Стабилизированный конвертор

(53) 621,314 (56) 1Авто 9 760334, кл тво СС1979. к Н 3. Авторское свидМ 680120, кл, Н 02 М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ вка ФРГ В 2559096,Р 13/22, 1507.76етельство СССР3/335, 1976.(54)(57) 1, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕР-,ТОР, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторич-,ная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам конвертора,вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий ген,нератор, выход которого присоединенк первому входу блока управления,выход которого соединен с входомключевого элемента, кроме того, подключенный к точке соединения первоговходного вывода и трансформатора первый вывод цепи, состоящей из двухпоследовательно соединенных резисто"ров, к общей точке которых подключенодин из выводов первого конденсатора,о т л и ч а ю щ и .й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем введения гальванической развязки между входом ивыходом конвертора, введен компаратор, выход которого подключен к второму входу блока управления, первый вход - к выходу резистивного делителя, а второй вход - через соединенные параллельно диод, включенный в прямом направлении, и резистор - к выходу вспомогательного стабилизатора и через второй конденсатор - квторому входному выводу, соединенному с входным выводом резистивногбдвигателя, другой входной вывод которого подключен к выходу вспомогатель-эФ ного стабилизатора, причем. точка соединения трансформатора и ключевого.элемента соединена через введенный диод, включенный в прямом направле- С нии, с другим выводом упомянутой цепи из двух резисторов, при этом второй Я вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора.2. Конвертор по п. 1, о т л и ч а) ю щ и й с я тем, что блок управления,фета содержит ЙЭ -триггер и элемент 2 ИЛИ- ,фф .НЕ, соединенный первым входом с выхо-(ф) дом ЙЭ -триггера, а вторым - с первым Ь.ф входом блока управления и с Й -входом фф Й 9 -триггера, причем второй вход СФЭ блока управления подключен к Э " вхо)ду ЙБ-триггера, а выход элемента ,2 ИЛИ-НЕ - к выходу блока управления.65 Изобретение относится к электротехнике, а имен:о к стабилизированным преобразоватеям напряжения, и может быть использово в устройствах питания электронной аппаратуры.Известны стабилизированные преоб".разователи напряжения, содержащие ключевой элемент, управляемый ЮИМ- сигналом, накопительный трансформа": тор, нагруженный на однополупериодный выпрямитель, задающий генератор, 10 схему управления и источник опорного напряжения 13.2 3,В укаэанных преобразователях для получения регулирующего сигнала рассогласования напряжение выхода . 15 рреобразователя подается на пороговое устройство непосредственно, что пре-. пятствует гальванической развязке входных и выходных цепей преобразователя. 20Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является стабилизированный конвертор, содержащий подключенные последовательнок входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторичная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам устройства, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий генератор, выход которого присоединен к первому входу блока управления, выход которого . соединен с входом ключевого элемента, кроме того, .подключенный к точке соединения первого входного вывода ,З 5 и трансформатора первый вывод цепи, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов к общей точРке которых подключен один из выводов конденсатора ГЗ Д. 40Недостаток заключается в отсутствии гальванической развязки между входом и выходом. устройства, что снижает его эксплуатационные характеристики, 45Целью изобретения является улучше" ние эксплуатационных характеристик стабилизированного конвертора путем введения гальванической развязки между входом и выходом устройства.Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор, содержащий подключенные последовательно к входным выводам ключевой элемент и трансформатор, вторичная обмотка которого через однополупериодный выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам конвертора, вспомогательный стабилизатор, к выходу которого подключен задающий генератор, выход которого присоединен к 60 ,первому входу блока управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента, кроме того, подклю. ченный к точке соединения первого входного вывода и трансформатора,первый вывод цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов, к общей точке которых подключенодин из выводов первого конденсатора введен компаратор, выход которого подключен к второму входу блока управленйя, первый вход - к выходу ре" истивного делителя, а второй вход -; ерез соединенные параллельно диод, включенный в прямом направлении и резистор - к выходу вспомогательног стабилизатора и через второй конден сатор - к второму входному вьводу, соединенному с входным выводом резис. тивного делителя, другой входной вывод которого подключен к выходу вспомогательного стабилизатора, причем точка соединения трансформатора и ключевого элемента соединена через введенный диод, включенный в прямом направлении, с другим выводом упомянутой цепи из двух резисторов, при этом второй вход компаратора соединен с другим выводом первого конденсатора.