Стабилизированный преобразователь напряжения

т лест инстит имо 7(0(54) С ТА ТЕЛЬ НАП(57) Изо технике в преобр электроние ние относится ти приме напряжен ью изобр ожет н зовател лока ен ания ляется снижени улучшение энер габаритов и массы тических характеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ Сви(72) В.А.Гера (53) 621.314. (56) Авторско В 1363402, клЭТвА. /Под 9 14, с.57-59Обмен опыт ти, 1976, вып ристик преобразователя путем симметрирования режима работы трансформатора, Устройство содержит двухтактныйусилитель мощности 1, управляемыйпо коэффициенту заполнения импульсовгенератор 2, Т-триггер 3, элементыИ 4 и 5, ЕБ-триггер 7, датчик 8 тока,компаратор 9, интегратор 10, трансформатор 11. В случае увеличения тока через один из транзисторов на величину больше допустимого гистерезиса, заданного компаратором 9, последний переключается и переключает ЕЯтриггер 7, который блокирует сигнал,отпирающие силовые транзисторы. ПриизменениИ тока нагрузки изменяетсясигнал на выходе интегратора 1 О, приэтом сравнение мгновенных значенийтока транзисторов происходит с новымсредним значением. В устройстве осуществляется симметрирование режимаработы трансформатора, что улучшаетмассогабаритные и энергетические характеристики преобразователя, 3 ил.Изобретение относится к электро -технике и может найти применение вПреобразователях напряжения и блокахПитания,5Целью изобретения является снижение габаритов и массы и улучшениеэнергетических характеристик преобразователя путем симметрирования режима работы трансформатора. 10На фиг.1 приведена функциональйая схема устройства; на фиг.2временные диаграммы управления усилителем мощности; на фиг.3 - временные4 иаграммы схемы контроля уровня то-15ков,Преобразователь содержит двухтактный трансформаторный усилитель 1мощности, управляемый по коэффициенту заполнения импульсов генераторТ-триггер 3; многовходовыеЭлементы И 4 и 5, элемент 6 обратной связи, КЯ-триггер 7, датчик 8Фока, компаратор 9, интегратор 10,трансформатор 11, выпрямитель 12 и 25фильтр 13.Стабилизированный преобразовательнапряжения содержит двухтактныйусилитель 1 мощности, управляемыйпо коэффициенту заполнения импульсов, 30генератор 2, инверсный выход которого подключен к входу Т-триггера 3,первый 4 и второй 5 элементы И, выйоды которых подключены к входамдвухтактного усилителя 1 мощности,первые входы подключены к прямомуи инверсному выходам Т-триггера 3, аВторые входы - к прямому выходууправляемого генератора 2, выпрямитель 12, вход которого подключен к 40выходу трансформатора 11 усилителя1 мощности, а выход через фильтр 13связан с клеммами для подключениянагрузки, элемент 6 обратной связи,вход которого подключен к клеммам 45нагрузки, выход - к входу управляемого генератора 2, датчик 8 тока,включенный в эмиттерную цепь усилителя мощности, интегратор 10, входкоторого соединен с выходом датчикатока, компаратор 9, первый вход которого подключен к выходу датчика8 тока, второй вход - к выходу компаратора 10, а выход связан с К-входом КЯ-триггера 7 Б-вход которого55соединен с прямым выходом управляемого генератора 2, а выход - с третьими входами первого 4 и второго 5элементов И Работа стабилизированного преобразователя напряжения основана на возможности регулирования выходного напряжения преобразователя путем изменения скважности (коэффициента заполнения) импульсов управления транзисторами усилителя 1 мощности, Принцип регулирования представлен на фиг.2. управляемый генератор вырабатывает последовательность импульсов с периодом Т и " длительностью импульсов. Отношение о /Т (коэффициент заполнения) зависит от величины выходного напряжения элемента б, пропорциональной выходному напряжению преобразователя (или разности выходного и опорного напряжений).При снижении выходного напряжения отношение о /Т возрастает, что приводит к повышению напряжения до заданного уровня.Отношение о /Т не может быть больше величины, определяемой отношением ТВремя паузы Тесть минимально необходимое время для надежного запирания силовых транзисторов усилителя мощности и определяется их параметрами. Нарушение этого соотношения приведет. к появлению сквозных токов в силовых транзисторах и, в конечном итоге, к выходу их из строя, Минимальное время 1 задается параметрами управляемого генератора и в типовом случае составляет 1-5 мкс.