Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с комбинированным управлением

(51 05715 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНЙЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР В 1130844, кл. С 05.Р 1/56, 1983.Каретникова Е,И. Унифицированные источники вторичного электропитания для серийного производства. - Электронная техника в автоматике. Сборник статей./Под ред, Ю.И. Конева. - М,: Радио и связь, 1983, вып. 14, с.20, рис. 5(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - увеличение стабильности выходного напряжения,КПД и надежности. Стабилизированный преобразователь выполнен на основе прямой однотактной схемы и содержит силовой трансформатор 1, силовой транзисторный ключ 3, датчик тока 4, ЬСР-фильтр 8, формирователь пилообразного напряжения 14, интегрирующий конденсатор 13 которого включен между неинвертирующим входом модулятора 15 и выходом источника опорного напряжения 16,конденсатор 13 зашунтирован транзистором 17, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора 18 (ЗГ). Пороговый элемент 19, делитель выходного напряжения 20; ЗГ 18 подключены к инвертирующим входам модулятора: 15. Заряд конденсатора 13 осуществляется во время включенного состояния ключа 3 до напряжения, равного разнос- аЮти опорного и приведенного через делитель 20 выходного напряжения. После этого на выходе модулятора 15 появляется нулевой сигнал, запирающий ключ Св 3. Выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения паденийнапряжения на ключе 3, на сопротивле- Ьай нии первичной обмотки 2 и на датчике ) тока 4. 3 ил.7 г-.350554 2Преобразователь работает следующимобразом.Задающий генератор 18 вырабаты 5вает тактовые импульсы Б 1 и винтервалах времени, когда сигнал П,соответствует логическому нулю неоказывает влияния на работу преобразователя. При отсутствии перегрузки10 по току сигнал на выходе пороговогоэлемента 19 также соответствует логическому нулю. В интервале временисигнал Ь, равный сумме напряжений источника 1 б опорного напря 15 женин Ц и Формирователя 14 пилообразного нагряжения Б и поступающийна неинвертирующий вход Х 4 модулятора15, превь 1 шает сигнал У обратной связи, который снимае гся с делителя 202 п и подается на второй инвертируюшийвход Х 2 модулятора 15. В результатесигнал Б, на выходе модулятора 15 соответствует логической единице и через предварительный усилитель 23 под 25 держивает транзисторный ключ 3 в открытом состоянии. Напряжение Е источника 5 питания приложено к первичнойббмотке 2 трансформатора 1, и происходит передача электроэнергии внагрузку 9 и фильтр 8. Одновременнопоц действием напряжения, снимаемогос дополнительной обмотки 10, происходит заряд конденсатора 13 черездиод 12 и токозадающий элемент 11,Приэтом скорость изменения напряжения35 на конденсаторе 13 пропорциональнавходному напряжению Е преобразователяза вычетом падений напряжений натранзисторном ключе 3, датчике 4 токаи сопротивлений г первичной обмот 4 О ки 2,В момент временисуммарный сигнал Ц становится равным сигчалу Бдобратной связи, вследствие чего навыходе модулятора 15 появляется сиг 45 нал логического нуля что приводит кзапиранию ключа 3, Под деиствием положительной осратной связи, осуществляемой внешним резистором, которыйподключен 1 ежду первым инвертирующим50 входом Х 1 и инвертирующим выходом Умодулятора, происходит увеличение сигнала Б, обратнс 1 й связи, что устраняет возможные дополнительные переключения ключа 3 в интервале временис 1 2 вторичных источниках электропитания.Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения, увеличение КПД и надежности,На Фиг. 1 приведена электрическаяЖсхема стабилизированного преобразователя; на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на Фиг, 3- электрическая схемамодулятора.Преобразователь содержит авиловойтрансформатор 1, первичная обмотка 2которого через силовой транзисторныйключ 3 и датчик 4 тока подключенак источнику 5 питания, Выходная обмотка б трансформатора 1 через выпрямительный диод 7 поцключена к ЕСВФильтру 8 и нагрузке 9. Дополнительная обмотка 10 трансформатора 1 черезтокозадающий элемент 11, который впростейшем случае является резистором,и диод 12 подключена к вь 1 водам интегрирующего конденсатора 13 Формирователя 14 пилообразного напряжения.Конденсатор 13 подключен между неинвертируюшим входом Х 4 модулятора 15 ивыходом источника 16 опорного напряжения и зашунтирован разрядным транзистором 17, управляющий вход которого поцключен к выходу задающего генератора 18, Первый инвертирующий входХ 1 модулятора 15 подключен к выходупорогового элемента 19, первый входкоторого соединен с выходом датчика4 тока и с выходом задающего генератора 18, а второй вход - с источником 16 опорного напряжения, Второйинвертирующий вход Х 2. модулятора 15через делитель 20 подключен к выходным клеммам 21 и 22 греобразователя.Выход модулятора 15 через предварительный усилитель 23 подключен к управляющему входу силового ключа 3.Кроме того, выход задающего генера -тора 18 подключен к трегьему инвертирующему входу Х 3 модулятора. Цепьперемагничивания силового трансформатора 1 на фиг. 1 не показана) Схема модулятора (фиг. 3) представляет собой последовательно соединенные дифференциальный и мостовой усилитель, при этом каждое плечо диф ференциального усилителя содержит па." раллельно соединенные транзисторы, образующие схему ИЛИ,Изобретение относится к электротехнике и может бьггь использовано во Б момент времени Ь на выходе задающего генератора 18 появляется сигнал логической единицы, который, от 1350654где Яи,Ъг соответственно числавитков дополнительной10 и первичной 2 обмоток;сопротивление токозадающего элемента 11;емкость интегрирующегоконденсатора 13; 55 пирая транзистор 17, разряжает интегрирующий конденсатор 13, вследствие чего суммарный сигнал П превышает сигнал Поо обратной связй, Однако сигнал на выходе модулятора 15 по" прежнему равен логическому нулю и транзисторный ключ 3 остается в закрытом состоянии, так как на третий инвертирующий вход Х 3 модулятора поступает сигнал логической единицы с задающего генератора 18,В момент времени Сз на выходе задающего генератора 18 устанавливается сигнал логического нуля, что приводит к появлению на выходе модулятора15 сигнала логической единицы и отпиранию транзисторного ключа 3. Одновременно происходит запирание разрядного транзистора 17 и начинается про цесс заряда интегрирующего конденсатора 13. В дальнейшем процессы в схеме протекают аналогично описанному.