Устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 52062 159 4 Н 02 12 СПИ САНИ РЕТЕНИЯ радиоэлек ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(53) б 21,316925,4(088,8) (5 б) Авторское свидетельство СССР 11 ф 836720, кл, Н 02 Н 7112, 1979,Авторское свидетельство СССР 9 1089733, кл, Н 02 Н 7112, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлекИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано вустройствах .электропитаниятронной аппаратуры,Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения и расширение области применения преобразователя путем расширения диапазонарегулирования выходного напряжения иувеличения коэффициента усиления цепи обратной связи,На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -пояснительные временные диаграммы,Устройство для управления и защитыстабилизированпого преобразователяпостоянного напряжения, выполненногопо схеме двухтактного конвертора,включающего силовой трансформатор 1с выпрямителем 2 и 1.С-Фильтром 3 на тронной аппаратуры, Цель изобретения - повышение качества выходногонапряжения и расширение области егоиспользования - достигается благодаря введению в устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения .формирователя импульсов паузы и управляемого ключа, шунтирующего одиниз входов компаратора широтно-импульсного модулятора, в результате чегов выходном напряжении широтно-импульсного модулятора формируются паузы снулевым напряжением и исключаетсярежим сквозных токов в работе силовых ключей преобразователя, 2 ил,вторичной и с силовыми транзистор-.ными ключами 4 и 5 на первичной сто- ыроне, содержит широтно-импульсньп мо- фдулятор (ШИМ) 6, выходы которого подключены к управляющим входам ключей 4 фаи 5, один из входов вместе с входомгенератора пилообразного напряжения(ГПН) 7.подключен к выходу задающ)егогенератора (ЗГ) 8, а другой вход подключен к выходу компаратора 9, инвертирующий вход которого подклочек к выходу блокировки аварийного режимаблока 10 защиты, а неинвертирующийвход вместе с входом блока 1 О защитычерез токоорганичивающий резистор 11подключен к выходу усилителя 12 постоянного тока цепи обратной связи,неинвертйрующий вход которого подключен к источнику 13 опорного напряжения, а инвертирующий . - к выходу бло 1520623кировки переходного процесса блока 1 Озащиты непосредственно и к выходупреобразователя через развязывающийрезистор 14, Выход ЗГ 8 через форми 5рователь 15 импульсов паузы подключен к управляющему входу управляемого ключа 16, шунтирующего вход блока10 защиты и неинвертирующий вход компаратора 9 1 ц 1 И, 10Блок 10 защиты содержит первый 17и второй 18 компараторы, выход последнего через блокирующий диод 19соединен с неинвертирующим входомпервого компаратора 17 и средней точкой интегрирующей ИС-цепи 20, инвертируащий вход второго компаратора 18соединен со средней точкой времязада."ащей ВС-цепи 21 а неинвертирующийвход - со средней точкой пороговогорезистивного делителя 22, выход первого компаратора 17 через развязывающие диоды 23 - 25 соединен соответственно со средней точкой времязадающей цепи 21 и неинвертирующим входом второго компаратора 18, выход которого соединен с развязывающим диодом 26, образуюцим выход блокировкиаварийного режима блока 10 защиты,и с развязыва 1 ащими диодами 27 и 28,образующими выход блокировки переходного процесса блока 10 защиты, Точкасоединения диодов 27 и 28 через КСцепь 29 соединена с общей виной,Напряжение питания в устройстве обеспечивается источником 30,Устройство работает следующим образом,В установленном режиме устройствоФормирует импульсы, управляащие состоянием ключей 4 и 5, которые, поочередно открываясь, Формируют на силовом трансформаторе 1 напряжение прямоугольной формы (Фиг, 2, Б,), Этонапряжение трансформируется силовымтрансформатором 1 выпрямителем 2 ипосле Фильтрации переменной состав"ляющей ЬС-фильтром 3 подается нанагрузку поеобразователя и через раэвязывающий резистор 14 - на инвертирующий вход усилителя постоянного тока 12, на неинвертнрующш 1 вход которого подано опорное напряжение от источника 13, Усилитель 12 постоянноготока усиливает рассогласование междуопорным и выходным напряжением и формирует на своем выходе напряжение 0определяющее порог срабатывания компаратора 9 (Фиг, 2 11), к инвертирующему входу которого подключен выход генератора 7 пилообразного напряжения 11.