Регулируемый преобразователь напряжения

,ОЛИСАНЯЕ ИЗОБРЕТЕКИ Я Союз Соеетских Социалистических Республик(51) М. Кл.зН 02 М 3/335 с присоединением зая Государственный комите(088.8) по делам изобргтени ткрыти 45) Дата опубликовани писания 30.07,8 72) Авторы изобретения А. Кусков, С. И. Галас, О. Н. Красников и Б. Я. Сукаче(54) РЕГУЛ ИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ НАГ 1 РЯРКЕИИЯИзобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизированным преобразователям напряжения, и может найти применение в автоматике и вычислительной технике в блоках питания радиоэлектронной аппаратуры.Известны устройства, содержащие ключевой элемент, задающий генератор, силовой трансформатор, схему управления и трансформатор гальванической развязки в цепи обратной связи,11, 2.К недостаткам указанных устройств относится возможность появления перенапряжений на выходе при коммутации нагрузки, а также при включении питания. Это обстоятельство обусловлено наличием в цепи обратной связи устройств развязывающего трансформатора, выходное напряжение которого исчезает как при скважности импульсов на выходе схемы управления равной нулю, так и равной единице. Это нарушает нормальную работу схемы управления и приводит к снижению надежности этих устройств.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулируемый транзисторный преобразователь, управляемый тактовым генератором 3, Этот регулируемый транзисторный преобразователь постоянного напряжения, управляемыи тактовым генератором, имеет гальванически развязанные вход и выход. Между входным и Выходным контурами нахо,штся силовой трансформатор, а с выходной цепью гальваннчески связана регулирующая схема, пре 1 назначенная для управления коэффициентом заполнения импульсов в пусковой полукольцсвой схеме, Последняя воздействует на один нли несколько расположе 11 пых ВО Входном контуре исполнительных транзисторов в зависимости от результата сравнения треугольного и постоянного напряжений в дифференциальном усилителе. Формируемые в результате сравнения импульсы напряжения через трансформатор воздействуют на тактовый генератор, изменяя скважность его выходных сппталов. Недостатком указанного устройства является наличие длительных перенапряжений на выходе преобразователя при коммутации нагрузки, а также при включешпитания, что нарушает его устойчиву 1 о работу п снижает надежность.Указанный недостаток обусловлен следующим. Б установившемся режиме работы на вход трансформатора гальванической развязки поступает сигнал с выхода поро- ГОВОГО уСТр 011 СГВЯ, СНВажнОСТЬ коТОроГО Определяется мох:е 11 там раВе 11 стВа Опорного напряжения и суммы выходного и пилообразного напряжения, формируемого генератором пилообразного напряжения, Напряжение, снимаемое с выходной обмотки трансформатора гальванической развязки, воздействует через исполнительный транзистор на тактовый генератор, определяя тем самым время открытого и закрытого состояния ключевого элемента.При резкой коммутации тока нагрузки, например, при сбросе, энергия, накопленная в накопительном дросселе, передается в нагрузку, вызывая выброс выходного напряжения. Если амплитуда этого выброса превышает амплитуду пилообразного напряжения, на выходе порогового устройства возникает перепад напряжений большой длительности, равной длительности переходного процесса. Если постоянная времени трансформатора гальванической развязки меньше времени переходного процесса на выходе преобразователя, что обычно выполняется на практике в целях снижения габаритов и массы трансформатора гальванической развязки, его сердечник насыщается, импульсы на его выходной обмотке исчезают, что приводит к работе ключевого элемента с максимальным коэффициентом заполнения, определяемым тактовым генератором. В результате напряжение на выходе преобразователя возрастает до значения, определяемого коэффициентом трансформации силового трансформатора и значением напряжения питания и сохраняется таким неопределенно долгое время.При включении питания, если скорость нарастания выходного напряжения превышает скорость нарастания напряжения опорного источника порогового устройства, также возможно исчезновение импульсов на выходе развязывающего трансформатора, что приводит к неустойчивой и ненадежной работе устройства,Целью изобретения является повышение устойчивости работы преобразователя и уменьшение габаритов и массы развязывающего трансформатора.Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом преобразователе напряжения с гальванической развязкой входа и выхода, содержащем ключевой элемент, вход которого соединен с выходом тактового генератора, силовой трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с ключевым элементом в цепь первичного источника питания, а ко вторичной обмотке подключен выпрямитель с фильтром, пороговый узел, вход которого соединен с выходом преобразователя и формирователем пилообразного напряжения, а выход подключен к первичной обмотке развязывающего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с управляющим входом тактового генератора, силовой трансформатор снабжен дополни 10 15 20 25 зо ,1 д 4 О 5 50 6 О 65 тельной обмоткой, один вывод которой соединен с выходом преобразователя, а второй вывод через дополнительный диод подключен к первому выводу первичной обмотки развязывающего трансформатора,второй вывод которой соединен через выход порогового узла с первым выводом дополнительной обмотки трансформатора.Это позволяет при появлении перенапряжения на выходе преобразователя обеспечить переключение развязывающего трансформатора с частотой тактового генераторадаже при постоянном сигнале на выходепорогового устройства.В результате этого коэффициент заполнения импульсов ключевого элементауменьшается практически до нуля, приводя к мгновенной отработке возмущения иснижению Выходного напряже 1111 я до нОминального значения. Это существенно повышает устойчивость работы преобразователя, улучшает его надежность и быстродействие.Кроме того, длительность импульсов, передаваемых развязывающим трансформатором в предлагаемом устройстве примерно в 1 О раз, меньше, чем в известном уст.ройстве, что позволяет существенно уменьшить габариты и массу развязывающеготрансформатора,На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.Регулируемый преобразователь напряжения содерхкит ключевой элемент 1, входкоторого соединен с выходом тактового генератора 2, силовой трансформатор 3, первичная обмотка 4 которого включена после;1 овательно с ключевым элементом 1 вцепь первичного источника питания, а ковторичной обмотке 5 подключен выпрямитель б с фильтром 7, пороговый узел 8,вход которого соединен с выходом преобразователя и формирователем 9 пилообразного напряжения, а выход подключен кпервичной обмотке 10 развязывающеготрансформатора 11, вторичная обмотка 12которого соединена с управляющим входомтактового генератора 2. Силовой трансформатор 3 снабжен дополнительной обмоткой13, один вывод которой соединен с выходомпреобразователя, а второй вывод через дополнительный диод 14 подключен к первому выводу первичной обмотки 10 развязывающего трансформатора 11, второй вывод которой соединен с выходом порогового узла 8.Предлагаемое устройство работает следующим образом.В установившемся режиме работы напряже 1111 е на выходе тактового генератора 2открывает ключевой элемент 1 и на первичной обмотке 4 силового трансформатора 3 формируется напряжение, Это напряжение трансформируется во вторичную обмотку 5 и через выпрямитель 6 и фильтр 710 15 20 25 30 35 40 45 50 вых +Ч) оп,55 передается на выход преобразователя. На входе порогового узла 8 происходит суммирование выходного напряжения преобразователя и пилообразного напряжения, формируемого формирователем 9 пилообразного напряжения, Сумма этих напряжений сравнивается с опорным напряжением порогового узла 8.В течение времени, когдавых + ЫЧ (опт где Увых - выходное напряжение преобразователя;Уч - амплитуда напряжения на выходе формирователя 9;Уо - напряжение опорного источника порогового узла 8,на входе выходного транзистора порогового устройства 8 отсутствует напряжение, и он закрыт, При достижении пилообразным напряжением значения, при которомвых + ЕЧ) оп ко входу выходного транзистора порогового узла 8 прикладывается отпирающее напряжение, которое открывает указанный транзистор. Поскольку выходной каскад порогового узла 8 запитан от дополнительной обмотки 13 силового трансформатора 3 через дополнительный диод 14, напряжение на которой синфазно с напряжением на первичной обмотке 4 силового трансформатора 3, к первичной обмотке 10 развязывающего трансформатора 11 прикладывается напряжение, которое трансформируется в его вторичную обмотку 12 и прикладывается к управляющему входу тактового генератора 2. В результате напряжение на входе ключевого элемента 1 исчезает и последний закрывается через время, определяемое временем рассасывания неосновных носителей. При этом на первичной обмотке 19 развязывающего трансформатора 11 формируется импульс, длительность которого определяется только временем выключения ключевого элемента.