Стабилизированный преобразователь напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 61 А 2 М 3/335 51) 5 ЕНТНО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР д ОВОЩИ САНИЕ ИЗОБРЕТ(21) 4902460/07 (22) 14.01.91 (46) 15.05,93. Бюл, )ч. 18 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В.А.Хабузов, В,Ф.Худяков, А,П.Пакидов, В.П.Руковчук, А,А,Светлов, С.Б,Романов, В,Л.Широков и А,А,Пономаренко (56) Авторское свидетельство СССР М 1001368, кл, Н 02 М 3/335, 1981.Ромаш Э.М. и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи, М.: Радио и связь, 1988, с,148, рис,14. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Сущность изобретения; устройство содержит транзисторный ключ (1), силовойд трансформатор (2), выпрямитель (7), индуктивно-емкостный фильтр (8), цепь обратной связи 11, К дросселю индуктивно-емкостного фильтра (8) подсоединена ВС-цепь (14). Повышение быстродействия при резких изменениях входного напряжения достигнуто за счет получения в контуре обратной связи сигнала, содержащего поСтоянную составляющую, пропорциональную выходному напряжению и переменную составляющую, получаемую из напряжения на дросселе, преобразуемую в пилообразные импульсы ВС-цепью (14). Такое построение контура обратной связи исключает инерционность дросселя и сокращает длительность переходно- Б го процесса. 3 ил,пь, средняя точка которой включена к одму из входов усилителя вместе с фильтруим конденсатором, оба входа усилителя дсоединены к диагонали. измерительного ста, а выход - к узлу коммутации, При эких изменениях входного напряжения, деляемых на дросселе, цепь ООС осущевляет регулирование ШИМ-сигнала пракчески без изменения выходного пряжения, что обеспечивает высокое быродействие преобразователя,. На фиг.1 показана принципиальная схестабилизированного преобразователя пряжения; на фиг.2 - принципиальная ема одного из вариантов узла коммута-. и; на фиг.3 - временные диаграммы про- . ссов в цепях преобразователя.Стабилизированный .преобразователь . пряжения выполнен по однотактной схеи содержит транзйсторный ключ 1, сивой трансформатор 2 с обмоткой змагничивания З,первичной 4 и вторичй 5 обмотками, Обмотка размагничивая 3 через. диод б подключена к входныц жимам, к которым через транзисторный юч 1 подключены выводы первичной, обтки 4 силового трансформатора 20 а его оричная обмотка 5 через последовательно единенные.выпрямитель 7 и индуктивйокостный фильтр 8, состоящий из дросселя конденсатора 10, - к выходным зажимам этим же зажимам подсоединены выводыерительного моста.11, в диагональ котого включены два входа усилителя 12, подючвнного своим выходом ко входу узла ммутации 13. Параллельно дросселю 9 дклечена КС-цепь 14, содержащая реэиор 15 и конденсатор 16, причем вывод следнего соединен с Выходным зажимом, средней точке ВС-цепи 14 подсоединен рвый вход усилителя 12 и один из выводов льтрующего конденсатора 17 (второй выд конденсатора связан с общим провом), а второй вход - к источнику опорного пряжения (стабилитрону) 18. Узел коммуции 13 один из вариантов выполнения торого показан.на:фиг.2, содержит управющий трансформатор 19 с базовой 20, ллекторной 21.и коммутирующей 22 обтками, транзивтор 23, диод 24, обратный од 25. Выводы базовой обмотки 20 являтся управляющими выходами узла комму. ции 13 и подключены вместе с обратным одом 25 к управляющему (база-эмиттерму)переходу транзисторного ключа, жду коллектором которого и соответствущим выводом первичной обмотки 4 силого трансформатора 2 включены выводы ратной связи узла коммутации 13, являюиеся выводами коллекторной обмотки 21 Изобретение относится к преобразова- це юлиной технике и может быть использовано но , в источниках вторичного электропитания,юцИзвестен однотактный стабилиэиро- по ванный првобразователь, содержащий 5 мо транзисторный ключ, последовательно .ре соединенные силовой трансформатор, вы выпрямитель, индуктивно-емкостной сгла- ст живающий фильтр, атакже цепь отрица-. ти тельной обратной связи (ООС), выходы 10 на которой подключены к выходным выводам ст преобразователя. Выходное напряжение преобразователя стабилизируется за счет ма широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на- на пряжения на силовом трансформаторе. 15 схОсновной недостаток устройства - низ- ци кое быстродействие(большая длительность це переходного процесса установления выходного напряжения) при резком измейении на входного напряжения; Это обусловлено 20 ме инерционностью индуктивно-емкостного . ло сглаживающего фильтра и действием цепи ра ООС, являющихся причиной колебанийвы но ходного напряжения при резкомизменении . ни входного. 