Стабилизированный источник вторичного электропитания

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК РЕТЕ ЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИ(54) (57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЛ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий преобразовательные ячейки, включенные по выходу последовательно,реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно- .импульсный модулятор, выход которого соединен с входом управления инвертора преобразовательной ячейки, а модулирующий вход - с выходнымвыводом, первый элемент И, первый и второй компараторы напряжения и источникопорного напряжения, отличающийся тем,что, с целью повышения КПД и быстродействия, в него введены второй и третий ЯО 1049876 а) б 05 Г 1/56; Н 02 М 3/3 элементы И, делитель источника опорного напряжения, а преобразовательные ячейки выполнены с общим транзисторным инвертором с датчиком тока на входе, при этом . первые входы компараторов соединены с выходным выводом, второй вход первого компаратора - с Выходом верхнего плеча делителя источника опорного напряжения, а второй вход, второго компаратора - с выходом нижнего плеча делителя источника опорного напряжения, неинвертирующий выход первого компаратора через второй элемент И соединен с шиной -1 реверсивного счетчика, инвертирующий выход второго компаратора через третий элемент И - с шиной+ 1 реверсивного счетчика, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с вводом тактовых импульсов, третий вход третьего элемента И - с выходом датчика тока, инвертирующий вход первого и неинвертирующий выход второго компараторов - с соответствующими входами первого двухвходового элемента И, выход которого соединен с входом включения широтно-импульсного модулятора.51 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.Известно устройство, содержащее двухтактный транзисторный инвертор с датчиком. тока и разделительным трансформатором, имеющим Х вторичных обмоток, М выпрями- тельных мостов, каждый из которых подключен к выводам соответствующих вторичных обмоток трансформатора, М управляемых ключей, каждый из которых подключен к одному из выводов соответствующего выпрямительного моста, М развязывающих диодов, включенных в обратном направлении между соответствующим управляемым ключом и другим выводом выпрямительного моста, причем все развязывающие диоды включены между собой последовательно и параллельно им включен Г-образный фильтр, а также распределитель импульсов управления ключами 11.Однако в данном устройстве происходит снижение КПД при переключении ступеней двухтактного транзисторного инвертора, так как транзисторы выходят из области насыщения в активную область на время, необходимое для подзарядки конденсатора выходного фильтра.Кроме того, быстродействие ограничено величиной емкости фильтра и внутренним сопротивлением инвертора тока, который при переключении ступеней работает в режиме источника тока, - . уровень пульсаций и стабильность ограничены дискретностью схемы электронного переключателя.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизированный конвертор постоянного напряжения, содержащий преобразовательные яче. йки, включенные по выходу последовательно. реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен со входом управления инвертора преобразовательной ячейки, а модулирующий вход - с выходным выводом, элемент И, включенный в цепи управления реверсивным счетчиком, первый и второй компараторы напряжения и источник опорного напряжения.При этом между выходом широтно-импульсного модулятора и цепью питания транзисторного инвертора преобразовательной ячейки включен ключевой регулятор напряжения, а для управления реверсивным счетчиком служат цепи обратной связи, связывающие входы реверсивного счетчика через компараторы с выходом конвертора и ключевым регулятором напряжения 12.Недостатками известного устройства являются низкие КПД и быстродействие, которые обусловлены наличием ключевого регулятора в силовой цепи преобразовательнойячейки и тем, что переключение ячеек происходит в зависимости от напряжения наключевом регуляторе. Цель изобретения - повышение КПД и быстродействия.Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразовательные ячейки, включенные по выходу последовательно, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с входом управления инвертора преобразовательной ячейки, а модулирующий вход - с выходным выводом, первый элемент И, первый и второй компараторы напряжения и источник опорного напряжения, введены второй и третий элементы И, делитель источника опорного напряжения, а преобразовательные ячейки выполнены с общим транзисторным интвертором с датчиком тока на входе, при этом первые входы компараторов соединены с выходным выводом, второй вход первого компаратора соединен с выходом верхнего плеча делителя источника опорного напряжения, а второй вход второго компаратора - с выходом нижнего плеча делителя источника опорного напряжения, неинвертирующий выход первого компаратора через второй элемент И соединен с шиной- 1 реверсивного счетчика, инвертирующий выход второго компаратора через третий элемент И соединен с шиной+ 1 реверсивного счетчика, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с вводом тактовых импульсов, третий вход третьего элемента И вс выходом датчика тока, инвертирующий выход первого и неинвертирующий выход второго компараторов соединены с соответствующими входами первого двухвходового, элемента И, выход которого соединен с входом включения широтно-импульсного модулятора. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в характерных точках схемы,Стабилизированный конвертор постоянного напряжения состоит из двухтактного транзисторного инвертора 1, управляемых выпрямительных каскадов 2, сглаживающего Г-образного фильтра, состоящего из дросселя 3 и конденсатора 4, компараторов 5 и 6, логических элементов И 7 - 9, реверсивного счетчика 1 О, широтно-импульсного модулятора 11, делителя опорного напряжения, выполненного на резисторах 12 и 13, вводов 14 и 15 питания и выходных выводов 16 и 17.Двухтактный транзисторный инвертор 1 состоит из переключающих транзисторов 18 и 19, задающего генератора 20, разделительного трансформатора 21, содержащего пер498 б Состояние транзисторных ключей 29 вылрямительных каскадов 12 3 4 Состояние реверсивногосчетчика 0 10 10вичную обмотку 22 и ряд вторичных обмоток 23, и датчика 24 тока.Управляемый выпрямительный каскад 2состоит из выпрямительного моста на диодах 25 - 28, транзисторного ключа 29 и развязывающего диода 30.Каждый из компараторов 5 и 6 состоитиз операционного усилителя 31 и инвертора 32,Реверсивный счетчик 10 работает в двоичном коде и содержит в своем составедешифратор (не показан, который непосредственно управляет транзисторными ключами 29.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии на выходных выводах 16 и 17 напряжение отсутствует, приэтом реверсивный счетчик 10 установлен висходное нулевое состояние, при которомна его выходах отсутствуют сигналы, и, следовательно, транзисторные ключи 29 выпрямительных каскадов находятся в выключенном состоянии, При подаче напряжения навводы 14 и 15 питания начинает работатьзадающий генератор 20, который вырабатывает переменное напряжение прямоугольнойформы. Это напряжение поступает на базыпереключающих транзисторов 18 и 19, которые усиливают по мощности напряжениезадающего генератора.При подаче тактовых импульсов на входную шину Г логических элементов И 8 и 9на выходе логического элемента И 9 возникает сигнал логической единицы, а навыходе логического элемента И 8 сигналотсутствует. Вызвано это тем, что на дру-,гих входах указанных логических элементов сигналы, поступающие с выходов соответствующих компараторов 6 и 5, находятся в противофазе. Кроме этого, сигнал навыходе датчика 24 тока при отсутствии тока в цепи нагрузки имеет уровень логической единицы. 4При поступлении первого импульса навход+ 1 реверсивного счетчика 10 он начинает считать импульсы в двоичном коде в направлении прямого счета. Алгоритм состояний на выходных шинах реверсивного счетчика приведен в таблице состояний.В результате поступления счетного импульса на вход+ 1 на одном из его выхо.дов (например а) возникает перепад напряжения, который включает транзисторный 1 О ключ 29 одного из выпрямительных каскадов 2. В этом случае выходное переменное напряжение двухтактного транзисторного инвертора поступает на вход Г-образного фильтра 3 и 4. Это напряжение обеспечивает ко.лебательный или апериодический заряд конденсатора (в зависимости от характера характеристического сопротивления 1 С-контура Г-образного фильтра 3 и 4 с учетом влияния нагрузки).