Преобразователь напряжения

(и)985898 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. Н 02 М 3/335 с присоелииением заявки М -Ьеударствепвй квинтет СССР ао делам изобретений и веритизмДата опубликования описания 06 . 01 . 83Московский ордена Ленина авиационный и им. Серго Орджоникидзе71) Заявител РЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано при разработисточников питания радиаппаратуры.Известен преобразователь напряжения, содержащий М преобразовательных ячеек, входами подключенных к входным выводам, а выходами через соответ ствующие выпрямители - к выходным выводам, и задающий генератор, выходы которого подключены к входам синхронизации преобразовательных ячеек 1 ,Недостатками известного преобРазователя являются низкая надежность и невысокий КПД при работе в широком диапазоне изменения нагрузки и температур окружающей среды, что обусловлено повышенными потерями в цепях управления устройства.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий й преобразовательных ячеек, подклюке вторичных оэлектронной ченных входом к входным, а выходомк выходным выводам и включающих в себя по два силовых транзистора, силовой и коммутирующий трансформаторы и токозадающий двухполюсник, причем силовые транзисторы эмиттерами свя заны с первым входным выводом преобразовательной ячейки, а их базы подсоединены к первым выводам выходных обмоток коммутирующего трансформаоЪтора, вторые выводы которых соединены между собой и через токозадающий двухполюсник подсоединены к первому входному выводу преобразовательной ячейки, две первичные обмотки силового трансформатора первыми вь 1 водами соединены между собой и подключены к второму входному выводу преобразовательной ячейки, выходная обмотка сио лового трансформатора связана с выходными выводами преобразовательной ячейки, а коммутирующий трансформатор снабжен ддумя управляющими обмотками, первые выводы которых сое 98589835 40 50 55 динены между собой, и блок синхронизации, включающий в себя по 8-1 токо- стабилизирующих двухполюсников и диодов, причем токостабилизирующие двухполюсники первыми выводами подключены к точке соединения первых вы. водов управляющих обмоток коммутирующего трансформатора соответствующих преобразовательных ячеек2 3.Недостатки этого преобразователя оСусловлены плохим запуском в широком диапазоне изменения температур ькружа ющей среды и сопротивления нагрузки, что снижает надежность устройства, повышенными потерями в цепях управления силовыми транзисторами, что снижает КПД и ведет к перегреву узловч устроиства, а следовательно, снижению надежности его работы и ухудшениюудельных массо-объемных характеристик что особенно заметно при необходимости работы в широком диапазоне изменения нагрузки, а также повышеннымипотерями в цепях синхронизации и невысокой надежностью при использовании преобразовательных ячеек на основе магнито-транзисторных ключей. Цель изобретения - повышение КПД л надежности устройства путем обеспечения надежности пуска в широком диапазоне изменения температур и нагрузки,Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь напряжения,содержащий М преобразовательных ячеек, в каждой из которых базы двух силовых транзисторов подключены к первым выводам выходных обмоток коммутирующего трансформатора, причемвторые объединенные выводы этих обмоток через токозадающий двухполюсникподключены к первому входному выводуи связаны с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, коллекторы которых через коллекторные обмотки коммутирующе го трансформатора подключены к крайним выводам первичной обмотки силовых трансформаторов, отвод от средней точки которой подключен к второму входному выводу, а выходная обмотка через выпрямитель и фильтр связаны с выходными выводами, и блок синхронизации, включающий в себя Мтокостабилизирующих двухполюсников и диодов, при этом коммутирующий трансформатор каждой ячейки снабжен двумя управляющими обмотками, первые выводы которых объединены и подключены во всех ячейках, кроме первой,5 1 О 5 25 30 к первому выводу соответствующего токост абилизи рующе го д вухполюсни ка блока синхронизации, введены блоки запуска и включения, блок синхронизации снабжен двумя транзисторами, вторые выводы токостабилизирующих двухполюсников подключены к второму входному выводу, а их первые выводы через упомянутые диоды - к первому входному выводу, при этом в силовой трансформатор первой преобразовательной ячейки введена обмотка синхронизации, которая включена последовательно с дополнительным токоограничивающим двухполюсником, и эта цепочка соединена с базами транзисторов блока синхронизации, коллекторы которых подключены к вторым выводам управляющих обмоток коммутирующих трансформаторов всех ячеек, кроме первой, причем базы транзисторов блока синхронизации подключены к первому и второму выходам блока выключения, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыи выводами управляющих обмоток коммутирующего трансформатора первой ячейки, а входс вторым выходом блока запуска, первый выход которого подключен к точке соединения выходных оОмоток коммутирующего трансформатора, при этом вход бгока запуска подключен к входным выводам.