Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

у4 Ф ОЮЗ СОВЕТЬНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК М 3/3 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН о СССР 1987. БРАЗОВА в нагрузток на ет энергПри эт едельноа импуль сбрасыв аоборот куувыхоАорму епрерывнуюов тока сничастота ет пр аетс вели за, а и вое, чт вень пу ния. 2 з иваетсянижает Уо напряж ы саций ф-л(ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬГГИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения(54) СТАБИЛИЗИРОВАННИИ ПРЕОТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникамвторичного питания. Целью изобретения является снижение уровня пульсаций выходного напряжения путемуменьшения переменной составляющейтока на выходе Устройство содержитосновной и дополнительный преобразователи напряжения на транзисторах 5и 29 и накопительных дросселях 1,801446678 и 25, выходные обмотки 3 и 27 которых через выпрямители 6 и 30 подключены к выходным выводам 23 и 24.Коллектор силового транзистора 5связан с базой силового транзистора29 через последовательно соединенные блоки формирования временногоинтервала 35 и Нормирования запускающих импульсов 32Связь между силовыми транзисторами 5 и 29 осуществлена так, что циклы работы второгопреобразователя сдвинуты на тактотносительно циклов работы первого11 э обретение относится к электротехнике, в частности к источникамвторичного питания, и является усовершенствованием изобре:.ыл ло5авт. св. Р 1283906Цель изобретения - снижение уровня пульсаций выходного напряженйяпутем уменьшения переменной составляющей тока на выходе. 10На чертеже представлена электрическая схема стабилизированногопреобразователя постоянного напряжения аСтабилизированньгй преобразовательсостоит из основного преобразователч, .содержащего накопительный дроссель 1с обмотками входной 2, выходной3 и обратной 4 связи, силовой транзистор 5, силовые выпрямитель и 20Фильтр, условно объединенные вблоке 6, вспомогательный транзистор"ный ключ 7, последовательную РС-цепочку 8 с резистором 9 и конденсатором 10, компаратор 11, делитель нап ряжеия с резисторами 12 и 13, вспо: могательный блок 14 выпрямпения и сглаживания, блок 15 временной задержки, блок 16 запускающих импульсов с двухвходовым элементом 2 И 17, инвертором 18 и нуль-органом 19, блок 20 обратной связи, выполненный по схеме диФФеренциального усилителя с оптронным выходом, блок 21 первоначального запуска, Схема содержит клемму 22 для подключения потенциального вывода первичного источника питания, а также клеммы 23 и 24 для подключения нагрузки.Коллектор силового транзистора 5 через входную обмотку 2 накопительного дросселя 1 соединен с клеммой 22, а эмиттер Одключен к нине нулевого потенциала. Блок 6 с силовым выпрямителем и Фильтром включен между выходной обмоткой 3 накопитель 4 ного дросселя 1 и клеммами 23 и 2 К вьходу блока 6 подключен вход блока обратной связи. Вход вспомогательного блока 14 выпрямпения и сглаживания соединен с обмоткой 4 Обратной связи накопительного дросселя 1, подключенного через балластный резистор (не показан) к эмиттер-базовому переходу силового транзастора 5.Последовательная ВС-цепочка 8 включена параллельно обмотке 4 обратной связи накопительного дросселя 1, Вспомогательный транзисторный ключ 7 включен параллельно эмиттербазовому переходу силового транзистора 5. Вход резистивного делителя 12,13 напряжения "одкгю:=н к двходу вспомогательного 1 локв 4 ьыпрямления и сглаживания, а ввход - к одному иэ входов компаратора 11. Другой вход компарато 1 ":Оег нен с выводами к иден, .:.: ": Осяедовательной КС-цепочки 8, а его выход через блок 15 временной задержки - с цепью упраьления вспомогательного транзисторного ключа 7. Выход блока 20 обратной связи включен параллельно резистору 13 делителя 12,13 напряжения, Блок 21 первоначального запуска включен между клеммой 22 и выходом вспомогательного блока 14 выпрямления и сглаживания, Первый вход блока 16 Формирования запускающих импульсов (вход нуль-органа 19) соединен с выводами обмотки 4 обратной связи накопительного дросселя 1, второй вход (вход инвертора 18 ) - с выходом блока 15 временной задержки, а выход (выход элемента 2 И 17 )" с цепью управления силового транзистора 5. В блоке 16 Формирования запускающих импульсов выходы нуль- органа 19 и инвертора 18 подключены к входам элемента 2 И 17.