Регулируемый преобразователь постоянного напряжения

(56) 1. Авторское свидетельство СССРФ 419877, кл. 6 05 Р 1/64, 197.2. Авторское свидетельство СССРВ 877737, кл. Н 02 М 3/335, 1980.3. Патент ФРГ У 2544006,кл. Н 02 М 3/335, 1977.(54) (57) РЕГУЛИРУЕМЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ,содержащий узел управления с широт-,но-импульсным модулятором, подклю-ченный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичными полуобмот- .ками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям, дроссель, первичная обмотка которого включена между входным выводом и входом усилителя мощности, а его вторичная обмотка через .рекуперационный диод подключена квходным выводам, от л н ч а ю щ и йс я тем, что, сцелью расширенияфункциональных возможностей путемпреобразования широтно-импульсноймодуляции в амплитудную при работена емкостную нагрузку, введеныдва конденсатора, тридиода н дополнительный дроссель, а указанный усилитель мощности выполнен по мостовой схеме, в диагонапь переменноготока которого включены первичныеполуобмотки выходного трансформато."ра, вторые выводы которых соединены .между собой через два последовательно включенных конденсатора, зашунтированных первыми двумя диодами,причем точка соединения конденсаторов через третий диод и дополнительный дроссель подключена к входномувыводу.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах при разработке Источников вторичного электро питания с.многоканапьным выходом.5Известен преобразователь-стабили; затор напряжения, который содержит задающий генератор, двухтактный усилитель мощности с трансформатор. ным входом и вьиодом, силовой выпрямитель,со сглаживающим фильтром, широтно-импульсный модулятор, вклю 1 ченный между средним выводом обмотки трансформатора задающего генератора и эмиттерами транзисторов усили. 5 теля мощности 113Однако современная радиоэлектронная аппаратура требует для питания несколько номиналов напряжения, поэтому при выполнении таких преоб разователей-стабилизаторов многоканальными 1 преобразователей напря жения с несколькими номиналами вы.ходного напряжения) необходимы дрос-. сели соответственно числу выходов, 25 Кроме того, в преобразователе входной ток имеет большую пульсацию, а при насьпцении силового трансформатора, например при коротком замыкании нагрузки, ток силовых транзис. торов превышает .допустимое значение.Известен также преобразователь содержащий задающий генератор, широт. но-импульсный модулятор, усилитель мощности на силовьи транзисторах с вьиодным трансформатором,.средняя точка первичной обмотки которого соединена через первичную обмотку нелинейного дросселя с входным выво-дом, который через диод и вторичную обмотку этого дросселя связан с общим выводом, а третья обмотка дросселя включена между выходным выпрямителем и фильтром . В таком преобразователе ограничение тока силовых45 .транзисторов при насыщении трансформатора достигается введением 95 -триг гера, подключенного входом к обмотке входного дросселя, а выходом к ключе. вому элементу, который при насыщЕении обмотки трансформатора шунтирует управляющий вход широтно-импульсного модулятора 21.Недостаток данного устройства - 55 неудовлетворительные функциональные возможности и надежность, обусловленные тем, что при выполнении такого преобразователя многоканальным необходимо в каждом канале выходе) включать отдельный сглаживающий дроссель, а выход каждого канала долженбыть связан с входным дросселем, приэтом действие перегрузки устраняетсятолько по цепи управления силовымитранзисторами.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является преобразователь напряжения, содержащийузел управления с широтно-импульсным модулятором, подключенный куправляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с.двумяпервичными полуообмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям,дроссель, первичная обмотка котороговключена между входным выводом и точой соединения указанных полуобмоток,а его вторичная обмотка через реку"перационный диод подключена.к входнымвыводам, при этом усилитель мощности выполнен по двухтактной схеме сосредней точкой первичной обмоткутрансформатора 31.Недостатком известного преобразователя является то, что в каждомвыходном канале необходимо включать сглаживающий дроссель, при этомдействие перегрузки устраняетсятолько по цепи управления силовымитранзисторами, что усложняет схемузащиты и уменьшает функцйональныевозможности за счет невозможностиработы на вьиодные выпрямители с емкостным фильтром.Цель изобретения - расширениеФункциональньи возможностей путемпреобразования широтно-импульсноймодуляции в амплитудную при работена емкостную нагрузку,Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий узел управления с широтно-импульсным модулятором, подключенный к управляющим входам усилителя мощности с выходным трансформатором с двумя первичными полуообмотками и несколькими вторичными обмотками, подключенными к выходным выпрямителям дроссель, первичная обмотка которого включена между входным выводом и входом усилителя мощности, а его вторичная обмотка через рекуперационный диод подключена к входным выводам, введены два конденсатора,127055 три диода и дополнительный дроссель,а указанный усилитель мощности.