Ток зарядки дросселя 3 и конденсатора 2 О 4 с учетом тока в цепи нагрузки вызываетток в цепи датчика,24 тока. В результате протекания тока зарядки 1 С-контура на выходе датчика тока возникает сигнал логического нуля, который блокирует поступление тактовых импульсов на вход+ 1 реверсивного счетчика 10 с помощью логического элемента И 9 на время зарядки конденсатора 4 до установившегося значения. После снятия сигнала блокировки по току зарядки 1 С-контура на выходе логическо- Ого элемента И 9 появляется очередной импульс, поступающий на вход +1 реверсивного счетчика 10, При этом реверсивный счетчик 10 переходит в другое состояние, которое связано с появлением на другом его выходе (б) сигнала логической единицы, который обеспечивает включение. второго транзисторного ключа 29. На первом выходе (а) реверсивного счетчика 10 устанавливается нуль, поэтому первый транзисторный ключ выключается.1В результате очередного скачка напряжения на входе фильтра на такую же величину происходит подзарядка конденсатора. На время подзарядки конденсатора 4 выходной сигнал датчика 24 тока блокирует поступление тактовых импульсов на. вход+ 1 реверсивного счетчика 10 аналогичным образом с помощью логического элемента И 19.Далее процессы в схеме повторяются и происходит включение транзисторных ключей по алгоритму, указанному в таблице 1 О состояний. При каждом переключении обмоток трансформатора напряжение в установившемся состоянии возрастает на постоянную величину. Процесс переключения выходных обмоток 23 с помощью транзисторных ключей 29происходит до тех пор, пока напряжение навыходе устройства не достигнет нижнего значения опорного напряжения 13 ониа. При этомпроисходит срабатывание компаратора 6.(фиг. 2 б),В результате срабатывания компаратора6 блокируется вход +1 реверсивного счетчика с помощью логического элемента И 9. и в счетчике прекращается счет импульсовв прямом направлении. Так как сигнал с 25выходов компараторов поступает на входлогического элемента И 7, то с учетом состояний компараторов (фиг.2,б и в) на выходе логического элемента И 7 возникает логический сигнал (фиг. 2,г), который вклюо30чает широтно-импульсныи модулятор 11,При включении широтно-импульсного модулятора 11 задающий генератор начинает работать в режиме модуляции переменного напряжения по длительности. Глубина модуляции импульсов переменного напряжения З 5определяется сигналом обратной связи повыходному напряжению, поступающему нЪвторой вход широтно-импульсного модулятора 11. В этом режиме устройство работает как обычный ключевой регулятор, в котором стабилизация напряжения обеспечи Овается за счет изменения ширины импульсов.В случае, если выходное напряжение устройства превысит величину заданного напря. 104987 бжения 11 Ое . (фиг. 2,а), срабатывает другой компаратор 5 (фиг. 2,в).При срабатывании компаратора 5 широтно-импульсный модулятор, 11 выключается с помощью элемента И 7 совпадения) (фиг, 2, и включается вход -1 реверсивного счетчика 10,так как на входе логического элемента И 8 будет действовать сигнал логической , поступающий с выхода компаратора 5, В этом случае очередной импульс, поступающий на шину тактовых импульсов, сдвигает реверсивный счетчик в обратном направлении, и напряжение на выходе устройства снижается дискретно на заданную величину. Снижение выходного напряжения за счет, тока нагрузки происходит до тех пор пока устройство не перейдет в зону широтно-импульсного регулирования (фиг. 2,а).Далее процессы в схеме повторяются.Для большей ясности на фиг. 2,д показаны эпюры напряжений:на шине тактовых импульсов, на фиг 2,е - импульсы на входе +1 и на фиг. 2,ж - импульсы на входе -1 реверсивного счетчика 10 для случая прямого и обратного счета.Выбирая число управляемых выпрямительных каскадов, можно дискретно регулировать выходное напряжение с заданной точностьк. и значительно повысить степень стабилизации за счет схемы широтно-импульсного регулирования.В связи с тем, что глубина широтно-импульсного регулирования импульсов обычно составляет доли процента, предлагаемый конвертор постоянного напряжения обладает рядом преимуществ, которые отсутствуют, в известных устройствах, а именно: - заданный уровень пульсаций обеспечивается применением фильтра с незначительной величиной реактивных элементов; - устройство обладает высоким быстродействием в условиях работы на динамическую нагрузку; - устройство может работать с сохранением указанных выше характеристик в широком диапазоне входных и выходных напряжений, так как форма напряжения не изменяется.1049876 и СоставитеТехред ИТираж 8дарственногоизобретенийЖ - 35, Рауит, г, Ужго Редактор Н. ЛазаренкоЗаказ 8424/44ВНИИПИ Госупо делам113035, Москва,филиал ППП Пате ль И, Никитин. Верес Корректор М. Демч74 Подписноекомитета СССРи открытийшскаи наб д. 4(5род, ул, Проектная, 4