Кроме того, имеется дополнительный преобразователь, содержащий накопительный дроссель 25 с обмотками входной 26, выходной 27 и обратной связи 28, силовой транзистор 29, силовой выпрямитель 30, вспомогательный транзисторный ключ 31, блок 32 Формирования запускающих импульсов с двухвходовым элементом 2 И 33 и нуль-органом 34 и блок 35 формирования временного интервала. Коллектор силового транзистора 29 через входную обмотку 26 соединен с клеммой 22, а эмиттер подключен к шине нулевого потенциала,Силовой выпрямитель включен между выходной обмоткой 27 накопительного дросселя 25 и клеммаьи 23 н 24,. Обмотка 28 обратной связи накопительного дросселя 25 подключена через балластный резистор (не показан) к эмиттер-базовому переходу силового транзистора 29. Вспомогательный транзисторный ключ 31 включен паралллельно эмиттер-базовому переходу силового транзистора 29.з 14Первый вход блока 32 эапускакюпнх импульсов (нход куль-органа 34) соединен с выводами обмотки 28 обратной связи накопительного дросселя 25, а выход (выход элемента 2 И 33 )- с цепью управления силового транзис-, тора 29, В блоке 32 форми 1 ования запускающих импульсов выход нуль-органа 34 подключен к одному из входов элемента И 33.Блок 35 Формирования временного интервала содержит первый 36 и второй 37 транзисторы, резисторы 38-40; конденсатор 41 и резистивный делитель 6 с резисторами 42 и 43. Коллектор первого транзистора 36 через резистор 38, в также база и коллектор второго транзистора 37 соответствен" но через резисторы 39 и 40 подключе" ны к выходу вспомогательного блока 14 выпрямления и сглаживания первого ПН. Конденсатор 41 включен между коллектором первого транзистора 36 и базой второго транзистора 37. Реэистивный делитель, состоящий из реэис" торов 42 и 43, подключен параллель" но коллектор-эмиттерному переходу силового транзистора 5 первого ПН,Вход блока 35 (базовый вывод первого транзистора 36) соединен со средней точкой делителя.из резисторов 42 и 43, Первый выход блока 35 (коллектор,транзистора 37 ) соединен с одним из входов элемента 2 И 33 блока 32 Формирования запускающих импульсов, Второй выход (эмиттер транзистора 37) подсоединен к цепи управления вспомогательного транзисторного ключа 31, Эмиттер транзистора 36 подключен к шине нулевого потенциала.Работу преобразователя рассмотрим для установившегося режима, когда на его выходе (клеммы 23 и 24) поддерживается определенное напряжение и подключена нагрузка. При этом будем считать, что с помощью блока 21 первоначального запуска осуществлен запуск преобразователя и питание элементов преобразователя осуществляется с выхода вспомогательного блока 14 выпрямпения и сглажива" ния.Вначале рассмотрим работу .основного преобразователя с момента запираниясилового транзистора 5. Принятому состоянию силового транзистора 5 соответствуют следующие состояния упраапяющих цепей. Напряжение наконденсаторе 10 выше напряжения нарезисторе 13. Компаратор 11 находится в состоянии с нулевым выходнымнапряжением. На выходе блока 15 вре"менной задержки присутствует единич-,ный сигнал, а на выходе блока 16 формирования запускакюих импульсовнулевой сигнал. Вспомогательный тран- .зистор 7 открыт. Здесь и далее потексту сигнал высокого уровня нввходе или выходе элемента схемы управления считается. единичным, асигнал низкого уровня - нулевым.При эапирании силового транзистора напряжение на обмотках накопитель"ного дросселя изменяет свою полярность. Поэтому с выходной обмотки 3трансформируется импульс тока в цепьнагрузки через выпрямитель 6. Одновременно напряжением отрицательнойполярности с обмоткой 4 обратной свя-зи разряжается конденсатор 10 и нв дежно удерживается в закрытом состоянии силовой транзистор. При снижении напряжения на конденсаторе 10.до величины, несколько меньшей напряжения на резисторе 13, переключа- ЗО ется компаратор 11 в единичное состояние по выходу и запускается блок15 временной задержки.Через промежуток времени задержки,Вйз на выходе блока 15 временной 35задержки появляется нулевой сигнап.Этим сигналом закрывается вспомогательный .транзисторный ключ 7. Одна",ко,силовой транзистор 5 продолжаетудерживаться в закрытом состоянии 4 О отрицательным напряжением, наведен+ным в обмотке 4 обратной связи накопительного дросселя 1. Этим напряжением нуль-орган 19 удерживаетсяв нулевом состоянии по выходу и 4 на выходе элемента 2 И 17 присутству-ет нулевой сигнал.Нуль-орган 19 формирует единич"ный сигнал на выходе при наличии нулевого входного сигнала и нулевой нввыходе при любой полярности входного,В момент времени, когда заканчивается сброс тока с выходной обмотки3 накопительного дросселя 1 в нагрузку и направление, наведенное в обмотках выходной 3 и обратной 4 свя"эи, становится равным нулю, нв выходе нуль-органа 19 появляется- единичный сигнал, под действием кото"рого на выходе блока 16 формирова"46678 5 10 15 5 1(ния эапускяюшх импульсов появляетсяединичный сигнал. В базовую цепьсилового транзистора 5 подается запускающий импульс тока и последнийоткрывается. В результате к входнойобмотке 2 дросселя 1 прикладываетсяпостоянное входное напряжение иток в этой обмотке начинает линейнонарастать, и соответственно запасается энергия электромагнитного поля.