При резкой коммутации нагрузки, например при сбросе, энергия, накопленная в накопительном элементе фильтра 7, передается в нагрузку, вызывая резкое увеличение выходного напряжения. Если амплитуда этого переходного процесса превышает размах пилообразного напряжения, т, е. на входе выходного транзистора порогового узла 8 возникает длительный перепад напряжения, открывающий указанный транзистор. В момент формирования на выходе тактового генератора 2 следующего отпирающего импульса, ключевой элемент 1 открывается и на дополнительной обмотке 13 силового трансформатора 3 формируется напряжение, которое прикладывается к первичной обмотке 10 развязываю- щего трансформатора 11, трансформируется в его вторичную обмотку 12 и подается на управляющий вход тактового генератора 2, выключая последний. В результате на входе ключевого элемента 1 формируется отпирающий импульс, длительность которого определяется только быстродействием схемы управления. При этом ключевой элемент 1 оказывается открытым в течение времени, определяемого суммарной задержкой схемы управления и ключевого элемента, что приводит к резкому уменьшению коэффициента заполнения импульсов ключевого элемента 1 и снижению выходного напряжения до номинального значения.Прп включении преобразователя, если скорость нарастания выходного напряжения превышает скорость нарастания напряжения опорного источника, процессы, происходящие в преобразователе, аналогичны описанным выше.Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечить переключение развязывающего трансформатора при постоянном сигнале на выходе порогового устройства, При этом коэффициент заполнения импульсов ключевого элемента уменьшается практически до нуля, приводя к мгновенной отработке возмущения. Это позволяет практически полностью исключить перенапряжения на выходе преобразователя и тем самым повысить устойчивость его работы, надежность и быстродействие.1 роме того, предложенное устройство позволяет примерно в 10 раз уменьшить габариты и массу развязывающего трансформатора. Это обстоятельство обусловлено тем, что длительность импульсов, передаваемых развязывающим трансформатором, равна длительности задержки на выключение ключевого элемента, определяемой временем рассасывания неосновных носителей, значение которого равно 0,1 - 1 мкс. для современных мощных транзисторов. В известном же устройстве максимальная длительность импульсов, передаваемых развязывающим трансформатором, может составлять половину периода колебаний тактового генератора, что при частоте 50 кГц составляет 10 мкс, Уменьшение длительности импульса в 10 раз, по сравнению с известным устройством позволяет во столько же раз уменьшить сечение сердечника развязывающего трансформатора, а следовательно, и его массу и габариты.Указанные обстоятельства выгодно отличают предлагаемое устройство от известного. Формула изобретения Регулируемый преобразователь напряжения, содержащий однотактный инвертор с выходным трансформатором, вторичная752665 Составитель Г, Огневктор В. Левитов Техред А. Камышникова Корректор Н. Федорова Заказ 1742/4 Изд.453 Тираж 798 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, и р. Сапунова, 2 обмотка которого подключена через выпрямитель с фильтром к выходным выводам, а ключевой элемент инвертора входом соединен с выходом тактового генератора, пороговый узел, входом связанный с выходными выводами преобразователя и формирователем пилообразного напряжения, а выходом - с первичной обмоткой развязывавщего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с управляющим входом тактового генератора, о тл ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения устойчивости работы преобразователя, силовой трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, один вывод которой соединен с одним из выходных выводов преобразователя, а второй вывод через дополнительный диод подключен к первому выводу первичной обмотки развязывающеготрансформатора, второй вывод которой со 5 единен через выход порогового узла с первым выводом дополнительной обмоткитрансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе10 1, Патент США3818306, кл. 321-2,1974.2. Авторское свидетельство СССР433607, Н 02 М 3/335, 1974,3. Заявка ФРГ2226689, кл. Н 02 Р15 13/22, 1974.