Транзисторный преобразователь напряжения

(19) (11 ГОСУД АРСПО ДЕЛ ЗОБРЕТЕНИЙЕЛЬСТВУг АН АВТОРСКОМУ С н НЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Ленинградский ордена Ле инаэлектротехнический институтим. В.И,Ульянова (Ленина)(54)(57)ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий соединенные последовательно генератор пилообразного напряжения, подключенныйк первому входу блока сравнения,формирователь импульсов, распределитель импульсов управления, инвертор,трансформатор, вторичная обмоткакоторого подсоединена к выводам дляподключения нагрузки, датчик выходного напряжения, подключенный .к первому входу блока обратной связи, квторому входу которого подсоединенисточник опорного напряжения, а ктретьему входу-выход усилителя датГ 1/58; Н 02 М 7/5 чика тока, подключенного последовательно с инвертором к входным выводам, причем .выход усилителя датчикатока подсоединен к первому входу блока сравнения через первый НС-фильтр,,состоящий иэ последовательно соединенных двух резисторов, обшая точкакоторых через конденсатор подключена к входному выводу, а выход блока обратной связи - к второму входублока сравнения, и через резисторк точке соединения инвертора и датчика тока, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности путем повышения устойчивостисхемы управления в режиме ограничения тока, между выходом усилителядатчика тока и вторым входом блокасравнения введена цепь иэ последовательно соединенных первого стабилитрона, эмиттерного повторителяи второго НС-фильтра, состоящегоиэ двух последовательно соединенныхрезисторов, общая точка которыхчерез конденсатор подсоединена. кточке соединения инвертора и датчика тока и через встречно включенныйдиод к выходу эмиттерного повторителя, а также второй стабилитрон,подключенный параллельно конденсатору первого НС-фильтра, 1056165к первому входу блока сравнения 5,формирователь импульсов 6, распределитель импульсов управления 7,датчик выходного напряжения 8, под"ключенный к первому входу блока обратной связи 9, к второму входу которого подключен источник опорногонапряжения 10, а к третьему входу -выход усилителя 11 датчика тока 12,,причем выход усилителя 11 подключенк первому входу блока сравнения 5.через первый ВС-фильтр, состоящийиз последовательно соединенных двухрезисторов 13 и 14, общая точка которых через конденсатор 15 подключена к входному выводу устройства,а выход блока обратной связи 9к второму входу блока сравнения 5и через резистор 16 к точке соедине.ния инвертора и датчика тока. Цепьиэ последовательно соединенных первого стабилитрона 17, эмиттерногоповторителя 18 и второго ВС-фильтра,состоящего из последовательно соеИзобретение относится к областиэлектротехники и может быть применено во вторичных источниках питания устройств автоматики и вычислительной техники, к которым предъявляются требования повышенной надежности,Известны аналогичные устройства,содержащие транзисторный иивертор,промежуточный усилитель, задающийгенератор узел управления и узел 10з ащиты 1 и 2 .Их недостатки заключаются в недос-таточно эффективной защите транзисторов инвертора от перегрузок потоку, а также недостаточно высокий 15КПД в широком интервале изменения нагрузок.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является транзисторный преобразователь напряжения, содержащий соединенные последовательногенератор пилообразного напряжения,подключенный к первому входу блокасравнения, формирователь импульсов, .5распределитель импульсов управления,инвертор, трансформатор, вторичнаяобмотка которого подсоединена квыводам для подключения нагрузки,датчик выходного напряжения, подключенный к первому входу блока обратной связи, к второму входу которого подсоединен источник: опорногонапряжения, а к третьему входу "выход усилителя датчика тока, подключенного последовательно с инвертором к входным выводам устройства,причем выход усилителя датчика то- .ка подсоединен к первому входу блока сравнения через ВС-фильтр, состоящий иэ последовательно соединенных .40двух резисторов, общая точка которых через конденсатор подключенак входному выводу устройства, а выход блока обратной связи - к второмувходу блока сравнения и через резистор к точке соединения инвертораи датчика тока 3 .