Под действием напряжения, наведенного в обмотке 4 обратной связи дросселя 1, заряжается конденсатор 1 О последовательной ВЯ-цепочки,а нуль-орган 19 переключается в нулевое состояние по выходу, снимаязапускающий импульс тока, 1;иловойтранзистор 5 удерживается в открытомсостоянии положительным напряжениемс обмотки 4 обратной связи.Когда напряжение иа конденсаторе1 О КС-цепочки 8 сравняется, а затемпревзойдет напряжение на резисторе13, компвратор 11 Йереключается всостояние с нулевым сигналом нв выходе. Одновременно переключается вединичное состояние по выходу блоквременной задержки. Единичным сигналом с выхода блока временной задержки открывается вспомогательный .транзистор 7 и соответственно закрывается силовой транзистор, При этом накопленная за время заряда конденсатора 10 энергия электромаг": нитного поля во входной обмотке 2 передается через выходную обмотку 3 на выход устройства в виде импульса тока, имеющего Форму "прямоугольного треугольника". Далее процессы, повторяются в укаэанной последовательности, Для оптимального соотношения параметров силовой части пре" образователя длительность накопления тока в входной обмотке равна длительности передачи импульса тока в цепь нагрузки.Теперь рассмотрим работу дополни" тельного преобразователя, управляемого сигналами блока 35 в эависимос" тн от работы основного преобразователя.Когда открывается силовой транзистор 5 основного преобразователя, напряжение на переходе коллектор " эмиттер становится равным нулю, Этим нулевым снгнапом через реэистивный делитель 42, 43 напряжения надежно закрывается транзистор 36 линии 20 25 30 35 40 45 50 55 35 задержки, Через резистор 38 блока 35 происходит заряд конденсатора 41 и открывается транзистор 37. То" ком, протекающим через резистор 40 и транзистор 37 линии задержки, открывается вспомогательный ключ 31, щунтируя своим выходом база-змиттерный переход силового транзистора 29, надежно запирая последний. Одновременно нулевым сигнапом с коллектора транзистора 37 элемент 2 И 33 блока 32 Формирования запускающих импульсов удерживается в состоянии с нулевым уровнем сигнала на выходе.При этом электромагнитная энергия, накопленная.в обмотке 26 дросселя 25,в предыдущий отрезок времени, передается через выходную обмотку 27 ,накопительного дросселя 25 и выпрямитель 30 на выход устройства ввиде импульса тока.В момент запирания силовоготранзистора 5 основного преобразователя напряжением с средней точки реэистивного делителя 42, 43 открыва" ется транзистор 36 и начинается пере- заряд конденсатора 41 через резистор39 и открытый транзистор 36.При этом запирается транзистор 37 и соответственно запирается вспомогательный ключ 31. С коллектора за" пертого транзистора 37 сигнал высокого уровня подается иа первый вход элемента 2 И 33 блока 32. В момент времени, когда заканчивается сброс тока с выходной обмотки 27 дросселя 25 через выпрямитель 30 в нвгруэ" ку, напряжение, наведенное в выход" ной обмотке 27 и обмотке 28 обратной связи, становится равным нулю. Это ведет к переключению нуль-органа 34 блока 32 в единичное состояние по вы. ходу, а на выходе элемента 2 И 33 (выходе блока 32 ) появляется единичный сигнал. Под действием этого сигнала в базу силового траизисто" ра 29 подается запускающий импульс тока и последний открывается В результате к входнсй обмотке 26 дросселя 25 прикладывается постоянное входное напряжение и ток в этой об" мотке начинает линейно возрастать. Под действием положительного напряжения, наведенного в обмотке 28 обратной связи дросселя 25, дополнительно подается ток в базовую цепь силового транзистора 29 и последний удерживается и открытом состоянии.5 10 15 20 25 30 7 14 Нуль-орган 34 этим сигналом перево-дится в нулевое состояние по выходу, блокируя запускающий импульс тока с выхода элемента 2 И 33 блока 32 Формирования запускающих импульсов.Длительность открытого состояния силового транзистора 29 равна длительности разряда конденсатора 4 линии задержки, Путем выбора одинаковых значений резисторов 38 и 39 цепей заряда и переэаряда конденсатора 41 достигается равенство длительностей открытого состояния силовых транзисторов основного и дополнительного преобразователей. Поэтому ток во входной обмотке 26 дополнительного преобразователя повторяет Форму тока н основном преобразователе, При одинаковых обмоточных данных накопительных дросселей 1 и 25 токи аналогичны и во вторичных обмотках.