логического нуля., что приводит к запиранию ключа 3. Под деиствием положительной ооратной cBHsH> осуществляемой Внешним резистором, который подключен между первым инвертирующии

50 входом Х1 и инвертирующим выходом У модулятора, происходит увеличение сигнала U« o6pasícll связи, что устраняет возможные дополнительные переключения ключа 3 в интервале времени -1 2 вторичных источниках электропитания.

Цель изобретения — повышение стабильности выходного напряжения, увеличение КПД и надежности.

На фиг. 1 приведена электрическая схема стабилизированного преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг. 3- электрическая схема модулятора.

Преобразователь содержит авиловой трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого через силовой транзисторный ключ 3 и датчик 4 тока подключена к источнику 5 питания. Выходная обмотка 6 трансформатора 1 через выпрямительный диод 7 поцключена к LCDфильтру 8 и чагрузке 9. Дополни-,åëüная обмотка 10 трансформатора 1 через токозадающий элемент 11, который в простейшем случае является резистором, и диод 12 подключена к выводам интегрирующего конденсатора 13 формирователя 14 пилообразного напряжения.Конденсатор 13 подключен между неинвертируюшим входом Х4 модулятора 15 и выходом источника 16 опорного напряжения и зашунтирован разрядным транзистором 17, управляющий вход которого поцключен к выходу задающего генератора 18. Первый инвертирующий вход

Х1 модулятора 15 подключен к выходу порогового элемента 19, первый вход которого соединен с выходом датчика

4 тока и с выходом задающего генератора 18, " второй вход — с источником 16 опорного напряжения. Второй инвертирующий вход Х2. модулятора 15 через делитель 20 подключен к выходным клеммам 21 и 22 греобразователя.

Выход модулятора 15 через предварительный усилитель 23 подключен к управляющему входу силового ключа 3.

Кроме того, выход задающего г"".Håðà— тора 18 подключен к третьему инвертирующему входу ХЗ модулятора. (Цепь перемагничивания силового трансформатора 1 на фиг. 1 не показана)„

Схема модулятора (фиг. 3) представляет собой последовательно соединенные дифференциальный и мостовой усилитель, при этом каждое плечо диф-ференциального усилителя содержит па--. раллельно соединенные транзисторы, образующие схему ИЛИ, Изобретение относится к электротехнике и может бьггь использовано во

Б момент времени t., на выходе задающего генератора 18 появляется сигнал логической единицы, KGTopblH> от1350654 соответственно числа витков дополнительной

10 и первичной 2 обмоток; сопротивление токозадающего элемента 11; емкость интегрирующего конденсатора 13;

1О 9

55 пирая транзистор 17, разряжает интегрирующий конденсатор 13, вследствие чего суммарный сигнал U превышает сигнал U« обратной связй. Однако сигнал на выходе модулятора 15 попрежнему равен логическому нулю и транзисторный ключ 3 остается в закрытом состоянии, так как на третий инвертирующий вход ХЗ модулятора поступает сигнал логической единицы с задающего генератора 18.

В момент времени t> на выходе задающего генератора 18 устанавливается сигнал логического нуля, что приводит к появлению на выходе модулятора

15 сигнала логической единицы и отпиранию транзисторного ключа 3. Одновременно происходит запирание разрядного транзистора 17 и начинается про- 20 цесс заряда интегрирующего конденсатора 13. В дальнейшем процессы в схеме протекают аналогично описанному.

При изменении входного напряжения

E в момент времени t пропорционально 25 изменяется и скорость нарастания напряжения на интегрирующем конденсаторе 13. Это .ведет к изменению длительности открытого состояния транзистор— ного ключа 3 без воздействия сигнала 30 цепи обратной связи таким образом,что вольт-секундная площадь импульса напряжения на входе фильтра 8 остается неизменной. Вследствие этого при постоянной частоте преобразователя остаются неизменными среднее значение на35 пряжения на входе фильтра и выходное напряжение преобразователя, т.е. величина выходного напряжения преобразователя становится инвариантной (не- 40 зависимой) по отношению к изменению входного напряжения. Независимость . выходного напряжения П „„от изменения входного Е вытекает из того, что амплитуда напряжения Б1 на интегрирующем конденсаторе 13 равна

tE

К«С1 о П2 () 4 (Г. ) 1 Г ) (i)

50 — длительность открььтого состояния транзисторно-. го ключа 3;

4Б„, — падение напряжения на насыщенном транзистор ном ключе 3;

))Б2 — падение напряжения на сопротивлении Г2 пер вичной обмотки 2:

404 - падение напряжения на датчике 4 тока..