При изменении входного напряжения Е в момент временипропорционально 25изменяется и скорость нарастания напряжения на интегрирующем конденсаторе 13. Это ведет к изменению длительности открытого состояния транзисторного ключа 3 без воздействия сигнала цепи обратной связи таким образом,что вольт-секундная площадь импульса напряжения на входе фильтра 8 остается неизменной, Вследствие этого при постоянной частоте преобразователя остаются неизменными среднее значение на 35 пряжения на входе фильтра и выходное напряжение преобразователя, т,е. величина выходного напряжения преобразователя становится инвариантной (не зависимой) по отношению к изменению входного напряжения. Независимость . выходного напряжения Пот изменения входного Е вытекает из того, что амплитуда напряжения Б на интегрирующем конденсаторе 13 равнаг К, С,о- Ю, - П,Ы 3 ае, (1)50- длительность открьтогосостояния транзисторно-.го ключа 3,"4 Б, - падение напряжения нанасыщенном транзистор- ном ключе 3;Бг - падение напряжения насопротивлении гг первичной обмоткк 2;404 - падение напряжения надатчике 4 тока.При неизменных величинах опорного По и выходного Пнапряжений некзменны сигнал ошибки(2)о ооыьгои амплитуда напряжения на конденсаторе 13, так как(3)где Кг, - коэффициент передачи делителя 20,Из совместного решения (1), (2) и (3) следует, что вольт-секундная площадь импульса напряжения на обмотке 2 прк изменении входного напряьения Е постоянна и равнае- аи - ьи,0 - Ща о1) 1 си при постоянной частоте преобразования неизменно и выходное напряжение преобразователя,Из (4) также следует, что выходное напряжение преобразователя не зависит от изменения падений напряжения на транзисторном ключе 3, на сопротивлении первичной обмотки 2 и на датчике 4 тока.Прекмуществамк модулятора, приведенного на фиг. 3, являютсямалое потребление тока 1. от дополнительного ксточника питания (не более 0,2 МА), аналогично микромощным операционным усилителям (ОУ); большая скорость перехода выходного сигнала от одного уровня к другому(более 10 В/мкс), аналогично быстродействующим ОУ; возможность логической операции ИЛА, что упрощает схему управления, и некритичность к стабильности напряжения питания.При этом наличие двух протквофазных выходов, сигналы с которых имеют5 1350 б высокий уровень логической единицы близкий к напряжению питания, и низкий уровень логического нуля, равный падению напряжения на насыщенном транзисторе, значительно упрощает согласование модулятора с предварительным усилителем при однополярном напряжении питания.По схеме, приведенной на фиг. 3, 10 может быть выполнен и пороговый элемент 19, при этом общее потребление тока схемой управления (без предварительного усилителя и выполнении задающего генератора на элементах КЛОП структуры) не превышает 2-3 мА,которого одним выводом подключен квторому входу модулятора, а выход модулятора через предварительный усилитель подключен к управляющему входу силового ключа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, КПД и надежности, в него введены дополнитель ная обмотка силового трансформатора, токозадающий элемент и диод, которые соединены последовательно и подключены к выводам интегрирующего конденсатора, зашунтированного введенным разрядным транзистором, управляющий вход которого подключен к выходу задающего генератора, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к источнику опорного напряжения, модулятор выполнен с тремя инвертирующими входами и одним неинвертирующим, причем первый вход модулятора является инвертирующим, второй вход - неинвертирующим, третий вход - инвертирующим и подключен к выходу делителя напряженил, четвертый вход - инвертирующий и подключен к выходу задающего генератора Таким образом, предлагаемый преобразователь по сравнению с известным обладает значительно большим коэффициентом стабилизации, имеет меньшее потребление тока схемой управления, что увеличивает КПД, особенно при малой выходной мощности. Схема управления проще (при выполнении модулято- р 5 ра в виде интегральной микросхемы, как ОУ) и не требует двухполярного источника питания. Кроме того, имеется ограничение максимальной длительности проводящего состояния транзисторного ключа, что в целом увеличивает надежность преобразователя. ф о р м у л а изобретения 35Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с комбинированным управлением, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через последовательно соединенные силовой транзисторньй ключ и датчик тока подключена к входным выводам,выходная обмотка через выпрямительныйдиод подключена к 1 СВ-фильтру, а выход 1 СВ-фильтра соединен с выходнымивыводами, параллельно которым подключен делитель напряжения, пороговыйэлемент. первый вход которого подключен к выходу датчика тока и связан свыходом задающего генератора, другойвход - к источнику .опорного напряжения, а выход - к первому входу модулятора, формирователь пилообразного напряжения, интегрирующий кондЕнсаторРедакт иколайч орректор Г. Решетник Заказ 52 Тираж 863 ПИ Государственног о делам изобретений 5, Москва, Ж, Рауводписно ВНИИ омитета ССоткрытийкая наб д 1130 5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, 7 л. Проектная