Токозадающие двухполюсники преобразовательных ячеек содержат параллельно включенные конденсатор и цепоч ку из последовательно подключенных диодов, причем количество диодов в токозадающем двухполюснике первой преобразовательной ячейки по крайней мере на один больше, чем в остальных 8-1 преобразовательных ячейках.Блок запуска включает в себя дифференциальный усилитель, блок эталонного напряжения, два усилителя мощности, делитель выходного напряжения и форсирующий двухполюсник, причем дифференциальный усилитель подключен первым входом к выходу блока эталонного напряжения, вторым входом - к выходу делителя выходного напряжения, вход которого соединен с входными выводами блока запуска, первый выход дифференциального усилителя подсоединен через первый усилитель мощности к первому выходу блока запуска, а его второй выход через второй усилитель мощности соединен с вторым выходом25 блока зайуска, который через форси-рующий двухполюсник подключен к второму входу дифференциального усилителя.Блок выключения включает в себядва развязывающих двухполюсника, 5транзистор, делитель напряжения и выпрямительный мост, причем один входной вывод делителя напряжения, эмиттер транзистора и первый вьход постоянного тока выпрямительногоомоста подключены к первому входномувыводу, первые выводы развязывающихдвухполюсников и второй входной вывод делителя напряжения подсоединенык входу блока выключения, вторые выводы развязывающих двухполюсников соединены соответственно с первым" ивторым выходами блока выключения, база транзистора подключена к выходуделителя напряжения, а коллектор - к 20второму выходу постоянного тока выпрямительного моста, первый и второйвходы переменного тока которого подсоединены к третьему и четвертомувыходам блока выключения.Кроме того, в преобразовательныхячейках соединенные вместе эмиттерысиловых транзисторов "через параллельно включенные дроссель и диод подсоединены к первому входному выводу. ЗОНа чертеже приведена принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения,Преобразователь напряжения содержит й преобразовательных ячеек1, подключенных входом к первому 2и второму 3 входным выводам, а выходом - к выходным выводам 4 и 5, каждая из которых включает в себя двасиловых транзистора 6 и 7, силовойтрансформатор 8 и токозадающий двухполюсник, причем силовые транзисторы6 и 7 эмиттерами связаны с первымвходным выводом, а их базы подсоединены к первым выводам выходных обмоток 9 коммутирующего трансформатора 1 О,вторые выводы которых соединены междусобой и через токозадающий двухполюсник 11 подсоединены к первому входному выводу, отвод от средней точкипервичной обмотки 12 силового трансформатора 8 подключен к второму входному выводу, выходная обмотка 13 силового трансформатора 8 связана свыходными выводами через выпрямительи фильтр, а коммутирующий трансформатор 9 снабжен двумя управляющими обмотками 14, первые выводы которыхсоединены между собой, и блок 15 синхронизации,включающий в себя по Мтокостабилизирующих двухполюсников 16 и диодов 17, причем токостабилизирующие двухполюсники 16 первыми вы" водами подключены к точке соединения первых выводов управляющих обмоток 14 коммутирующего трансформатора 10 соответствующих преобразовательных ячеек 1. 8 преобразовательных ячейках крайние выводы первичных обмоток 12 силового трансформатора 8 через коллекторные обмотки 18 комму" тирующего трансформатора 10 подключе" ны к коллекторам силовых транзисторов 6 и 7, последовательно включенные обмотка 19 синхронизации и токо- ограничительный двухполюсник 20 подключены соответственно к базам перврго 21 и второго 22 транзисторов блока 15 синхронизации, коллектора которых соединены с вторыми выводами управляющих обмоток 14 всех преобразовательных ячеек, кроме первой, вторые выводы токостабилиэирующих двухполюсников 16 блока 15 синхронизации подключены к второму входному выводу 3, а их первые выводы через диоды 17 этого же блока подключены к эмиттерам транзисторов 21 и 22 и к первому входному выводу 2, блок 23 запуска входами 24 и 25 подсоединены к входным выводам 2 и 3, первым выходом 26 соединен с точкой соединения вторых/выводов выходных обмоток коммутирующего трансформатора 10 первой преобразовательной ячейки, а вторым выходом 27 подключен к входу 28 блока 29 выключения, первый 30 и второй 31 выходы которого соединены с базамитранзисторов 21 и 22 блока 15 синхронизации, а третий 32 и четвертый 33 выходы подключены к вторым выводам управляющих обмоток 14 коммутирующего трансформатора 10 первой преобразовательной ячейки.