В случае (фиг,2), когда ток в одном плече усилителя мощности превысил уровень, допустимый при данной нагрузке на выходе преобразователя, выход К 8-триггера 7 псреходит в состояние низкого уровня и блокирует прохождение сигналов через элементы И 4 и 5 на входы усилителя мощности. Открытый- силовой транзистор закрывается (второй транзистор закрыт сигналом с выхода соответствующего элемента И) и протекание тока через него прекращается. В следующем периоде КБ-триггер сигналом с выхода управляемого генератора 2 возвращается в исходное состояние, Т-триггер 3 переключается, открывается очередной силовой транзистор и работа преобразователя продолжается.Причиной увеличения тока транзистора может быть любой случайный процесс, например бросок напряжения1573512 питания, 11 ри отсутствии схемы контроля токов возрастание тока через открытый транзистор привело бы к его локальному перегреву, что в5 очередном периоде вызвало бы еще бопьшее возрастание тока, Возникает лавинообразный процесс, завершающий - ся устойчивым несимметричным режимом работы трансформатора 11 двухтактно го усилителя мощности, При несимметричном режиме работы один транзистор перегревается, что требует соответ - ствующего размера охлаждающего радиатора, Поскольку невозможно заранее предсказать, какой транзистор перегружен, оба радиатора выполняются увеличенными, Причем один из радиаторов заведомо будет использован не полностью, Кроме того, в несимметрич ном режиме силовой трансформатор имеет постоянную составляющую магнитного потока, При этом ухудшается КПД и снижается выходная мощность преобразователя, Как следствие, для 25 обеспечения необходимой выходной мощности преобразователя приходится выбирать силовой трансформатор большего габарита.Схема контроля уровня токов поз воляет остановить развитие лавинообразного процесса в самом начале и избежать несимметричного режима работы трансформатора усилителя мощности.35Другой существенной причиной,приводящей к несимметричному режимуработы, может служить неидентичностьпараметров плеч двухтактного усилителя, В этом случае перегрузка одного из плеч является регулярной иКЯ-триггер 7 схемы контроля токовпереключается каждый раз при открывании силового транзистора этогоплеча, Длительная работа в таком режиме приводит к понижению выходногонапряжения преобразователя вследствиеуменьшения мощности, отдаваемой в нагрузку. В этом случае элемент 6 обратной связи по выходному напряжениюпреобразователя увеличит отношениеФ/Т и работа преобразователя продолжится описанным образом, но при другом уровне передаваемой мощности и,соответственно, выходного напряжения,Но при этом нагрузка плеч двухтактного усилителя устанавливается одинаковой (симметричной). 6В нормальном режиме работы (фиг,З)импульсы тока через силовые транзисторы, снимаемые с датчика тока,одинаковы и формируют определенныйсредний уровень тока на выходе интегратора, В случае увеличения тока через один из транзисторов на величину,большую гистерезиса1 компаратора9, последний переключается и переключает КБ-триггер 7. Последний запрещает работу усилителя мощности.При этом ток через силовой транзистор спадает до нуля и компараторвозвращается в исходное состояние.Однако КБ-триггер сохраняет своесостояние до окончания текущегопериода и переключается в исходноесостояние только по сигналу с выходауправляемого генератора 2, В противном случае может возникнуть автоколебательн;й процесс.При изменении тока нагрузки изменяется сигнал на выходе интегратора10, При этом сравнение мгновенныхзначений тока транзисторов происходитс новым средним значением, соответствующим изменившемуся току нагрузки. В остальном работа преобразователя аналогична описанной,Наличие схемы контроля токов приводит к такому недостатку стабилизированного преобразователя напряжения,как провалы выходного напряжения принабросе нагрузке и перенапряжениепри сбросе, Это вызвано наличиеминерционности интегратора, Например,при набросе нагрузки ток нагрузкирезко увеличивает. Соответственновозросли уровни токов силовых транзисторов усилителя 1 мощности,Но средний ток на выходе интегратора 10 увеличится до нового установившегося значения лишь спустя некоторое время. В течение этого времениработает схема контроля токов, чтоприводит к ограничению выходной мощности преобразователя и, следовательно, к провалу выходного напряжения на это время,Однако, учитывая, что постояннаявремени выходного фильтра преобразователя велика (единицы секунд), ачастота преобразования около 25 кГци, следовательно, постоянная времениинтегратора мала, провалы напряженияостаются в допустимых пределах,Поэтому указанный недостаток не является существенным,1573512 Составитель И, Войтовичедактор Н,РогуличТехред Л,Сердюкова Карре Самборская одписное ирад 49 одственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 П Заказ 1646 ВНИИПИ Государственного 113035, омитета по и осква, Ж,тениям и открытиям при ГКНТ ССС ская наб., д. 4/5