Блок управления содержит ВБ -триггер и элемент 2 ИЛИ-НЕ, соединениый первым входом с выходом ВБ -триггера, а вторым - с первым входом блока управления и с В-входом ВБ -триггера, причем второй вход блока управления подключен к Б-входу ВБ-,триггера, а выход элемента 2 ИЛИ-НЕ - к выходу блока управления.На фиг. 1 приведена функциональная схема стабилизированного конвертора;на фиг 2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие его рабату.Конверторсодержит вспомогательнмй стабилизатор 1, блок 2 управления, первый вход которого соединен с задающим генератором 3, питаемым от вспомогательного стабилизатора 1, второй вход блока 2 управления соединен с выходом компаратора 4, выход блока 2 управления соединен с входом ключевого элемента 5, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора б, вторичная обмотка которого соединена с однотактным выходным выпрямителем и фильтром, содержащимдиод 7 и конденсатор 8. Полярность подключения обмоток трансформатора б выбрана такой, чтобы при открытом ключевом элементе 5 диод 7 был заперт. К,точке соединения ключевого элемен- та 5 с выводом первичной обмотки трансформатора б подключен диод 9 таким образом, что он заперт при открытом ключевом элементе 5. Устройство также содержит компаратор 4, первый вход которого подключен черезделитель напряжения 10 к выходу вспомогательного стабилизатора 1, второй вход через параллельно включенныедиод 11 и резистор 12 также подключен к выходу вспомогательного стабилизатбра 1 и, кроме того, через пер3 10532 384вый конденсатор 13 " к обйей точке К - коэФФициент трансФормациицепи иэ двух резисторов 14 и 15, сво- трансформатора 6,бодные выводы которых подсоединены В связи с тем, что напряжение насоответственно к первому входному вы" открытом Р-и переходе слабо зависитводу и диоду 9 и через второй конден- от тока Н : В = соп. . Таки бсатор 16 - к второму входному выводу 5 зом, при запертом ключевом элементестабилизатора, причем точка соедине" 5 к цепи из двух Резисторов 14 н 15ния ключевого элемента и трансформа-. прилагается напряжение лин йняжение, линейно завитора соединена через согласно вклю- сящее от выходного напряжениапряжения конверченный диод с другим выводом цепи иэ тора, но гальванически развяз нки развязанное отдвух резисторов, а второй вход компа"1 О него. Указанное напряжение иже иесравниратора с другим выводом первого кон- вается с некоторым внутренним опорденсатора. Резисторы и конденсаторы ным напряжением, и Результат сравнедолжны удовлетворять соотношениям ния выдаетс н1 г 1 э16ВС+С)иТния. В зависимостиот результата срна срав(С + С ) С(14, Ъ МЬ нения блок 2 управления либо увел ч15 13 16 вает интервал времени открытого сосгде В В В сопротивления Резис оя ия ключевого элемента 5 увеличиторов 12,14 и 15 со- вая при этом выходное напряжение конответственно; вертора, либо Уменьщает, осуществляяС ,С- емкость конденсато О таким образом, стабилизацию выходноров 13 и 16 го напряженияТ - период сигнала зада- . Работа конвертора поясняется диающего генератора. граммами напряжений (Фиг. 2)в опреБлок 2 управления содержит ВБ- деленных точках схемы., указанных натриггер 17 и элемент 2 ИЛИ-НЕ 18 25. Фиг. 1.причем первым входом блока 2 УпРав" После включения питания задающийления являются параллельно подклю"генератор 3 подает на первый вхоподает на первый входченные В"вход ВБ-триггера 17 и один блока 2 управления импульсный сигналиэ входов элемента 2 ИЛИ-НЕ 18, вто (фиг,2 Всвязи:с тем, что напрым входом блока 2 управления являЗОряжение на выходе конвертора в перется Б-вход В.-триггера 17 выход вое время мало сигнал 0 на выходеУВБ-триггера 17 подключен к свободно" , компаратора 4 отсутствует в течениему входу элемента 2 ИЛИ-НЕ 18, выход . первых и + 1 периодов сигнала эадакоторого является выходом блока 2 куцего генератора 3 При этомс выходауправления. блока 2 управления на управляющийустройство работает следующим З 5 вход ключевого элемента 5 поступаетобразом, сигнал Б такой, что интервал времеПри включении питания задающий ни открытого состояния ключевогогенератор 3 вырабатывает периодичес- элемента 5 максимален и соответсткий импульсный сигнал, определенные венно максимальна мощность, отдаваефронты которого (например, отрица мая на заряд конденсатора 8, Напряжетельные) приводят к открыванию ключе- ние на нагрузке растет, а вместе свого элемента 5 с помощью блока 2ним растет амплитуда импульсов Ууправления, Протекающий при этом . на выходе ключевого элемента 5 ичерез первичную обмотку трансформато- амплитуда, импульсов на входе цепи изра 6 ток намагничивает сердечник р двух резисторов 14 и 15.