Токозадающие двухполюсники 11 преобразовательных ячеек 1 содержатпараллельно включенные конденсатор34 и цепочку из последовательно подключенных диодов 35, причем количество диодов в токозадающем двухполюснике 11 первой преобразовательной ячейки 1 по крайней мере на один больше, чем в остальных Нпреобразовательных ячейках.Блок 23 запуска включает в себя дифференциальный усилитель 36, блок 37 эталонного напряжения, два усилителя 38 и 39 мощности. делитель 40 985898выходного напряжения и форсирующий двухпспюсник 41, причем дифференциальный усилитель 36 подключен первым входом к выходу блока 37 эталонного напряжения, вторым входом - к выходу делителя 40 выходного напряжения, вход которого соединен с входами 24 и 25 блока 23 запуска, первый выход дифференциального усилителя 36 подсоединен через первый усилитель 38 мощности к первому выходу 26 блока 23 запуска, а его второй выход через второй усилитель 39 мощности соединен с вторьм вьходом 27 блока 23 запуска, который через форсирующий двух.15полюсник 41 подключен к второму входу дифференциального усилителя 36.Блок 29 выключения включает в себя два развязывающих двухполюсника 42, транзистор 43, делитель 44 напря- и жения и выпрямительный мост 45, при,чем одвлн входной выход делителя 44 напряжения, эмиттер транзистора 43 и первый выход постоянного тока выпрямител ьного моста 45 подключены к пер вому входному зыводу 2, первые выводыразвязывающих двухпслюсников 42 ивторой входной вывод делителя 44 напряжения подсоединены к входу 28 блока 29 выключения, вторые выводы раз- зовязывающих двухполюсников 42 соединены соответственно с первым 30 и вторы;л 31 выходами блока 29 выключения, база транзистора 43 подключена к выходу делителя 44 напряжения, а колпсктср - к второму выходу постоянного тока выгрямительного моста 45, первый и второй входы переменного тока которого подсоединены к третьему 32 и четвертому 33 выходам блока 29 выключения.Я преобразовательных ячейках 1ссединены вместе эмиттеры силовыхтранзис орса 6 и 7 через параллельно вкл зченныг дрос,сель 46 и диод 4/подсоединены к первому входному выводу. Преобразователь напряжения работает следующим образом. Если входное напряжение на входных выводах 2 и 3 устройства не соответствует уровню при котором должен включаться преобразователь 1 при работе в режиме вольтодобавки оно больше некоторого порога срабать вания блока запуска), разность напряжений, снимаемая между выходами блока 37 эталонного напряжения и делителя ч 0 выходного напряжения поддерживает дифференциальный усилитель 36 в таком состоянии, что усилитель 38 мощности заперт, а усилитель 39 насыщен, При этом на входе блока 23 запуска отсутствует напряжение, а напряжение с выхода 27 через делительнапряжения насыщает транзистор 43 блока 79 выключения. Поэтому на базах транзисторов 6 и 7 первой пресбразое вательной ячейки 1 отсутствует запускающий сигнал, а транзистор 43 блока 29 выключения через выпрями- тельный мост 45 шунтирует управляющие обмотки 14 коммутирующего трансформатора 10, вследствие чего эта ячейка выключена. Остальные йпреобразовательные ячейки 1 также выключены, так как выходной сигнал с клеммы 27 блока 23 запуска через развязывающие двухполюсники 42 блока 29 вьключения насыщает транзисторы 21 и 22 блока 15 синхронизации. Последние закорачивают управляющие обмотки 14 коммутирующих трансформаторов, остальных 11-1 преобразовательных ячеек 1, что препятствует их самопроизвольнсму запуску,Гсли входное напряжение на кгеммах 2 и 3 соответствует уровню., прикотором должен работать преобразователь напряжения, разность между выходными напряжениями блока 37 эталон.ного напряжения и делителя 40 выходного напряжения переводит дифференциальный усилитель 36 в режим, прикотором усилитель 39 мощности блока23 запуска заперт, а усилитель 38насыщен . При этом сигнал с выхода26 блока 23 запуска попздает черезвыходные обмотки 9 коммутирующеготрансформатора 10 на базь: силовыхтранзисторов 6 и 7 первой преобразовательной ячейки 1, Так как сигнална выходе 27 блока 23 запуска отсутствует, с транзисторов 21 и 72 блока15 синхронизации и 43 блока 29 выключения снимается блокирующий (насыщенный) сигнал. Происходит запускпервой преобразовательной ячейки 1,При этомтак как коммутирующий трансформатор 10 включен по схеме трансформатора тока, в преобразовательныхячейках 1 обеспечивается вс всехрежимах работы минимизация мощности,рассеиваемой в цепях управгения.