Недостатки известного устройства заключаются в низкой надежностиустройства вследствие недостаточнойустойчивости схемы управления врежиме ограничения тока, а также низ.ком КПД в широком диапазоне изменения нагрузки.Цель изобретения - повышение надежности устройства путем повышенияустойчивости схемы управления в режиме ограничения тока,Поставленная цель достигается тем,что в транзисторный преобразователь напряжения, содержащий соединенные последовательно генераторпилообразного напряжения, подключенный к первому входу блока сравнения,формирователь импульсов, распределитель импульсов упгвления, инвертор 65 трансформатор, вторичная обмоткакоторого подсоединена к выводамдля подключения нагрузки, датчиквыходного напряжения, подключенныйк первому входу блока обратной свяэи, к второму входу которого подсоединен источник опорного напряжения,а к третьему входу - выход усилителядатчика тока, подключенного последовательно с инвертором к входным выводам, причем выход усилителя датчика тока подсоединен к первому входу блока сравнения через первыйВС-фильтр, состоящий из последовательно соединенных двух резисторов,общая точка которых через конденсатор подключена к входному выводу, авыход блока обратной связи - к второму входу блока сравнения и через резистор к точке соединения инвертора и датчика тока, между выходом уси-, лителя датчика тока и вторым входом блока сравнения введена цепь из последовательно соединенных .первого стабилитрона, эмиттерного повторителя и второго ВС-фильтра, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, общая точка которых через конденсатор подсоединена к точке. соединения инвертора и датчика тока и.через встречно включенный диод к выходу эмиттерного повторителя, а также второй стабилитрон, подключенный параллельно конденсатору первого ВС-фильтра.На чертеже гредставлена электрическая схема устройства.Транзисторный преобразователь напряжения содержит инвертор 1 с трансформатором 2, вторичная обмотка которого подсоединена к выводам для подключения нагрузки 3, Схема управления содержит генератор пилообразного напряжения 4, подключенный40 диненных двух резисторов 19 и 20,общая точка которых через конденсатор 21 подсоединена к точке соединения инвертора 1 и датчика тока 12и через встречно включенный диод 22к выходу змиттерного повторителя 18,а также второй стабилитрон 23, подключенный параллельно конденсаторупервого ВС-фильтра.Устройство работает следующимобразом, 10Длительность открытого состояния силовых транзисторов инвертора 1 определяется длительностьювыходных импульсов блока сравнения 5, которая, в свою очередь, определяется моментом равенства мгновенного значения выходного напряжения блока 3, представляющего собойлинейно падающее напряжение, и приведенной алгебраической суммы входных напряжений блока сравнения 5.Слагаемыми этой сумкою ;являются выходное напряжение первого ВС-Фильтра, напряжение источника смещения Е, выходное напряжение второго ВС-Фильтра и выходное напряжениеблока обратной связи 9.Коэффициент усиления усилйтеля 11,величина Е 1 и напряжения стабилитронов 23 и 17.выбраны так, что при номинальных значениях нагрузки 3 стабилитрон 17 закрыт, а напряжения стабилитрона 23 и источника Е компенсируются. Таким образом, длительность импульсов определяется выходным сигналом блоков 9. Если, найример, переключатель рода работы бло.ка 9 установлен в положение, соответствующее режиму стабилизаторанапряжения или тока, то блок 9 формирует сигнал рассогласования междуопорным напряжением 10 и стабилиэируемым параметром. Если в процессеработы устройства сопротивлениенагрузки 3 уменьшится до величины,при которой ток транзистора кивертора 1 возрастает до величины допустимого значения, открываетсястабилитрон 17, на вход блока сравнения 5 через фильтр 19, 20 и 21поступает сигнал, вызывающий уменьшение длительности открытого состояния транзисторов инвертора 1.Придальнейшем возрастании тока нагрузкиоткрывается диод 22, выходное напряжение эмиттерного повторителя передается на вход блока сравнения 5,минуя резистор 19, коэффициент передачи цепи 12-11-18-5 возрастает,длительность проводящего состояниятранзисторов инвертора 1 резко умень 60шается.