Стабилизирующий преобразователь напряжения с защитой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ся)5 6 05 Г 1/573 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 66 ЕС, . ,сдуем-Ьюййо" ТОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский авиационный технологический институт им. К, Э, Циолковского(54) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системахвторичного электропитания автоматики ивычислительной техники. Цель - повышениеКПД, точности стабилизации и улучшениекачества переходных процессов при одновременном упрощении. Устр-во содержитпоследовательно соединенные и включенные между входным выводом и общей шиной первичную обмотку накопительногодросселя, регулирующий элемент и датчик Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания автоматики и вычислительной техники.Цель изобретения - повышение КПД, улучшение точности стабилизации и качества переходных процессов при одновременном упрощении,На чертеже приведена схема преобразователя.Стабилизирующий преобразователь напряжения с защитой содержит последова,.Я 2 1682990 А 1 тока, усилитель мощности на транзисторе, пороговый элемент, усилитель обратной связи на транзисторе, генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе, времязадающей цепочке на резисторе и конденсаторе и делителе с двумя выходами, а также транзистор защиты и блок вспомогательного напряжения на дополнительной обмотке накопительного дросселя, корректирующих резисторе и конденсаторе и выпрямительном диоде, Устр-во содержит также блок включения, включенный между входным выводом и общей шиной, Стабилизацию выходного напряжения обеспечивает не только цепь отрицательной обратной связи, но и цепь воздействия по входному возмущению за счет изменения амплитуды пилы, п ропорциональной входному напряжению. Это повышает точность стабилизации. Генератор обладает стабильной частотой, Это упрощает схему, Качество переходных процессов улучшается благодаря наличию резистора и конденсатора, 1 ил,тельно соединенные первичную обмотку накопительного дросселя 1, магнитный транзисторный ключ регулирующего элемента 2 и датчик 3 тока, подключенный к входным выводам, регулирующий элемент 2 пусковой обмотки 4 трансформатора тока подключен через последовательно соединенные первые резистор 5 и диод 6 к выходу блока 7 вспомогательного напряжения и, к коллектору транзистора 8 усилителя мощности, эмиттер которого через цепь 9 смещения соединен с общей шиной, а база через второйрезистор 10 с выходом блока 7 вспомогательного напряжения, отключающая и размагничивающая обмотки1 и 12 трансформатора тока соединены последовательно и подключены одним выводом через второй диод 13 к общей шине, другим - к выходу пороговогс элемента 14, а точка их соединения через последовательно соединенные четвертый диод 15 и третий резистор 16 подключена к выходу блока 7 вспомогательного напряжения, база транзистора 8 усилителя могцности через третий диод 17 соединена: выходом порогового элемента 14, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго делителя 18 напряжения, зашунтированного стабилитроном 19, который одним электродом подключен к общей шине, а другим через первый делитель 20 напряжения к выхоцу блока 7 вспомогательного напряжения, инвертирующий вход порогового элемента 14 соединен с первым выходом второго делителя 21 напряжения с двумя выходами генератора 22 пилообразного напряжения, выполненного на однопереходном транзисторе 23, одна база которого подключена к общей шине, другая база через четвертый резистор 24 соединена с входным выводом а эмиттер подключен соответственно через пятый резистор 25 к входному выводу и к общей шине через конденсатор 26 времязадающей цепочки, который зашунтирован делителем 21, второй выход которого соединен с коллектором транзистора 27 усилителя обратной связи, эмит тер которого подключен к выходу источника 28 опорного напряжения на резисторе и стабилитроне, а база соединена с выходом первого делителя 20 напряжения, неинвертирующий вход порогового элемента 14 зэшун тирован корректирующим конденсатором 30 и через корректирующий резистор 29 под ключен к соответствующему выводу дополнительной обмотки накопительного дросселя блока 7 вспомогательного напряжения. выполненного на выпрямительном диоде и кор ректирующих резисоое 29 и конденсаторе 30, выход блока 7 соединен с выходом блока 31 включения, включенного между входным выводом и общей шиной, выход датчика 3 тока подключен к эмиттерному переходу транзистора 32 защиты, коллектор котороо подключен к неинвертирукхщему входу по рогового элемента 14, и выходные обмот ки накопительного дросселя 1 с вып 1 ямплеля ми и фильтрами 33, 34Стабилизирующий преобразова; ель работает следующим образом.При подаче вхсдноо напряжения чсреблок 31 включения, выполненныи на цгпб,. рывном стабилизатор напряжения. оград 10 15 20 25 30 40 15 50 ется питание в блок управления. Генератор 22 пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе 23 начинает вырабатывать пилообразный сигнал, подаваемый с делителя 21 напряжения на инвертируюЩий вход порогового элемента 14. На неинвертирующий вход порогового элемента 14 приходит опорный сигнал с делителя 18. При значении пилообразного сигнала с делителя 21 меньше опорного, на выходе порогового элемента 14 присутствует высокий потенциал, т.