Стабилизирующий конвертор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН И 9) ( 4 Н 02 М 3/337 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИ Л ТВ сторныи м тока 2 тора 3, 9, дели- ротно- илитель 5,об 7 тания /Под р зь,о СССР61 1984етри од- ма- наор то торы ре су ная площадь за период былю. 6 ил.(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникамвторичного электропитания, и можетбыть использовано в стабилизирован-.ных источниках питания с бестрансформаторным входом, Цель изобретения -повышение надежности, КПД и снижениеуровня электромагнитных помех путемисключения одностороннего подмагничивания выходного трансформатора, Стабилизирующий конвертор содержит двухтактный регулирующий транз преобразователь,1 с датчик в цепи выходного трансформ узел со впадения 8, триггер тель частоты на два 10, ш импул ьсный модуля тор 12, у обратной связи 13, компара сумматор 16, формирователь разного однополярного сигналазадающий генератор однополярны моугольных импульсов 18 и узелласования 19, При нарушении "ив силовой части преобразователя что приводит к одностороннему магничиванию выходного трансфортора 3, возникает разница в силах на выходе сумматора 16, котчерез широтно-импульсный модуля 12, триггер 9 и узел совпадениявоздействует на силовые транзиспреобразователя 1 так, чтобы длтельности выходных импульсов пепределились таким образом, чтоИзобретение относится к электротехнике, в частности к источникамвторичного электропитания, и можетбыть использовано в стабилизированных источниках питания с бестрансформаторным входом,Цель изобретения - повышение надежности, КЦД и снижение уровня электромагнитных помех путем исключения 10одностороннего подмагничивания выход-,.ногоо тр ансфор мат ор а.На фиг.1 представлена блок-схемаустройства; на фиг,2 и 3 - диаграммыработы при различных токах нагрузки 15и напряжениях сети; на фиг.4 и 5 -диаграммы работы при пуске; на фиг,брегулировочная характеристика усилителя обратной связи и передаточнаяхарактеристика узла согласования,20 Изобретение содержит двухтактныйрегулируемый транзисторный преобразователь 1, к выходу которого черездатчик тока 2 подключен выходной 25трансформатор 3, соединенный черезвыходные выпрямитель 4 и фильтр 5 снагрузкой 6, формирователь импульсов 7, выходамн соединенный с управляющими входами двухтактного регулируемого транзисторного преобр азователя 1, а входами - с узлом 8 совпадения, входы которого соединены с выходами триггера 9, делителя 10 частоты на два и формирователя 11 фиксированнойой паузы, . широтно-и мпул ьсныймодулятор 12, выход которого соединенс первым входом триггера 9, первыйвход широтно-импульсного модулятора12 соединен с выходом усилителя обратной связи 13, входы которого соединены с выходными выводами и источником 14 опорного напряжения; второйвход широтно-импульсного модулятора12 соединен с первым входом компарафтора 15 и выходом сумматора 16, вхо"дами подключенного к выходам датчика тока 2 и формирователя 17 пилообразного однополярного напряжения,вход которого соединен с выходом зада 50ющего генератора 18, синхронизирующимивходами широтно-импульсного модулятора 12 и компаратора 15 и входами делителя 10 частоты и формирователя 11фиксированной паузы, выход компаратора 15 соединен с вторым входомтриггера 9, а второй вход компаратора 15 через узел согласования 19 связан с выходными. выводами,На фиг2-4 используются следующиеобозначения: 20 - выходной сигнал э адающего генератора, 21 - выходнойсигнал формирователя пилообразногосигнала, 22 - выходной сигнал датчика тока, 23 - выходной сигнал усилителя обратной связи, 24 - выходнойсигнал сумматора, 25 - выходной сигнал узла согласования, 26 - выходнойсигнал широтно-импульсного модулято"ра, 27 - выходной сигнал компаратора,28 - выходной сигнал триггера, 29выходные импульсы преобразователя,30 - напряжение сети, 31 - время,32 - выходное напряжение на нагрузке.Лиротно-импульсный модулятор 12функцибнирует таким образом, что придостижении сигналом 24 в процессе егонарастания уровня сигнала 23 его выходной сигнал 26 изменяет логическийуровень. Компаратор 15 функционирует таким образом, что при достижениисигналом 24 в процессе его нарастания уровня сигнала 25 его выходнойсигнал 27 изменяет логический уровень, Подача выходного тактирующегосигнала задающего генератора 20 насинхрониэирующие входы широтно-импульсного модулятора 12 и компаратора 15 обеспечивает их возврат висходное состояние,Триггер 9 срабатывает при изменении уровня как сигнала 26, так и сигнала 27, Высокому уровню его выходного сигнала 28 соответствует открытое состояние силовых транзисторов,преобразователя 1, Делитель 1 О частоты и узел совпадения 8 обеспечивает необходимый порядок следованияимпульсов управления