Благодаря наличию цепи 17-18-1920-21 при токах в транзисторах инвертора 1, превышающих пороговоезначение, время задержки цепи передачи сигнала датчика тока к блоку срав нения зависитот полярности этогосигнала. При положительной полярности, соответствунзцей нарастанию токатранзисторов, время задержки С определяется произведением величины конденсатора 21 на сумму поямого сопротивления диода 22 и выходного сопро.тивления эмиттерного повторителя 18.При отрицательной полярности,соответствующей убыванию тока, этовремя С определяется постоянной времени фильтра 19, 20 и 21, Если выполняется условиек доп. имп1)з,.Егде 1 - предельно допустимое знак.шп. ющчение импульса тока транзистора инвертора 2;Е - напряжение питания устрой"ства;Ь - индуктивность цепи нагрузки,ток транзисторов инвертора 1 не превысит допустимого значения даже прикоротком замыкании активной состав лякщей сопротивления нагрузки.Теоретический анализ показал, аэкспериментальное исследование устройства подтвердило, что при малой постоянной времени цепи передачи сигнала датчика тока к блоку сравнения всочетании с высоким коэффициентом передачи линейная система теряет устойчйвостьСохранение устойчивости обеспечивается введением нелинейности,при которой выполнено условие С,с Спрактически С 7-12 См.Такая нелинейная коррекция реализуется в данном устройсве без изменения конфигурации его схеьцц путем выбора величины резисторов 19, 20 и конденсатора 21.При уменьшении тока нагрузки, например, в режиме холостого хода резко возрастает степень насыщения транзисторов инвертора 1 и, как следствие,возрастает время рассасывания ихизбыточного заряда.Это процесс может вызвать появление сквозных токов в транзисторахинвертора 1, амплитуда которых может превысить допустимое значение.В данном устройстве при уменьшении тока нагрузки напряжение на стабилитроне 23 падает, что приводит квозрастанию отрицательного потенциала первого входа блока сравнения 5за счет источника Е. Это приводитк уменьшению длительности импульсовуправления транзисторами инвертора 1и уменьшению вероятности появлениясквозных токов. Если из-за высокойстепени насыщения транзисторов инвертора 1 сквозные токи присутствуют даже при уменьшенной длительности управляющих импульсов, этитоки по цепи 12-11-17-18-22 вызо10561 б 5 Составитель В,ЕжовТехред И.Гайду Редак С,Лыжов рректор Ъ. ференц Ф ее ее штТираж 874твенного комитетбретений и открыЖ, Раушская дпи а .СССтийнаб.,/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 вут заряд конденсатора 21 второгоВС-фильтра идополнительное уменьшение длительности управляющих им-пульсов вплоть до полного устранения сквозных токов или ограниченияих эффективного значения на безопасном уровне,Таким образом, предлагаемое устройство может надежно работатьв широком диапазоне сопротивлениянагрузки. В режиме короткого замы.кания устройство позволяет ограничивать постоянную составляющую иимпульсный ток транзисторов инвертора на допустимом уровне, обеспечивая защиту устройства от аварийных режимов. Это достигается наличием цепи передачи сигнала датчикатока 18, состоящей иэ усилителя 11,стабилитрона 17, эмиттерного повторителя 18, ВС-Фильтра 19, 20, 21,и включением диода 22 между выхоЗаказ 9305/41 ВНИИПИ Государ по делам из 113035, Москвадом эмнттерного повторителя и общей точкой резисторов 19 и 20ВС-Фильтра. Эта цепь обеспечиваетвысокую устойчивость схемы управления в режиме ограничения тока.5 В режиме холостого кода устройство переходит в режим экономического управления транзисторами кивер.тора путем уменьшения длительностиуправляющих импульсов за счет сов местного действия описанной цепии цепи, передающей сигнал датчика тока 18 через усилитель 11 напервый ВС-Фильтр, 13,14,15, конденсатор 15 которого зашунтирован стабилитроном 23. Дополнительно совместное действие перечисленных цепей ограничивает или устраняет полностью сквозные токи транзисторовинвертора, что также повышает надежность и, КПД устройства в широком интервале изменения нагрузки.