е, выходной транзистор порогового элемента 14 закрыт, Через резистор 10 открывается транзистор 8 и подключает пусковую обмотку 4 к источнику питания. Под действием положительной обратной связи магнитно-транзисторный ключ регулирующего элемента 2 включается, Происходит накопление энергии в дросселе 1.При превышении пилообразного напряжения опорного напряжения выходной транзистор порогового элемента 14 открывается. При этом транзистор 8 выключается под действием запирающего напряжения на цепи 9 смещения, которая может быть выполнена на диодах или стабилитроне. Одновременно последовательно соединенные отключающая 11 и размагничивающая 12 обмотки закорачиваются, что приводит к выключению магнитно-транзисторного ключа регулирующего элемента 2. В дальнейшем через резистор 16 и диод 15 происходит перемагничивание сердечника трансформатора тока, Энергия, накопленная в дросселе 1, начинает передаваться в нагрузку и через блок 7 вспомогательного напряжения поступает на питание блока управления.До выхода преобразователя на номинальный режим блок управления получает от блока 31 питающее напряжение, которое несколько меньше номинального выходного напряжения блока 7 вспомогательного напряжения, На этом этапе напряжение, снимаемое с делителя 20, который одновременно является ограничительным элементом опорного стабилитрона 19, меньше выходного напряжения источника 28, Транзистор 27 усилителя обратной связи закрыт и не оказывает влияния на делитель 21 напряжения енераора 22 пилообразного напряжения. 1 а этом этапе преобразователь рабогает с максимальным коэффициентом заполнения, который определяется величиной выходного сигнала с делителя 18, амплитудой пилообразного напряжения на конденсаторе 26 и соотношением плеч делителя 21. 11 ричем на этапе включения, так се как и в номинальном режиме, частотаоператора 22 огтается неизменной, а ампгп у 1 а напряжения на конденсаторе 26 про 1682990510 50 55 порциональна входному напряжению.Таким образом, уже на этапе включения проис-.ходит регулирование длительности открытого состояния регулирующего элемента 2. При выходе преобразователя на номинальный режим выходное напряжение блока 7 вспомогательного напряжения превысит выходное напряжение блока 31 включения, который отключается либо сам, либо под действием запирающего напряжения, что зависит от варианта его построения, Под действием выходного напряжения блока 7 вспомогательного напряжения, которое жестко связано с выходными напряжениями, через обмотки накопительного дросселя 1 выходной сигнал с делителя 20 становится достаточным для включения в работу усилителя тока на транзисторе 27,При увеличении выходногонапряжения под действием любого иэ дестабилизирующих факторов увеличивается выходное напряжение блока 7 вспомогательного напряжения. Это изменение усиливается на пассивном усилителе, образованном стабилитроном 19 и делителем 20,и далее усиливается транзистором 27. Выходной ток транзистора 27 приводит к повышению потенциала на нижнем плече делителя 21, а следовательно, и на выходе делителя 21, где по существу происходит сложение пилообразного сигнала и сигнала сбратной связи, В рассмотренном режиме работы стабилизацию выходного напряжения обеспечивает не только цепь отрицательной обратной связи, но и цепь воздействия по входному возмущению за счет изменения амплитуды пилы, пропорциональной входному напряжению, что улучшает точность стабилизации. Построение цепи входного воздействия на генераторе с однопереходным транзистором, обладающего стабильной частотой вне зависимости от питающего напряжения, позволяет упростить схему. При запуске и в номинальном режиме обеспечение устойчивости и повышение качества переходных процессов обеспечивается корректирующей цепью на резисторе 29 и конденсаторе 30. Эта интегрирующая цепочка выделяет по сути дела пульсацию тока накопительного дросселя 1. Пульсация тока дросселя 1 складывается с опорным напряжением делителя 18. Причем производные или наклоны пилообразного напряжения и пульсации выхода корректирующей цепи противоположны.При резком нарастании тока дросселя, например при скачке входного напряжения, увеличивается скорость изменения корректирующего сигнала, Он быстрее достигает значения пилообразного сигнала, тем са 15 20 25 30 35 40 45 мым время импульса уменьшается, При плавном увеличении тока выше заданного свал с датчика 3 тока приоткрывает транзистор 32, который воздействует на неинвергирующий вход порогового элемента 14, понижая потенциал на этом входе и тем семьям уменьшая длительность импульса открьгого состояния регулирующего элемента 2В этом режиме преобразователь из режима стабилизации выходного напряжения плавно переходит в режим стабилизации тока или потребляемой мощности. При резком увеличении тока нагрузки или провале выходного напряжения блок управления вырабатывает максимальный коэффициент заполнения или время импульса, Резко возрастает ток регулирующего элемента 2, Сигналом с датчика 3 тока транзистор 32 насыщается, что приводит к резкому разряду конденсатора 30, Длительность импульса ограничивается минимальным значением, определяемым временем задержки на выключение регулирующего элемента 2, например временем рассасывания и т,д. Поскольку при срабатывании транзистора 32 конденсатор 30 практически полностью разряжается, то скорость его промежуточного заряда определяет закон изменения длительности импульсов от минимального до номинального При снятии перегрузки посгедующий процесс. восстановления выходного напряжения носит апериодический характер, .