силовыми трайзисторамн преобразователя 1. Формирователь фиксированной паузы 11 обеспечивает фиксированную паузу междузапиранием одних силовых транзисторов преобразователя 1 и отпираниемдругих транзисторов, исключая возможность возникновения сквозных токов,Устройство работает следующим образом,При некотором допустимом токе нагрузки и некотором допустимом напряжении сети рабочая точка усилителя обратной связи 13 находится на участке ВГ его регулировочной характеристики, где выходной сигнал 25 узла согласования превышает выход1473040 бочая точка усилителя обратной связи13 переходит в точку Г, причем сигнал23 становится равным нулю, Длительность выходных импульсов 29 преобразователя при этом книмальна, Еслиток нагрузки устройства увеличивается (фиг, 2 а, в), то рабочая точкаусилителя 13 обратной связи перемещается в сторону точки В, длительность выходных импульсов 29 преобразователя увеличивается, и выходноенапряжение устройства стабилизируется, Если при данном токе . нагрузкипроизойдет увеличение напряжения сети30 (фиг, 2 а, .г), то рабочая точкаусилителя 13 обратной связи вновьпереместится в сторону точки Г, длительность импульсов преобразователя29 уменьшится и выходное напряжениестабилизируется,Фиг, 2 б, д соответствует состояниюустройства при максимапьном токе нагрузки, когда рабочая точка усилителяобратной связи 13 находится в точкеВ. Нри этом длительность выходных импульсов 29 преобразователя максимальна, Дальнейшее увеличение тока нагрузки (перегрузка) приводит к тому,что за счет увеличения амплитуды выходного сигнала 24 сумматора при постоянном максимальном сигнале 23 длительность выходных импульсов преобразователя 29 резко уменьшается гг,(фиг. 26, е), что приводит к уменьшению выходного напряжения 31 и сиг".нала 25. При этом рабочая точка усилителя обратной связи 13 перемещается в сторону точки А и сигнал 25становится меньше сигнала 23. В момент равенства нарастающего сигнала24 и убывающего сигнала 25 уровеньвыходного сигнала 27 компаратора иэ)меняется, что приводит к срабатываниютриггера 9, запиранию силовых тран-:зисторов преобразователя 1, уменьшению длительности выходных импульсов29 преобразователя и дальнейшему уменьшению выходного напряжения 32 и сигнала 25, При1этом уровень выходного сигнала 26широтно-импульсного модулятора 12остается постоянным и модулятор 12не оказывает влияния на работу устройства, Из (фиг. 2 б, е 1 видно,что при перегрузке максимальное значение тока, протекающего через первичную обмотку выходного трансформатора 3 и через силовые транзисторы ной сигнал 23 усилителя обратной связи, В момент появления сигнала 21 задающего генератора соответствующиесиловые транзисторы преобразователя1 открываются и на его выходе формируются импульсы 29 (фиг,2 а), В первичной обмотке выходного трансформатора 3 начинает протекать ток, равный сумме приведенного тока нагрузкии тока намагничивания, и на выходедатчика тока 2 появляется сигнал 22,амплитуда и скорость нарастания которого при отсутствии подмагничиванияопределяются током нагрузки и параметрами выходного 4 яльтра 5. Сигнал22 суммируется с выходным сигналомформирователя пилообразного сигнала21 и образованныи в результате этоговыходной сигнал сумматора 24 поступа 2 Оет на соответствующие входы широтноимпульсного модулятора 12 и компаратора 15, где производится его сравнение с сигналом 23 и сигналом 25 соответственно. При достижении сигналом 24 уровня сигнала 23 широтно-импульсный модулятор 12 срабатывает,выходной уровень сигналов 2 б и 28становится низким, силовые транзисторы преобразователя 1 запираются иимпульсы 29 закачиваются, Посколькусигнал 24 не достигает уровня сигнала 25, компаратор 15,не оказываетникакого влиянии на работу устройства,Если при работе устройства в дан 35ном режиме произойдет нарушение симметрии в его силовой части, например,за счет временного изменения падениянапряжения на силовых транзисторахпреобразователя 1, что приведет к 4 Оувеличению скорости нарастания тока.намагничивания и сигнала 24, а такжек увеличению амплитуды импульсов 29в один иэ полупериодов инвертирования (фиг. 2 пунктир), то выходное напряже ние 32 стремится уменьшиться, а выходкойсигнал усилителя обратной связи 23возрастет, что приведет к перераспределению длительностей импульсов29 таким образом, чтобы их суммарнаяплощадь за период инвертирования рав-.