25 заНаиболее близким по своей техниче- кл ской сущности является стабилиэирован- мо ный однотактный преобразователь вт напряжения, выбранный в качестве прото- со типа. Этоустройствосодержиттранзистор ем ный ключ, силовой трансформатор, 9 и последовательно соединенный с выпрями- К телем и индуктивно-емкостным сглаживаю- изм щим фильтром, К выходным выводам ро преобразователя подключена цепь ООС, 35 кл представляющая собой измерительный ко мост. в диагональ которого включен усили- по тель, подключенный к первому входу компв-. ст ратора, а ко второму входу которого по подключена интегрирующая ЕС-цепь, фор К мирующая пилообразное напряжение. Пол- пе учаемый с компаратора сигнал ШИМ, фи обеспечивает управление, транзисторным во ключом и стабилизацию выходного напря- до жения преобразователя. 45 наНедостаток прототипа - низкое быстро- та действие-при резких изменениях входного ко напряжения обусловлено инерционностью ля сглаживающего фильтра и действием цепи ко ООС и определяется длительностью пере мо ходного прОцесса установления выходного . ди напряжения. юЦель изобретения - повышение быстро- та действия преобразователя при резком из- .ди менении входного напряжения; 55 ноДостигается указанная цель тем, что ме входы цепи ООС подключены параллельно ю обмотке дросселя индуктивно-емкостного во сглаживающего фильтра, а сама цепь ООС об содержит подсоединенную к ее входам ВС- щ510 15 20 30 35 40 45 50 55 управляющего трансформатора 19. Коммутирующая обмотка 22 того же трансформатора одним выводом подключена через диод 24 к коллектору, а другим - к эмиттеру транзистора 23, база которого является входом узла коммутации 13, База транзисторного ключа 1 представляет собой вход синхронизации устройства,Работа преобразователя происходит следующим образом. Последовательность коротких синхроимпульсов Осин (фиг.За) поступает на вход синхронизации (на базу транзисторного ключа 1) и определяет частоту преобразования. С этой частотой транзисторный ключ 1 подключает первичную обмотку 4 силового трансформатора 3 и преобразует постоянное входное напряжение в прямоугольные импульсы, которые поступают со вторичной обмотки 5 на выпрямитель 7 и после сглаживания индуктивно-емкостным фильтром 8 превращаются в постоянное выходное напряжение, подаваемое на выходные зажимы. В открытом состоянии транзисторный ключ 1 пропускает коллекторный тока (фиг.Зб), который прекращается, как только транзисторный ключ 1 закрывается и начинается процесс размагничивания сердечника силового трансформатора 2 с помощью обмотки размагничивания 3 через. диод б с возвратом энергии во входную сеть, Напряжение на вторичной обмотке 5 Отб(фиг,Зв) выпрямляется, то есть становится однополярным О 7 (фиг.Зг) и сглаживается, Разность между выпрямленным От и постоянным выходным Ц 2 напряжениями равна напряжению на дросселе 9 - Од (фиг.Зд), Стабилизация выходного напряжения при изменении входного напряжения и тока нагрузки осуществляется за счет ШИМ прямоугольного напряжения на силовом трансформаторе 2 с помощью регулирования цепью ООС времени открытого (насыщенного) состояния транзисторного ключа 1 при постоянном период коммутации (частоте преобразования), Процесс включения трэнзисторного ключа 1 начинается при поступлении импульса синхронизации, и риоткры вающего этот ключ. Появляется коллекторный ток, протекающий по коллекторной обмотке 21. Он трансформируется через базовую обмотку 20 и полностью открывает транзисторный ключ 1. Так осуществляется действие положительной обратной связи по току. При появлении отпирающего импульса на входе узла коммутации 13 а выхода усилителя 12 (фиг.Зж) транзистор 23 включается и по коммутиру,ющей обмотке 22 потечет ток, при появлении которого исчезает ток в базовой обмотке 20. Транзисторный ключ 1 выходит иэ насыщения, начинает закрываться и полярность напряжения на выводах обмоток управляющего трансформатора 19 изменяется на обратную. Размагничивается сердечник этого трансформатора от базовой обмотки 20 вначале через управляющий переход транзисторного ключа 1, интенсивно выключая его, а затем через обратный диод 25. На интервале, в течение которого транзисторный ключ 1 закрыт, ток дросселя 9 протекает через обратный диод выпрямителя 7 и нагрузку, Если выходное напряжение отклоняется от своего номинального значения, определяемого источником опорного напряжения 18 (стабилитроном), то начинается регулирование времени насыщенного состояния транзисторного ключа 1 цепью ООС. Эти отклонения определяются измерительным мостом 11 и выделяются в его диагонали, На фильтрующем конденсаторе 17, устраняющем высокочастотные пульсации и помехи имеет место не только постоянное напряжение, пропорциональное О 2, но и составляющая, пропорциональная напряжению на дросаеле 9 и преобразуемая ВС-цепью в пилообразные импульсы (фиг.