без перереглирования,Таким образом, повышается точность стабилизации, качество переходных дроцессов и надежность при одновременном упрощен:." конструкции.Формула изобретения Стабилизирующий преобразователь напряжения с защитой, содержащий включенные между входным выводом и общей шиной последовательно соединенные первичную обмотку накопительного дросселя, регулирующий элемент и датчик тока, усилитель мощности на транзисторе, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, пороговый элемент, выход которого соединен с входомусилителя мощности, генератор пилообразного напряжения, подключенный выходом кинвертирующему входу порогового элемента, усилитель обратной. связи, источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним из входов усилителя обратной связи, другим входом подключенного к выходу первого делителя напряжения, транзистор защиты, эмиттерным переходом подключенный к выходу датчика тока, блок вспомогательного напряжения на дополни 1682990тельной обмотке накопительного дросселя, выпрямительном диоде и корректирующих резисторе и конденсаторе и блок включения, вход которого включен между входным выводом и общей шиной, а выход подклю чен к выходу блока вспомогательного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, точности стабилизации и улучшения качества переходных процессов при одновременном упроще нии,в него введены четыре диода, три резистора, второй делитель напряжения и цепь смещения, включенная между эмиттером транзистора усилителя мош,ности и общей шиной, причем регулирующий элемент вы полнен на магнитно-транзисторном ключе, пусковая обмотка трансформатора тока которого одним выводом подключена через последовательно соединенные первый резистор и первый диод к выходу блока вспо могательного напряжения, а другим выводом, использованным в качестве управляющего входа регулирующего элемен - та, - непосредственно к выходу усилителя мощности, в качестве которого использован 25 коллектор его транзистора, база которого через второй резистор соединена с выходом блока вспомогательного напряжения, последовательно соединенные отключающая и размагничивающая обмотки трансформа тора тока регулирующего элемента одним свободным выводом подключены через второй диод к общей шине, другим свободным выводом через третий диод - к базе транзистора усилителя мощности, непосредствен- Э 5 но - к выходу порогового элемента, а точкой соединения указанные обмотки через последовательно соединенные третий резистор и четвертый диод подключены к выходу блока вспомогательного напряжения, при 40 этом один из входов первого делителя напряжения подключен к выходу блока вспомогательного напрякения. второму входу усилителя обратной связи, второй делитель напряжения включен между вторым входом первого делителя напряжения и общей шиной, между которыми включен также введенный стабилитрон, и выходом соединен с неинвертирующим входом порогового элемента и с коллектором транзистора защиты, кроме того, генератор пилообразного напряжения выполнен на однопереходном транзисторе, делителе напряжения с двумя выходами, четвертом резисторе и времязадающей цепочке на последовательно соединенных пятом резистореи конденсаторе, включенной между входным выводом и общей шиной и точкой соединения пятого резистора с конденсатором, подключенной к эмиттеру однопроходного транзистора, одна база которого подключена к входному выводу через четвертый резистор, а вторая база - к общей шине непосредственно, делитель напряжения с двумя выходами включен между эмиттером однопереходного транзистора и общей шиной,его первый выход использован в качестве основного выхода генератора пилообразного напряжения, а второй выход - в качестве введенного вспомогательного выхода этого генератора, соединенного с выходом усилителя обратной связи, выполненного на транзисторе, эмиттер и база которого использованы в качестве первого и второго входов усилителя обратной связи, а коллектор - в качестве его выхода, источник опорного напряжения выполнен на резисторе и стабилитроне, причем в блоке вспомогательного напряжения последовательная цепочка из корректирующих резистора и конденсатора подключена параллельно дополнительной обмотке накопительного дросселя, один вывод которой соединен через выпрямительный диод с входным выводом, другой непосредственно с общей шиной, а точка соединения корректирующих резистора и конденсатора подключена к коллектору транзистора защиты.Редактор С,Патрушев роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 3412 ВНИИПИ Го ехред М.Моргентал Корректор Муск Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5