Таким образом, длительность выходных импульсов компаратора 9 пропорциональна величине выходного напряже"ния усилителя 12 постоянного тока,Работа генератора 7 пилообразногонапряжения так же, как н работа широтно-импульсного модулятора 6 синхронизируется задающим генератором 8гБлагодаря этому импульсы с выхода компаратора 9 распределяются широтноимпульсным модулятором 6 по принципу"первый - второй " на два его выхода,т,е. осуществляется поочередное открывание и закрывание ключей 4 и 5,При уменьшении выходного напряжения преобразователя выходное напряжение инверсно-включенного усилителя 12постоянного тока увеличивается, чтоизменяет порог срабатывания компара,тора 9 в сторону увеличения длительности формируемых им импульсов, Импульсы большей длительности, распределяясь широтно-импульсным модулятором 6 между ключами 4 и 5, увеличивают длительност импульсов прямоугольного напряжения на силовом трансформаторе 1 без изменения частоты следования, что ведет к повышению выходного напряжения, т,е. к стабилизации,Сигнал с задающего генератора 8поступает на вход формирователя 5импульсов паузы, в качестве которогоможет быть использован ждущий мультивибратор, На выходе ждущего мультивибратора появляются импульсы П,которые воздействуя на полупроводниковый ключ 16, Формируют на неинвер"тирующем.входе компаратора 9 напряжение 0 с паузой на нулевом уров".не, Величина этой паузы выбираетсяиэ условия исключения режима сквозныхтоков, Длительность этой паузы определяется только частотозаданицими элементами ждущего мультивибратора н независит от изменений параметров вы"ходкого напряжения генератора 7 пилообразного напряжения, изменения частоты задающего генератора 8 и .чувствительности компаратора 9,При увеличении выходного напряжения преобразователя выходное напряжение усилителя 12 постоянного токауменьшается, что приводит к.уменьшению длительности импульсов прямоугольного напряжения на.обмотке силового5 152062трансФорматора 1 и уровня выходногонапряжения преобразователя, т,е, кстабилизации,В установившемся режиме и при отсутствии аварии на выходе первого5компаратора 17 блока 1 О защиты присутствует логическая "1", так как напряжение на выходе усилителя 12 посто-.янного тока, подаваемое на инвертирующий вход первого компаратора 17,не превышает опорного напряжения, подаваемого на его неинвертирующийвход и задающего порог срабатыванияблока 10 защиты, При этом конденсатор 15времяэадающей КС-цепи 2 1, подключенный к инвертирующему входу второгокомпаратора 18 блока 10 защиты, заряжен до напряжения питания, а напряжение на инвертирующем входе компаратора 18 несколько меньше и определяетсяпороговым резистивным делителем 22,устанавливающим порог срабатываниявторого компаратора 18При этом навыходе компаратора 18 присутствует 25сигнал логического "О", разрешая темсамым работу компаратора. 9,При перегрузке преобразователяпо выходному току усилитель 12 постоянного тока, выполняющий Функцию ЗОдатчика тока, реагирует на уменьшениевыходного напряжения преобразователяповышением напряжения на своем выходе и при достижении заданного уровняпроисходит переброс первого компаратора 17 в состояние логического ф 0",Это обеспечивает путь для быстрогоразряда конденсатора времязадаюцейцепи 21 через развязывающий диод 23и первый компаратор 17, а также меняет порог срабатывания второго компаратора 18, шунтируя через развязывающие диоды 24 и 25 и первый компаратор 17 нижнее плечо порогового делителя 22, Развязывающий диод 25 служит 15для создания дополнительного напряжения смещения на инвертирующем входевторого компаратора 18, что обеспечивает надежное срабатывание компаратора 18 после разряда конденсатора КСцепи 21,Время .разряда конденсатора КС-цепи21 должно быть не более максимальнойдлительности импульсов выходного напряжения компаратора 9После разрядаконденсатора КС-цепи 21 до нового порога срабатывания второй компаратор18 переходит в соСтояние логической"1" и своим выходным напряжением, бо 3 6лее высоким, чем максимально возможное напряжение на выходе усилителя 12постоянного тока, подаваемым черезразвязываюций диод 26 на инвертирующий вход компаратора 9, блокирует егоработу, что приводит к выключению модулятора 6 и закрыванию ключей 4 и 5Одновременно с этим напряжение с выхода второго компаратора 18 черезблокирующий диод 19 подается на неинвертирующий