Управляемый ключевой преобразователь напряжения

)ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ватель 2 М ПРЕ илизи- яторц ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССЬЬ 1220079, кл. Н 02 М 3/335, 1985,2, Патент США М 4190882, кл.3/335, 1980.(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ КЛЮЧЕВОЙРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ(57) Использование, вторичные стаброванные источники питания и регу Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве вторичных стабилизированных источников питания.Из весте н и реоб разо ватель напряжения,который содержит узел плавного пуска, состоящий из интегрирующей цепи, цепи разряда, пороговую схему. Его недостатки связаны со сложностью фильтрации его выходных напряжений и невозможностью их стабилизации в условиях изменения нагрузки в широких пределах,Наиболее близким к предлагаемому устройству является управляемый ключевой преобразователь напряжения по пат. США М 4190882, который содержит ключевой регулятор, состоящий из последовательно соединенных широтно-импульсного модулятора и ключевого усилителя, инвертора и выпрямителя, причем шина питания 2напряжения. Существо изобретения: устройство содержит последовательно соединенные широтно-импульснцй модулятор 1.2, ключевой регулятор, инвертор 2 и выпрямительь 3, датчик тока 6.2, пороговую схему 6,1 и 7, ВС-триггер 5, ключевой элемент, интегрирующую цепь и вторую пороговую схему, Изобретение исключает перегрузки силовых каскадов при включении устройства и после срабатывания цепи защиты как при резистивной, так и: при емкостной нагрузке. При этом обеспечивается защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу, 2 ил. ключевого регулятора соединена с шиной , первичного питания.Основным недостатком устройства- прототипа является то, что перегрузка такого устройства по выходу приводит к увеличению выходного тока инвертора и; соответственно, ключевого регулятора, что может и ривести к выходу устройства иэ строя. Кроме того, если при токовой перегрузке. инвертора обеспечивается его отключение, то его повторное включение при наличии существенного уровня выходного напряжения ключевого регулятора приводит к повторной токовой перегрузке из-за емкостной нагрузки инвертора,Таким образом, известное устройство имеет низкую надежность при работе на сильно выраженную емкостную нагрузку.Цель изобретения - повышение надежности.10 пропорциональное напряжению О 1.1: О 1.3 - К 2 О 1.1. Напряжение 0 1,3 является на 15 20 25 30 35 40 ус ри ны вы м вкл учи 5 ра пр Пр Цель изобретения достигается в управляемом ключевом преобразователе, содержащем последовательно соединенные ключевой регулятор, инвертор и выпрямитель, а шина питания ключевого усилителя соединена с шиной первичного электропитания, введением пороговой схемы, ВЯ- триггера и схемы контроля выходного тока инвертора. Вход последней подключен к дополнительному вйходу инвертора, а выход - к В-входу ВЯ-триггера, Я-вход которого соединен через пороговую схему с выходом ключевого регулятора, Выход ВЯ-триггера подключен к входу управления ключевого регулятора, причем выход ВЯ-триггера под- ключен к входу управления ключевого регулятора и дополнительному входу инвертора,Использование новых блоков и связей позволило решить задачу плавного повторного включения инвертора при нулевом (либо весьма малом) напряжении на входной емкости ключевого регулятора, что позволило обеспечить плавный повторный запуск при последовательном соединении ключевога регулятора и инвертора.Благодаря такому построению управляемого ключевого преобразователя напря женияисключаются перегрузки его силовых каскадов при включении устройства и после срабатывания цепи защиты как при резистивной, так и при емкостной нагрузке, При этом обеспечивается защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу.На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены эпюры напряжений и токов, поясняющие принцип его работы, Индексы токов и напряжений соответствуют номерам блоков, к выходу которых они относятся.Устройство содержит последовательно соединенные ключевой регулятор 1, инвер- тор 2 и выпрямитель 3, а также шину 4 пер вичного питания, соединенную с шиной питания ключевого усилителя 1, Схема контроля 5 выходного тока инвертора своим входом подключена к дополнительному выходу инвертора 2, а выходом - к В-входу 5 ВЯ-триггера 6, Я-вход которого соединен через пороговую схему 7 с выходом ключевого регулятора 1. Выход ВЯ-триггера 6 подклю чен к входу управления ключевого регулятора и входу запрета инвертора, 5При включении устройства, т,е. при подаче на вход интегрирующей цепи 1,1, т,е. напряжения О, на ее выходе напряжение О 1,1 медленно нарастает, причем закон его нарастания определяется параметрами интегрирующей цепи 1.1. При этом широтно- импульсный модулятор 1,2 формирует импульсы с ШИМ, длительность которых плавно нарастает пропорционально росту напряжения 0 1 на его входе, Эти импульсы усиливаются по мощности ключевым усилителем 1,3, на выходе которого выделяется О 1.3, пропорциональное среднему значению импульсов