Стабилизированный преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в преобразователях напряжения и блоках питания. Целью изобретения является снижение габаритов и массы и улучшение энергетических характеристик преобразователя путем симметрирования режима работы трансформатора. Устройство содержит двухтактный усилитель мощности 1, управляемый по коэффициенту заполнения импульсов генератор 2, T-триггер 3, элементы И 4 и 5, RS-триггер 7, датчик 8 тока, компаратор 9, интегратор 10, трансформатор 11. В случае увеличения тока через один из транзисторов на величину больше допустимого гистерезиса, заданного компаратором 9, последний переключается и переключает RS-триггер 7, который блокирует сигналы, отпирающие силовые транзисторы. При изменении тока нагрузки изменяется сигнал на выходе интегратора 10, при этом сравнение мгновенных значений тока транзисторов происходит с новым средним значением. В устройстве осуществляется симметрирование режима работы трансформатора, что улучшает массогабаритные и энергетические характеристики преобразователя. 3 ил.

союз сОВетских социАлистических

ГЕаЪБЛИН ()9) SU(iI) (Sl)5 Н 02 M 3/337

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям при гннт ссср (21) 4407340/24-07 (22) 11. 04.88 (46) 23,06.90. Бюл. ¹ 23 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.А.Герасимов (53) 621.314.57(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1363402, кл, Н 02 М 3/335, 1987.

ЭТвА. /Под ред, Ю.И.Конева. 1983, № 14, с.57-59.

Обмен опытом в радиопромышленности, 1976, вып.5, с. 43-44. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в преобразователях напряжения и блоках питания. Целью изобретения является снижение габаритов и массы и улучшение энергетических характе2 ристик преобразователя путем симмет- . рирования режима работы трансформатора, Устройство содержит двухтактный усилитель мощности 1, управляемый по коэффициенту заполнения импульсов генератор 2, Т-триггер 3, элементы

И 4 и 5, RS-триггер 7, датчик 8 тока, компаратор 9, интегратор 10, трансформатор 11. В случае увеличения тока через один из транзисторов на величину больше допустимого гистерезиса, заданного компаратором 9, последний переключается и переключает RSтриггер 7, который блокирует сигнал, отпирающие силовые транзисторы. При изменениИ тока нагрузки изменяется сигнал на выходе интегратора 10 при этом сравнение мгновенных значений тока транзисторов происходит с новым средним значением. В устройстве осуществляется симметрирование режима работы трансформатора, что улучшает массогабаритные и энергетические характеристики преобразователя, 3 ил.

1573512

Изобретение относится к электро —. технике и может найти применение в

Преобразователях напряжения и блоках

Питания, 5

Целью изобретения является снижение габаритов и массы и улучшение энергетических характеристик преобразователя путем симметрирования режима работы трансформатора. 1О

На фиг.1 приведена функциональйая схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы управления усилителем мощности; на фиг.З вЂ” временные

Диаграммы схемы контроля уровня то- f5 ков.

Преобразователь содержит двухтактный трансформаторный усилитель 1 мощности, управляемый по коэффициенту заполнения импульсов генератор

Т-триггер 3; многовходовые элементы И 4 и 5, элемент 6 обратной связи, RS-триггер 7, датчик 8

Фока, компаратор 9, интегратор 10, трансформатор 11, выпрямитель 12 и фильтр 13.

Стабилизированный преобразователь напряжения содержит двухтактный усилитель 1 мощности, управляемый по коэффициенту заполнения импульсов, 30 генератор 2, инверсный выход которого подключен к входу Т-триггера 3, первый 4 и второй 5 элементы И, выйоды которых подключены к входам двухтактного усилителя 1 мощности, первые входы подключены к прямому и инверсному выходам Т-триггера 3, а

Вторые входы — к прямому выходу управляемого генератора 2, выпрямитель 12, вход которого подключен к 40 выходу трансформатора 11 усилителя

1 мощности, а выход через фильтр 13 связан с клеммами для подключения нагрузки, элемент 6 обратной связи, вход которого подключен к клеммам нагрузки, выход — к входу управляемого генератора 2, датчик 8 тока, включенный в эмиттерную цепь усилителя мощности, интегратор 10, вход которого соединен с выходом датчика тока, компаратор 9, первый вход которого подключен к выходу датчика

8 тока, второй вход — к выходу компаратора 10, а выход связан с R-входом КЯ-триггера 7 S-вход которого

Э

55 соединен с прямым выходом управляемого генератора 2, а выход — с третьими входами первого 4 и второго 5 элементов И!