вход, первого компаратора17, что переводит. первый компаратор17 в исходное состояние, при которомна неинвертирующем входе второго компаратора 18 устанавливается первоначальный порог срабатывания и обеспечивается в течение 0,25-1 с медленныйзаряд конденсатора КЯ-цени 21В течение времени заряда конденсатораКС-цепи 21 до напряжения, большегочем напряжение на пороговом резистив"ном делителе 22, второй компаратор 18по прежнему удерживается в состояниилогической "1", при котором ключи 4и 5 закрыты, а на выходе преобразователя напряжение отсутствует. Поэтомувыходное напряжение усилителя 12 постоянного тока, подаваемое на инвертирующий вход первого компаратора 17,будет максимально возможным, но меньше, чем напряжение логической "1",подаваемое через блокирующий диод 19на неинвертирующий вход компаратора17, и его повторного срабатывания непроизойдет пока есть блокнруюцее напряжение,Повторное включение модулятора 6происходит после возвращения второгокомпаратора 18 в исходное состояние,что возможно только после заряда конденсатора КС-цепи 21 до напряжения,превышающего первоначальный порогсрабатывания второго компаратора 18.На этом цикл работы блока 10 защитызакончен, Первый компаратор 17 разблокирован и готов к повторному срабатыв.анию,Любое включение преобразователя всеть сопровождается срабатыванием блока 10 защиты, так как на первоначальное отсутствие выходного напряженияпреобразователя усилитель 12 постоянного тока реагирует максимальным вы-.ходным напряжением, Для обеспечениянадежного включения преобразователяпосле отработки первого цикла защитыпри неисправной или отсутствуксейсхеме линейного нарастания входноготока преобразователя блок 1 О защитыснабжен интегрирующей КС-цепью 20,конденсатор которой при срабатываниизащиты быстро заряжается через блоки 5рующий диод 19 до напряжения логической "1", а после выключения защиты,разряжаясь через резистор, поддерживает блокирующее напряжение на неинвертирующем входе первого компаратора 17 в течение времени, немногобольшего, чем время заряда емкостивыходного фильтра 3 до номинальногозначения при включении преобразователяр 15Кроме того, для обеспечения линейного нарастания входного напряженияпри включении преобразователя в сетьипи после срабатывания защиты приме, нена последовательная КС-цепь 29,конденсатор которой при включеннойзащите заряжается до напряжения логи-ческой "1" второго компаратора 18.,превышающего опорное напряжение усилителя 12 постоянного тока, При этом 25на выходе цоследнего устанавливаетсянапряжение, значительно меньшее порога срабатывания блока 10 защиты. После вкпючения защиты конденсатор КСцепи 29 медленно (за 0,1 - 0,3 с) 30разряжается через резистор 14 и нагрузку, а напряжения на выходе усилителя 12 постоянного тока и выходепреобразователя плавно увеличиваютсядо номинальных значений,35Формула изобретенияУстройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме двухтактного конвертора, содержащее широтно-импульсный модулятор, выходы которого предназначены для подключения к управляющимвходам сиповых ключей преобразователя, один из входов вместе с входомгенератора пилообразного напряженияподключен к выходу задающего генератора, а другой вход подключен к выходу компаратора, инвертирующий входкоторого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения и к выходу блокировки аварийного режимаблока защиты, а неинвертирующий вместе с входом блока защиты через токоограннчивающий резистор подключен квыходу усилителя постоянного тока цепи обратной связи,.неинвертирующийвход которого подключен к источникуопорного напряжения, а инвертирующийподключен к выходу блокировки переходного процесса блока защиты непосредственно и через развязывающий резистор предназначен для подключенияк выходу преобразователя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения качества выходного напряжения и расширения области его использования, оно снабжено управляемымключом и Формирователем импульсовпаузы, вход которого подключен к выходу задающего генвратора, а выход.к,управляющему входу управляемогоключа, включенного между неинвертирующим входом .компаратора и общейшиной, 15206231520623Составитель В,Жмуров едактор АаМотыль Тахред М.Ходанич Корректор О,Кравцо Заказ 6767/55 Тираж 608 Подписное ВНИИДИ Государственного комитета ко изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О