Таким образом, при организации симметричного цикла работы основного преобразователя (время накопления энергии в виде роста тока в входной обмотке 2 равно времени отдачи энергии в нагрузку в виде им" пульса тока в выходной обмотке 3)и равенстве длительности разряда конденсатора 41 его длительности заряда дополнительный преобразователь также работает по симметричному циклу. Циклы работы второго преобразователя сдвинуты на такт относительно циклов работы первого (когда первый накапливает энергию, второй сбрасывает энергию в нагрузку, когда первый сбрасывает энергию в нагрузку, второй накапливает энергию).Общий ток, текущий в Фильтрующий конденсатор блока 6 и в нагрузку, имеет предельно непрерывную ФормуПри отклонении выходного напряжения преобразователя от заданного значения, например по причине повы" щения напряжения первичногоисточника питания, блок 20 обратной связи устраняет возникшее отклонение следующим образом, При превышении выходного напряжения над заданным на выходе дифференциального усилителя блока 20 обратной связи появляется сигнал, шунтирующий резистор 13. Напряжение на средней точке делителя 12, 13 и соответственно на неинвертирующем входе компаратора 11 уменьшается, При этом переключение 46678 8 компаратора 11 в нулевое состояние по выходу происходит при меньшем напряжении на конденсаторе 10 КС-цепочки 8. Это выэынает уменьшение времени открытого состояния силового транзистора 5, уменьшение энергии, эапасаемой в дросселе 1 и отдаваемой в нагрузку и соответственно уменьшение времени открытого состояния силового транзистора 29 и уменьшение энергии, запасаемой в дросселе 25 и отдаваемой в нагрузку. В результате преобразователь стабилизирует выходное напряжение, а количество передаваемой с входа на выход энергии всегда равно энергии, потребляемой в нагрузкеЗа счет реализации н устройстве поочередной работы первого и второго преобразователей ток в нагрузке приближается к предельно непрерывной форме, поэтому амплитуда импульсов тока в нагрузке снижается в дна раза, а их частота повышается вдвое, Поэтому уровень пульсаций в выходном нап" ряжении снижается в четыре раза. Формула изобретения 1. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения по авт.св. Р 1283906, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения уровня пульсаций выходного напряжения путем уменьшения переменной составляющей тока на выходе, в него введены дополнительный преобразователь, силовая часть которого, нключающая в себя силоной транзистор, накопительный дроссель с обмотками входной, выходной и обратной связи, силовой выпрямитель и вспомогательный транзисторный ключ выполнена аналогично основному преобразователю, 45а также блок Формирования временного интервала, резистивный делитель и блок Формирования запускающих импульсов, причем вход блока формиронания временных интервалов подключен 50к коллектору силового транзистора основного преобр аз онателя через резистивный делитель, первый выход соединен с первым входом блока формирования запускающих импульсов, второй 55выход - с управляющим входом вспомогательного транзисторного ключа, второй вход блока формирования запускающих импульсов соединен с выСоставитель И.ВойтовичТехред Л.Сердюкова Корректор О, Кравцова Редактор В.Данко Заказ 6753/56Тираж 666 Подписное ВНИ 11 ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЮ 1 Т СССР 113035, .Москва, Ж, Раушская яаб д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная 4 9 14 водом обмотки обратной связи, а выход - с базой силового транзистора.2 Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок фОрмирования временных интервалов содержит первый и второй транзисторы, коллектор первого, база и коллектор второго транзисторов подключены соответственно через первый, второй и третий резисторы к выходу вспомогательного блока выпрямления и сглаживания основного преобразователя, при этом первый и второй резисторы имеют одинаковое сопротивление, и конденсатор, включенный между кол 46678 10лектором первого и базой второготранзистора, базовый вывод первоготранзистора является входом, а коллектор и эмиттер второго транэисто"ра являются соответственно первым ивторым выходами блока.3, Преобразователь по п.1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блок 1 О формирования запускающих импульсовсодержит элемент И, выход которогоявляется выходом блока, и нуль-орган,выход которого подключен к второмувходу элемента И, а первый вход эле мента И и вход нуль-органа являютсясоответственно первым и вторым входаи блока.