выпол"нен по мостовой схеме, в диагональпеременного тока которого включены первичные полуобмотки выходного трансформатора, вторые выводыкоторых соединены между собой черездва последовательно включенных конденсатора, зашунтнрованных первымидвумя диодами, причем точка соедине Ония конденсаторов через третий диоди дополнительный дроссель подключена к входному выводу.На фиг.1 приведена структурнаясхема регулируемого преобразователя постоянного напряжения; нафиг.2 - .диаграммы, поясняющие принципработы преобразователя.. Преобразователь. содержит задающий генератор 1, модулятор шириныимпульсов 2 с компаратором 3 и выходным транзистором 4, усилитель мощности 5 на силовых транзисторах 6-9,первичные обмотки 10 и 11 трансформатора 12, конденсаторы 13 и 14, шун тирующие диоды 15 и 16 и третий ди-од 17, дополнительный дроссель 18,первичную обмотку 19 входного дросселя 20 и его вторичную обмотку 21,рекуперационный диод 22, выпрямите% 30ли 23 со сглаживающими конденсатора 1ми 24, нагрузки 25.Выход задающего генераторагенератора Роэра) подключен к входумодулятора ширины импульсов 2,например, построенному по вертикальному принципу, основанному на сравнении сигнала управления (УПР) с сиг:налом пилообразной формы на компараторе 3, выход которого подключенк управляющему входу ключа 4, шунтирующего через выпрямитель выходнойтрансформатор широтно-импульсногомодулятора 2. Мостовой усилительмощности 5 образован транзистора"ми 6 и 7, соединенными эмиттерамии ф 5транзисторами 8 и 9, соединеннымиколлекторами, диагональ моста образована соединением коллектора транзистора 6 с эмиттером транзистора 8 и колпектора транзистора 7,.с э 0эмиттером транзистора 9.Конец обмотки 10 и начало обмотки11 трансформатора 12 соединены соответственно с отрицатЕльными вывода- уми конденсаторов 13 и 14, зашунтированных соответственно диодайи 15и 16 в обратном направлении. Соединекие катодов диодов 15 и 16 с поло" жительными выводами конденсаторов 3 и 14 образует среднюю точку - вывод, к которому подключен анод диода 17, катодом соединенным через дроссель 18 с коллекторами транзисторов 8 и 9 и положительным выводом для подключения источника пи-. тания. Начало обмотки О и конец об-. мотки 11 трансформатора 12 подключены к диагонали моста квыходу) уси" лителя мощности 5. Эмиттеры транзисторов 6 и 7 подключены через первич-" ную обмотку 19 дросселя 20 к отрицательному выводу источника питания. Вторичная обмотка 21 дросселя 20 через рекуперационный диод 22 подключена к выводам для подключения источника питания. Выпрямители 23 подключены входами к выходным обмоткам . трансформатора 12, а выходами к емкостным фипьтрам - конденсаторам 24 и к нагрузкам 25. Задающий генера" тор 1 предназначен для поочередного переключения транзисторов 8 и 9, а модулятор 2 - для поочередного переключения транзисторов 7 и 6 с паузой во времени по отношению к транзисторам 8 и 9.На фиг. 2 .а,б, изображены диаграммы, где О - напряжение на выходе задающего генератора 1; 02 - напряжение на выходе модулятора ширийы импульсов 2; 1 з- напряжение на входе моста усилителя мощности 5; Уо - напряжение на обмотке 19 дросселя 20; 0 з,- напряжение на выходеусилителя мощйости 5; 11 +0 суммарное напряжение на конденсаторах 13 и 14; Ейян, Еж - минимальное и максимальное значение напряжения на входе преобразователя;угол регулирования модулятора 2;1 - напряжение на обмотках трансфор матора 2, 0 - его амплитудное значение; 1 В - ток транзистора 8 1 з - входной ток преобразователя;1 - ток выпрямителей 23. Фиг 2 с соответствует минимальному значению входного. напряжения Е и углу регулирования ф 6 О, фиг. 2 б - максимальному значению входного напряжения Ед и углу регулирования Ж Регулируемый преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.В один полупериод напряжения за дающего генератора 1 открыты ключи 8 и 7 а во второй полупериод - . ключи 9 и 6 усилителя мощности 5. Для регулирования напряжения на об мотках трансформатора 12 с амплиту.дой. 0 при минимальном входном напряжении угол регулирования Ж пауза в выходном напряжении модулятора 2) .устанавливается равным нулю, поэто му ключи 6 и 7 открываются одновременно соответственно с ключами 9 и 8(фиг. 28) .При этом в первый полупериод работы генератора 1 про-. исходит заряд конденсатора 14 н раз ряд конденсатора 13, который был заряжен в предыдущий полупериод, по цепи: положительный вывод источни" ка питания - открытый транзистор 8 . обмотка 10 трансформатора 12 - кон- рО денсатор 13 1 диод 15) " конденсатор 14 - обмотка 11 трансформатора 12 - открытый транзистор 7 - обмотка 19 дросселя 20 - отрицательный вывод источника питания, 25Во второй полупериод напряжения задающего генератора 1 происходит заряд конденсатора 13 и разряд конденсатора 14 по цепи: положительный вывод источника питания - от-. крытый транзистор 9 - обмотка 11 трансформатора 12 - конденсатор 14 1 диод 16) - конденсатор 13 ббмотка 10 трансформатора 12 - открытый транзистор 6 - обмотка 19 ,дросселя - отрицательный вывод .