Работа стабилизированного преобразователя напряжения основана на возможности регулирования выходноro напряжения преобразователя путем изменения скважности (коэффициента заполнения) импульсов управления транзисторами усилителя 1 мощности, Принцип регулирования представлен на фиг.2. управляемый генератор вырабатывает последовательность импульсов с периодом Т и " длительностью импульсов . Отношение о /Т (коэффициент заполнения) зависит от величины выходного напряжения элемента б, пропорциональной выходному напряжению преобразователя (или разности выходного и опорного напряжений).

При снижении выходного напряжения отношение о /Т возрастает, что приводит к повышению напряжения до заданного уровня.

Отношение о /Т не может быть больше величины, определяемой отношением

Т

Время паузы „ есть минимально необходимое время для надежного запирания силовых транзисторов усилителя мощности и определяется их параметрами. Нарушение этого соотношения приведет. к появлению сквозных токов в силовых транзисторах и, в конечном итоге, к выходу их из строя.

Минимальное время t„ задается параметрами управляемого генератора и в типовом случае составляет 1-5 мкс. В случае (фиг,2), когда ток в одном плече усилителя мощности превысил уровень, допустимый при данной нагрузке на выходе преобразователя, выход RS-триггера 7 псреходит в состояние низкого уровня и блокирует прохождение сигналов через элементы

И 4 и 5 на входы усилителя мощности.

Открытый- силовой транзистор закрывается (второй транзистор закрыт сигналом с выхода соответствующего элемента И) и протекание тока через него прекращается. В следующем периоде RS-триггер сигналом с выхода управляемого генератора 2 возвращается в исходное состояние. Т-триггер

3 переключается, открывается очередной силовой транзистор и работа преобразователя продолжается.

Причиной увеличения тока транзистора может быть любой случайный процесс, например бросок напряжения

1573512 питания, 11ри отсутствии схемы контроля токов возрастание тока через открытый транзистор привело бы к его локальному перегреву, что в

5 очередном периоде вызвало бы еще большее возрастание тока, Возникает лавинообразный процесс, завершающий— ся устойчивым несимметричным режимом работы трансформатора 11 двухтактно- 1о го усилителя мощности. При несимметричном режиме работы один транзистор перегревается, что требует соответ— ствующего размера охлаждающего радиатора, Поскольку невозможно заранее предсказать, какой транзистор перегружен, оба радиатора выполняются увеличенными. Причем один из радиаторов заведомо будет использован не полностью. Кроме того, в несимметрич- 20 ном режиме силовой трансформатор имеет постоянную составляющую магнитного потока, При этом ухудшается

КПД и снижается выходная мощность преобразователя. Как следствие, для обеспечения необходимой выходной мощности преобразователя приходится выбирать силовой трансформатор большего габарита.

Схема контроля уровня токов поз- 30 воляет остановить развитие лавинообразного процесса в самом начале и избежать несимметричного режима работы трансформатора усилителя мощности. !

35 !

Другой существенной причиной, приводящей к несимметричному режиму работы, может служить неидентичность параметров плеч двухтактного усили- 40 теля, В этом случае перегрузка одного из плеч является регулярной и

RS-триггер 7 схемы контроля токов переключается каждый раз при открывании силового транзистора этого плеча, Длительная работа в таком режиме приводит к понижению выходного напряжения преобразователя вследствие уменьшения мощности, отдаваемой в нагрузку. В этом случае элемент 6 обратной связи по выходному напряжению преобразователя увеличит отношение 9 /Т и работа преобразователя продолжится описанным образом, но при другом уровне передаваемой мощности и, соответственно, выходного напряжения.