трансформатора (энергия источникаИмпульсы Б вызывают от и нпитания расходуется на намагничива- диода 11 при закрытом кл чпри закрытом ключевом элененание сердечника, так как диоды 7 и 9 менте 5, при этом напряжение 0в это время закрыты). В определенный , измерительном входе компаратора 4момент времени, до прихода следую- О равно сумме напряжения вепомогательщего отрицательного Фронта с геиера ного стабилизатора 1 и падения напрятора 3, блок 2 управления закрывает %ения на,открытом диоде,11, а конденключевой элемент 5При этом диоды ., сатор 13 заряжается через диод 11 и7 и 9 открываются, и сердечник транс- реэистивный делитель на резисторахри отпирании ключевого элеФорматора размагничивается токами, , 14 и 15. При отпирании ключевприходящими через эти диоды. При55.мента 5 происходит разряд конденсатоэтом напряжение 0 на концах цепи ра 13 через резистор 14 и конденсаиз двух резисторов 14 и 15 выражает- . тор 16; что приводит к экспоненцися следующим образом альной зависимости формы заднегоП Нфронта сигнала Нс, амплитуда импульЬык + 1 .( бО сов которого пропорциональна выходд х .ному напряжению конвертора. При загде Нб, - напряжение на нагрузке; крытии ключевого элемента 5 проце0 и падение напряжения на от- повторяется, причем наличие реэистосс,крытых диодах 7 и 9 соот- ра 12 позволяет осуществлять привяз 65 ку верхнего уровня СВ к стабилизированному напряжению вспомогательного стабилизатора 1, Так происходит до тех пор, пока напряжение на выходе конвертора не достигнет требуемой величины ( п + период 0 ,фиг. 2)Тогда на следующем и + 1 периоде сигнала У, сигнал Б на измерительном входе компаратора 4 пересечет уровень опорного напряжения, задаваемый делителем 10 напряжения на опорном входе компаратора 4, что приведет к появ- лению сигнала П на выходе компаратоЕра 4.,Поступив на Б-вход ВЯ-триггера 1.7 блока 2 управления, он вызовет переброс НВ-триггера и сброс управляющего сигнала с входа ключевого эле Мента 5, ключевой элемент 5 закроется, что приведет, в свою очередь, к поЛожительному фронту сигнала 08 и сбросу сигнала Ц. Уменьшение интервала времени открытого состояния . 2 р ключевого элемента 5 приведет к умень-, шению мощности, передаваемой во вторичную цепь, и начнется режим стабилизации напряжения (период и,+ 3 и далее), Монотонность экспоненциальной 5 кривой заднего фронта сигнала Бв позволяет обеспечить плавное регулирование и Мягкий режим стабилизации. В связи с тем,что конденсатор фильтра 8 выбирается таким образом, чтобы эффективно фильтровать переменную составляющую напряжения на нагрузке, время задержки цепи обратной связи конвертора, не превышающее периода сигнала задающего генератбра, во много раз меньше характерных времен 35 изменения выходного напряжения при изменении тока нагрузки или напряже- ния питания конвертора.Таким образом, включение порогового устройства в цепь первичной обмотр ки трансформатора позволяет обеспечить гальваническую раз вяз ку между входными и выходными цепями стабилизированного конвертора, а предлагаемая структура порогового устройства, обеспечивающая сравнение выходного напряжения конвертора с опорным напряжением в каждом периоде сигнала, задающего генератора, позволяет увеличить быстро;. действие и глубину обратной связи,В стабилизированном конверторе, выполненном по предлагаемой схеме, быстродействие обратной связи около 10 мкс, без труда достигается регулировка выходного напряжения 5 - 50 В при входном напряжении в диапазоне 24 - 34 В. При установленном выходном напряжении 15 В нестабильность не превышает 0,1 В при изменении входного напряжения во всем диапазоне и колебаниях потребляемого тока от номинального до 10 номинального; даже при полностью отключенной нагрузке выходное напряжение не превышает 20 В. Конвертору не опасны короткие замыкания по входу, так как максимальный .интервал открытого состояния ключевого элемента, а следовательно, максимальная мощность определяется скважностью сигнала задающего генератора, эта мощность рассеивается на диоде выпрямителя.Предлагаемая схема допускает получать несколько различных стабилизированных гальванически развязанных напряжений на выходе, для этого на трансформаторе должно быть несколько вторичных обмоток с однополупериодным выпрямителем в каждой обмотке, Описанные характеристики в сочетании С небольшими аппаратурными затратами (возможно выполнение функций задающего генератора, порогового устройства и блока управления на одной микросхеме 564 ЛН 1, 4 конденсаторах, 6 резисторах и одном диоде) позволяют широко использовать предлагаемый стабилизированный конвертор в маломощных устройствах электропитания электронной аппаратуры.1053238ИПИ Эакаэ 8897/54 Тираж 687 Подписн илиал ППП фПатент", г,Ужгород,ул.Проектная,4