источника питания.Включение дросселя 20 на входе преобразователя обеспечивает нарас тание напряжения на входе усилителя 5 по пилообразному закону (фиг.2 с 11 , 00) и практический постоянный ток с малой пульсацией на входе преобразователя (фиг.24, Вх), при этом напряжение45 на конденсауорах 13 и 14 изменяется также по пилообразному закону (фиг,20, П 1 + 014).Напряжение на обмотках трансфор. матора 12 равно алгеьраической сумме напряжения на выход усилителя 5, (фиг 2 в Прюых) и напряжения наконденсаторах 13 и 14 (фиг.2, 0 +014).Разность мгновенных значений этих напряжений образует на обмотках трансформатора 12 геременное напряжение, форма которого близка к прямоугольной (фиг.2, Ц 2). Выпрямленное напряжение выпрямителями 23 и сглаженное конденсаторами 24 поступаетна выходы преобразователя 1 на нагрузки 25), ток выпрямителей 23имеет форму, близкую к выпрямленнойсинусоиде фиг.2 а, 3 ) . С увеличением напряжения на входе преобразователя от Ецдо Емчнапряжением УПР компаратора 3 в модуляторе 2 соответственно увеличивается угол регулирования Ю 1, фиг.25,11) . В .результате транзисторы 6 и7 усилителя 5 открываются со сдвигом во времени по отношению к транзисторами 9 и 8. Напряжение пилообразной формы на выходе усилителя 5 начинает формироваться вмомент окончания паузы напряжения навыходе модулятора 2 (фиг.25,05 алых)В то же время к обмотке 10 трансформатора 12 в первый полупериоднапряжения задающего генератора 1через дроссель 18, диод 17 и открытый транзистор 8 прикладывается напряжение на конденсаторе 13 фиг.26,38), поэтому форма напряжения на обмотках трансформатора 12 остаетсяблизкой к прямоугольной. В моментыпаузы управляющего напряжения модулятора 2 энергия, запасенная в дросселе 20, возвращается в источник через обмотку 21 и диод 22 - осуществляется рекуперация энергии преобразователя и входной ток преобразователя 1 ех на время паузы напряжения на выходемодулятора 2 меняет свое направление (фиг,28 Э вх)Ток же через диоды 23 в моменты паузыуправляющего напряжения не прерывается фиг.26, ) . Поскольку приизменении угла регулирования М, изменяется момент начала формирования пилообразного выходного напряжения иа выходе усилителя 5, соответственно изменяется и величина этого напряжения в момент окончанияполупериода, т.е, амплитуда пилообразного напряжения, а так как напряжение на обмотках трансформаторасуммируется с напряжением на конден.саторах 1 З.и 14, то в преобразова.теле регулируется и амплитуда прямоугольного напряжения на обмоткахтрансформатора. На фиг,2 показано,что напряжение цц на обмоткахтрансформатора 12 остается практическинеизменным при Е А и Ед, 1 длясоответствующего угла регулирования ф 6) . Дроссель 18, включенныйпоследовательно с диодом 17, исключа"ет броски тока через выпрямители 23при разряде конденсаторов 13 и 14 на.обмотки 1 О и 11 трансформатора 12,обусловленные зарядом конденсато- , 5ров 24. В"предлагаемом преобразователеформа напряжения на обмотках транс.фбрматора близка к прямоугольной 10и с изменением угла регулированияЖ регулируется по амплитуде: амплитудное значение напряжения на обмотках трансформатора уменьшаетсяс уве.личением угла регулирования К ,Поэтому нри выполнении преобразователямногоканальным на каждом выходе достаточно включить только конденсаторы в известных же схемах многоканальных преобразователей с широтноимпульсным принципом регулированиянапряжения необходимо на каждом вы-.ходе устанавливатьи дроссели. Прикоротком замыкании любого иэ выхо-.дов преобразователя длительность импульсов входного тока ограничивает, ся током заряда конденсаторов 13 .и 14 , а их амплитуда - входнымдросселем . Такое построение преобразователя позволяет формировать на каждой обмотке выходного трансфорМатора, нагруженной на выпрямитель с емкост" ным Фильтром, переменное напряжение прямоугольной Формы, регулируемое по амплитуде за счет сложения широтно-регулируемого ступенчато-пилообразного напряжения на выходе моста с пилообразным напряжением на последовательно соединенных конденсаторах, зашунтированных диодами, т.е. позволяет преобразовать широтно-импульсную модуляцию напряжения в амплитудную и вместе с тем обеспечить самозащиту силовой части преобразователя так как бросок тока короткого замыкания нагрузки ограничивается,по амплитуде входным дросселем, а его длительность - временем заряда конденсаторов. Все это расширяет функциональные возможности преобразователя: позволяет при широтно-импульсном принципе регулирования выходного напряжения увеличивать число выходов ( каналов) преобразователя при под- ключении к вторичным обмоткам транс" форматора емкостных выпрямителей.Ь127055 43 Тираж .666НИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыт 13035, Москва, Б, Раушская на Подписно Закав 8753 г.ужгород, ул.Проектная