нялась нулю, Таким образом, возникновение несимметрии в силовой частиустройства не приводит к односторон-,нему подмагничиванию магнитопроводавыходного трансформатора,При уменьшении тока нагрузки донуля ( фиг, 2 а, б) выходное напряжение 32 стремится увеличиться и ра30406выходного сигнала датчика тока22, которая определяется как током нагруз ки, так и током намагничивания выходного трансформатора 3, то обеспечивается защита от любых возможных перегрузоксиловых транзисторов по току и отодностороннего подмагничивания, ,10 Т аким образом, в устройстве об еспечивается стабилизация выходного напряжения, исключение одностороннегоподмагничивания магятопровода выходногоо тр ансфор матор а и устр анение 15 перегрузок силовых транзисторов двухтактного регулируемого транзисторного 20 25 30 40 50 5 147преобразователя 1, ограничивается науровне, определяемом максимальнойвеличиной усиленного сигнала 23 рассогласования, а затем уменьшается помере уменьшения сигнала 25 и длительности выходного сигнала 27 компаратора, определяющей длительность. открытого состояния силовых транзисторов, Таким образом, обеспечивается автоматическая защита силовыхтранзисторов преобразователя 1 приперегрузках по току, Устранение перегрузки приводит к уменьшению скорос"ти роста тока в первичной обмотке.выходного трансформатора 3 и, следовательно, к увеличению длительностивыходных импульсов преобразователя ик автоматическому восстановлениювыходного напряжения устройства,Фиг,3 иллюстрирует работу устройства в режиме пуска, При ростевыходного напряжения устройства отнуля до номинальной величины выходной сигнал сумматора 24 сигнала достигает уровня сигнала 25, а затем,когда сигнал 25 становится большесигнала 23, сигнал 24 достигаетуровня сигнала 23. По мере перемеще"ния рабочей точки узла 19 согласования по участку ОБ в сторону точки Бдлительность выходных импульсов пре. образователя 29 .увеличивается, Начиная с точки Б, длительность импульсов 29 равна максимальной и определяется максимальным уровнем сигнала 23, Наличие в регулировочной характеристике усилителя обратной связи 13 участка БВ, на котором уровеньсигнала 23 является максимальным, асигнал 25 превышает сигнал 23, обеспечивает на участке БВ характеристики максимальную длительность выходных импульсов 29 преобразователя ифорсированное нарастание выходного напряжения устрой.ства, т, е, уменьшениевремени выхода на режим,В отличие от устройств с параметрическими узлами "мягкого запуска"в данном устройстве время выхода нарежим зависит от тока нагрузки, Прималых токах, когда пусковые перегрузки могут отсутствовать, время выходана режим уменьшается,Поскольку в процессе пуска дли-.тельность выходных импульсов 29 преобразователя изменяется постепенно,начиная от нуля, причем она тем меньше, чем больше скорость нарастания преобразователя по току в "статическом и динамическом режимах, Следствиемэтого является уменьшение амплитудного и среднего значения тока, протекающего через силовые транзисторы,з а счет чего уменьшается р ас сеи ваемая иья мощность, увеличивается надежность и КПД и снижается, уровеньэлектромагнитных помех,Формула изобретения Стабилизирующий конвертор, содержащий двухтактный регулируемый транэис торный преобразовательвс выходным трансформатором, через выходные выпрямитель и фильтр связанный с выходными выводаьк, формирователь импульсов, выходами соединенный с управляю щими входами двухтактного регулируемого транзисторного преобразователя,задающий генератор однополярных прямоугопьных импульсов, -выход которогоподключен к входу формирователя пилообразного однополярного сигнала, усилитель обратной связи, первый вход которого подключен к выходным выводам,второй вход - к выходу источникаопорного напряжения, а вывод - к первому входу широтно-импульсного модулятора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй входкоторого подключен к выходу компаратора, отличающийсятем,что, с целью повышения надежностиКЦД и снижения уровня электромагнитных помех путем исключения одностороннего подмагничивания выходного трансформатора, дополнительно введены датчик тока, сумматор, узел согласования, выходной сигнал которогопрямопропорционален входному сигналу, делитель частоты на два, формиро 14 73040ватель фиксированной паузы и узелсовпадения, причем выходной трансформатор подключен к выходу двухтактного регулируемого преобразователя через датчик тока, выход которого подключен к первому входу сумматора,второй вход которого соединен с выходом формирователя пилообразногооднополярного сигналаа выход - свторым входом широтно-импульсногомодулятора и первым входом компаратора, второй вход которого черезузел согласования связан с выходными выводами, а третий синхронизирующййвход компаратора соединен с третьим: синхронизирующим входом широтно-им"пульсного модулятора и подключен квыходу задающего генератора, соеди"ненному с входами делителя частотына два и формирователи фиксированной паузы, выходы которых подклю чены соответственно к первому и второму входам узла совпадения, третийвход которого подключен к выходу- триггера, а выходы - к соответствующим входам формирователя импульсов.