О 1.2 с ШИМ, и, соответственно,пряжением питания инвертора 2, который при наличии на входе запрета сигнала логической единицы (05) находится в автоколебательном режиме и формирует на своем выходе. прямоугольное двухполярное напряжение 02, амплитуда которого пропорциональна его напряжению О 1.3 питания;0 1,2 - К 4 О 1,3, где К 4 определяется коэффициентом преобразования инвертора 2,т,е. коэффициентом трансформации его выходного трансформатора. Это напряжение выпрямляется выпрямителем 3 и преобразуется в однополярное медленно изменяющееся напряжение 03 - К 4 О 1.3 -, К 2 К 4 О 1,1, При этом выходной ток выпрямителя 3 и, соответственно, инвертора 2 определяется импедансом нагрузки, представляющей собой, как правило, параллельно соединенные конденсатор С (фильтрующий) и активную нагрузку, с эквивалентным сопротивлением В. Тогда выходной ток во время рассматриваемого переходного про-. цесса определяется дифференциальным уравнением:3 С 403+03бс ВУчитывая, что 0 1,1 = О (1-е ") и 03 - К О 1,1, где К- К 2 К 4, получаем соотношение; КОеКО 1-е "ф 3=С . + Из этого соотношения можно получить овие на х - постоянную времени интегрующей цепи для того, чтобы при известх В и С во время переходного процесса ходной ток 3 не превышал его максиьного значения в установившемся режи = КО/Вмин, т,е. перегрузка по току при ючении устройства (заряда конденсато- С) исключается: приравняв 33, полм, что т= Вмин С, где Вмин- минимальное ротивление нагрузки, При этом 2 = 3/К 4, а при т = Вмин С и оте устройства на нагрузку Вмин ток интора 2 будет во время всего переходного оцесса постоянен и равен 3 (см. фиг, 2). и работе устройства на ВВмин очевидчто в начальный момент времени 3 =ГЗ,а затем он спадет до КО/В. Таким образом, при допустимых значениях Вн и выборе тВоин С выходной ток как ключевого усилителя 1.3, так и инвертора 2 не превысит своего допустимого значения 3,При перегрузке устройства (к.з, по выходу или В Вмин) ток 2 инвертора возрастает, и напряжение 0 6.2 на выходе датчика тока доходит до порога срабатывания пороговой схемы 6.1 (момент с 1 на фиг, 2), в результате чего импульс О 6,1 поступает на В-вход триггера 5, выходное напряжение 05 которого принимает нулевой уровень и запирает по входу запрета инвертор 2, а также обнуляет, посредством ключевого элемента 1.4, напряжение О 1.1 на выходе интегрирующей цепи 1.2. В результате этого сигнал на выходе ШИМ 1.2 исчезает, и напряжение 0 1.3 на выходе ключевого усилителя медленно спадает, т.к, инвертор 2 заперт, ключевой регулятор 1 не имеет нагрузки и его выходной конденсатор разряжается через сопротивления утечек. И только после уменьшения выходного йапряжения ключевого усилителя 1.3 до пренебрежимо малой величин.ц (т 2 на фиг. 2) с рабаты вает пороговая схема 7 и устанавли- вает на выходе триггера 5 уровень лог. "1". После этого напряжение на выходе интегрирующей цепи 1.1 нарастает, а инвертор 2 начинает работать, и все процессы повторяются описанным выше порядком (см. фиг. 2 после момента т 2), если перегрузка отсутствует, Если существует перегрузка, то в момент превышения током 12 допустимой величины произойдет выключение устройства описанным выше способом, и т,д,Следует отметить необходимость вкл ючения триггера 5 только и рй приближении О 1.3 к нулю (а не раньше - для чего и служит пороговая схема 7), т,к, в противном случае может произойти перегрузка инвертора 2 по току, т.к. это напряжение О 1.3, преобразуясь в 03 = К 4 О 1.3, будет приложено кразряженному конденсатору С нагрузки и 5 создает "неограниченный" импульс тока заряда конденсатора, что недопустимо, т,к, нарушает логику работы устройства и приводит к значительному снижению его надежности.10 Таким образом, в предлагаемом управляемом преобразователе напряжения полностью исключается перегрузка силовых каскадов как при включении устройства, так и после срабатывания защиты при емкост ном и резистивном характере нагрузки, Этообеспечивает повышение надежности преобразователя при любых изменениях сопротивления нагрузки, что, в свою очередь, исключает необходимость применения спе-.20 циальных дополнительных мер по зарядуконденсаторов нагрузки, существенно усложняющих силовые цепи.устройс гва,Формула изобретения25 Управляемый ключевой преобразователь напряжения, содержащий последовательно соединенные ключевой усилитель, инвертор и выпрямитель, причем шина электропитания ключевого усилителя сое динена с шиной первичного электропитания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, в него введены пороговая схема, ВЯ-триггер и схема контроля выходного тока конвертора, вход которой 35 подключен к дополнительному выходу конвертора,а выход - к В-входу ВЯ-триггера, Я-вход которого соединен через пороговую схему с выходом ключевого усилителя, причем выход ВЯ-триггера подключен к входу 40 управления ключевого усилителя и входу запрета конвертора.1786615 Щ Составитель Л,ГалаховаТехред М,Моргентэл Корректор Редак игина сгвенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 П Заказ 254 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, )К, Раушская наб 4(5