Зе). При изменении выходного напряжения происходит изменение напряжения на дросселе 9, которое через ВС-цепь подается на первый вход усилителя 12 регулирует ШИМ-сигнал О 12 (фиг.Зж). Усилитель 12 вырабатывает последовательность импульсов, получаемую в результате сравнения сигналов на первом и втором входах, и подает ее на вход узла коммутации 13, Поскольку опорное напряжение постоянно, то переключение усилителя 12 будет происходить при постоянном пиковом значении сигнала на первом входе усилителя 12 в моменты равенства обоих сигналов. При резком. увеличении входного напряжения (на фиг,З этот случай показан пунктирной линией) возрастет амплитуда напряжения на силовомтрансформаторе 2, выпрямителе 7 и дросселе 9. Увеличение размаха напряжения Оя (фиг.Зд) является причиной более резкого нарастания напряжения на выходе ВС-цепи 14 и на первом входе усилителя 12, Напряжение Оу (фиг.Зе) быстрее будет достигать максимального значения и длительность импульса на выходе усилителя 12 будет меньше. Время насыщенного состояния транзисторного ключа 1 сократится и ширина импульсов на силовом трансформаторе уменьшится так, что выходное напряжение останется практически беэ изменений, Весь этот процесс заканчивается в пределах одногО периода. Фильтрующий конднсатор 17 защищает первый входусилителя 12 от проникновения высокочастотных пульсаций и помех как с выходныхзажимов, так и с дросселя 9,Таким образом, повышение быстродействия преобразователя при резких изменениях входного напряжения достигнуто,следующим образом, В цепи ООС сформирован сигнал, содержащий две составляющие: первая, пропорциональнаяпостоянному выходному напряжению, вторая - в виде пилообразного напряжения,полученного после преобразования напряжения на дросселе РС-цепью, При резкихизменениях входного напряжения, которыевыделяются на дросселе, в течение одного 15периода ШИМ-сигнала происходит изменение амплитуды пилообразного напряжения,снимаемого с ЯС-цепи и подаваемого напервый входусилителя. В результате осуществляется регулирование ШИМ-сигнала таким образом, что значение выходногонапряжения остается без изменения, а длительность переходного процесса в этихслучаях практически близка к нулю, Следовательно, достигнуто повышение быстродействия преобразователя при резкихизменениях входного напряжения,Формула изобретенияСтабилизированный преобразовательнапряжения, содержащий транзисторный 30ключ, силовой трансформатор с обмоткой размагничивания, подключенной через диод к входным зажимам, к которым подсоединены через транзисторный ключ, выводы первичной обмотки силового трансформатора, а его вторичная обмотка подключена через последовательно соединенные выпрямитель и индуктивно-емкостной фильтэ к выходным зажимам, соединенным с выводами измерительного моста, в диагональ которого включены два входа усилителя, причем второй вход - к источнику опорного напряжения измерительного моста, а выход усилителя - к входу узла коммутации, под.ключенного управляющими выходами к управляющему переходу транзисторнога ключа, между коллектором которого и соответствующим выводом первичной обмотки. силового трансформатора включены два вывода обратной связи узла коммутации, а.также ЯС-цепь и вход синхронизации, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при резких изменениях входного напряжения, введен фильтрующий конденсатор, включенный между общим проводом и первым входом усилителя. с которым соединена средняя точка РС-цепи, подключенной параллельно дросселю индуктивно-емкостного фильтра, причем вывод конденсатора РС-цепи соединен с выходным зажимом, а база транзисторного ключа является входом синхронизации.1815761 ктор М,Шар оставитель В.Худякхред М,Моргентал едактор Т.Иванова роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 З 341 Тираж . ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5