Но при этом нагрузка плеч двухтактного усилителя устанавливается одинаковой (симметричной).

В нормальном режиме работы (фиг,З) импульсы тока через силовые транзисторы, снимаемые с датчика тока, одинаковы и формируют определенный средний уровень тока на выходе интегратора, В случае увеличения тока через один из транзисторов на величину, большую гистерезиса P I компаратора

9, последний переключается и переключает RS-триггер 7. Последний запрещает работу усилителя мощности.

При этом ток через силовой транзистор спадает до нуля и компаратор возвращается в исходное состояние.

Однако RS-триггер сохраняет свое состояние до окончания текущего периода и переключается в исходное состояние только по сигналу с выхода управляемого генератора 2. В противном случае может возникнуть автоколебательH).ë процесс.

При изменении тока нагрузки изменяется сигнал на выходе интегратора

10, При этом сравнение мгновенных значений тока транзисторов происходит с новым средним значением, соответствующим изменившемуся току нагрузки. В остальном работа преобразователя аналогична описанной, Наличие схемы контроля токов приводит к такому недостатку стабилизированного преобразователя напряжения, как провалы выходного напряжения при набросе нагрузке и перенапряжение при сбросе. Это вызвано наличием инерционности интегратора, Например, при набросе нагрузки ток нагрузки резко увеличивает, Соответственно возросли уровни токов силовых транзисторов усилителя 1 мощности.

Но средний ток на выходе интегратора 10 увеличится до нового установившегося значения лишь спустя некоторое время. B течение этого времени работает схема контроля токов, что приводит к ограничению выходной мощности преобразователя и, следовательно, к провалу выходного напряжения на это время, Однако, учитывая, что постоянная времени выходного фильтра преобразователя велика (единицы секунд), а частота преобразования. около 25 кГц и, следовательно, постоянная времени интегратора мала, провалы напряжения остаются в допустимых пределах, Поэтому указанный недостаток не является существенным, 1573 112

Вых.4

Вых.5

Преимуществом стабилизированного преобразователя напряжения по сравнению с известными являются меньшие габариты и масса, повьш енные энергетические характеристики, меньшая стоимость и высокая надежность, которые достигаются полным использованием возможностей силового трансформатора и транзисторов усилителя мощности, Щи этом гарантированы режимы работы снловых транзисторов, что позволяет устанавливать их на минимально допус-! таимые радиаторы охлаждения, Схема управления исключает перегрузку одно-15 г4 из плеч двухтактного усилителя мощности, вследствие чего возрастает общая надежность устройства, Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь нйпряжения, содержащий управляемый

1 п9 коэффициенту заполнения импульсов генератор, инверсный выход которого пОдключен к входу T-триггера, пер-. в пл и второй элементы И, выходы котор х подключены к входам двухтактного усилителя мощности, первые входы подключены к прямому и инверсному выходам 1 -триггера, а вторые входы к прямому выходу управляемого генератора, выпрямитель, вход которого подключен к выходу трансформатора усилителя мощности, а выход через фильтр связан с клеммами для подключения нагрузки, элемент обратной связи — с оптроном на выходе, вход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки, а выход — к входу управляемого генератора, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения габаритов и массы улучшения энергетических характеристик преобразователя путем симметрирования режима работы трансформатора, в него введены датчик тока, интегратор, компаратор с гистерезисной характеристикой, RS-триггер, причем датчик тока включен в эмиттерную цепь усилителя мощности, его выход подключен к входу интегратора и первому входу компаратора, второй вход которого связан с выходом интегратора, а выход — с R-входом RS-триггера, S-вход которого соединен с прямым выходом управляемого генератора, а выход — с третьими входами первого и второго элементов И.

1573512

Подпис но е

Тирад 499

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул . Гагарина, 101

Редактор Н,Рогулич

Заказ 1646

Составитель И, Войтович

Техред Л. Сердюкова Корректор M. Самборская