При неизменных величинах опорного

U() и выходного П „„ напряжений неизменны сигнал ошибки (23 ьь о о Ы(9 2о и амплитуда напряжения на конденсаторе 13, так как (3) 4 Т!„

П вЂ”,! где К2, — коэффициент передачи делителя 70.

Из совместного решения (1), (2)

H (3) следует, что вольт-секундная площадь импульса напряжения на обмотке 2 при изменении входного напряг«ения E постоянна и равна

19 (E(t) ьи„„() — AU, (t) — ьп,(t)jdt о

) ь! 1С и при постоянной частоте преобразования неизменно и выходное напряжение преобразователя.

Из (4) также следует, что выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения падений напряжения на транзисторном ключе 3, на сопротивлении первичной обмотки 2 и ча датчике 4 тока.

Преимуществами модулятора, приведенного на фиг. 3, являются малое потребление тока I„ E от дополнительного источника питания (не более 0,2 МА), аналогично микромощным операционным усилителям (ОУ); большая скорость перехода выходного сигнала от одного уровня к другому (более 10 В/мкс)9 аналогично бь)стродействующим ОУ; возможность логической операции ИЛЛ, что упрощает схему управления, и некритичность к стабильности напряжения питания.

При этом наличие двух противофаз ных выходов, сигналы с которых имеют

5 13506 высокий уровень логической единицы„ близкий к напряжению питания, и низкий уровень логического нуля, равный падению напряжения на насыщенном транзисторе, значительно упрощает согласование модулятора с предварительным усилителем при однополярном напряжении питания.

По схеме, приведенной на фиг. 3, 1п может быть выполнен и пороговый элемент 19, при этом общее потребление тока сХемой управления (без предварительного усилителя и выполнении задающего генератора на элементах КЛОП- 1структуры) не превышает 2-3 мА.

Таким образом, предлагаемый преобразователь по сравнению с известным обладает значительно большим коэффициентом стабилизации, имеет меньшее потребление тока схемой управления, что увеличивает КПД, особенно при малой выходной мощности. Схема управления проще (при выполнении модулято- 2g ра в виде интегральной микросхемы, как ОУ) и не требует двухполярного источника питания. Кроме того, имеется ограничение максимальной длительности проводящего состояния транзисторного ключа, что в целом увеличивает надежность преобразователя. формула и з о б р е т е н и я

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с комбинированным управлением, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через последовательно соединенные силовой транзисторньФ ключ и датчик тока подключена к входным выводам, выходная обмотка через выпрямительный диод подключена к 1.СВ- фильтру,.а выход ЕСВ-фильтра соединен с выходными выводами, параллельно которым подключен делитель напряжения, пороговый элемент. первый вход которого подключен к выходу датчика тока и связан с выходом задающего генератора, другой вход — к источнику .опорного напряжения, а выход — к первому входу модулятора, формирователь пилообразного напряжения, интегрирующий конденсатор которого одним выводом подключен к второму входу модулятора, а выход модулятора через предварительный усилитель подключен к управляющему входу силового ключа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, КПД и надежности, в него введены дополнитель. ная обмотка силового трансформатора, токозадающий элемент и диод, которые соединены последовательно и подключены к выводам интегрирующего конденсатора, зашунтированного введенным разрядным транзистором, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к источнику опорного напряжения, модулятор выполнен с тремя инвертирующими входами и одним неинвертирующим, причем первый вход модулятора является инвертирующим, второй вход — неинвертирующим, третий вход — инвертирующим и подключен к выходу делителя напряженил, четвертый вход — инвертирующий и подключен к выходу задающего генератора.

1350654 х5

Составитель А. Волкова

Текред И.Попович

Редактор И.Николайчук

Корректор Г. Решетник

Заказ 5284/48 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4