На обмотках силового трансформатора 8 этойячейки появляется прямоугольное напряжение. Это напряжение с обмотки 19 синхронизации через тскосграничительный98589 Формула изобретения цвухполюсник 20 поступает на базы транзисторов 21 и 22 блока 15 синхронизации, вызывая их переключение с частотой первой преобразовательной ячейки 1. Допустим, сигнал с обмотки 19 синхронизации насыщает транзистор 21. При этом напряжение с входных выводов 2 и 3 через токостабилизирующие двухполюсники 16 и насыщенный транзистор 21 прикладывается к первым О управляющим обмоткам 11 коммутирующих трансформаторов 10 Ипреобразовательных ячеек. Появляющееся при этом на выходных обмотках 9 коммутирующих трансформаторов напряжение насыщает 15 силовые транзисторы 7 в Ипреобразовательных ячейках, Так как количество диодов в токозадающем двухполюснике 11 первой преобразовательной. ячейке 1 больше, чем в остальных 20 Иячейках, цастота ее переключения выше, цем собственные частоты осталь" ных ячеек, Поэтому переключение силовых транзисторов произойдет сначала в первой ячейке. Это вызовет смену 25 полярности на обмотке 19 синхронизации и переключение транзисторов 21 и 22, Насыщенный транзистор 22 через диоды 17 шунтирует вторые управляющие обмотки 11 в Мпреобразовательных 5 о ячейках, что поиводит к выключению силовых транзисторов 7, После их за- пирания, так как к вторым управляющим обмоткам 11 коммутирующих трансформаторов 10 через токостабилизирующие двухполюсники 16 и насыщенный транзистор 22 прикладывается входное напряжение, в Ипреобразовательных ячейках происходит насыщение силовых транзисторов 6,40Далее процесс протекает аналогично.описанному выше. Выходное напряжение с выходных обмоток 13 силовых трансформаторов 8 всех преобразовательных ячеек выпрямляется, Фильтру ется и поступает на выходные клеммы ч и 5, преобразователя напряжения.повышением температуры окружающей среды меняются параметры резонансного контура, образованного поразитными параметрами токозадающего двухполюсника 11 и выходных обмоток 9 коммутирующего трансформатора 10, что приводит в момент переключения к преждевременному насыщению ранее55 запертого силового транзистора и про теканию значительных "сквозных" токов. Это значительно снижает надежность работы устройства, Для устра 8 10нения "сквозных" токов между соединенными вместе эмиттерами силовых транзисторов и второй входной клеммой 3 вклюцены параллельно соединен" ные дроссель чб и диод ч 7.Для исключения режима неустойчивой работы устройства при включении- выключении, и, следовательно, повышения надежности его работы между выходом усилителя 39 мощности блока 23 включения и выходом делителя 10 выходного напряжения включен форсиРующий двухполюсник ч 1.Таким образом, предлагаемый преобразователь напряжения обеспечивает как надежныи запуск,так и работу устройства в широком диапазоне нагру. зок и температур окружающей среды.Предлагаемый преобразователь выгодно отличается из известного более высоким КПД и надежностью работы в широком диапазоне изменения температур окружающей среды и нагрузок. При этом также обеспечивается автоматическое включение - выключение устройства, например, по уровню входного напряжения, что расширяет возможности использования устройства в си" стемах вторичного электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры. 1. Преобразователь напряжения, содержащий И преобразовательных ячеек, в каждой из которых базы двух силовых транзисторов подключены к первым выводам выходных обмоток коммутирующего трансформатора, причем вто" рые объединенные выводы этих обмоток через токозадающий двухполюсник подключены к первому входному выводу и связаны с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, коллекторы которых через коллекторные обмотки коммутирующего трансформатора подключены к крайним выводам первичной обмотки силовых трансформаторов, отвод от средней точки которой подключен к второму входному выводу, а выходная обмотка через выпрямитель и фильтр связаны с выходными выводами, и блок синхронизации, включающий в себя Итокостабилизирующих двухп люсников и диодов, при этом коммутирующий трансформатор каждой ячейки снабжен двумя управляоцими обмотками, первые выводы которых объединены и подклюценыво всех ячейках кроме первой, к первому выводу соответствующего токостабипизирующего двухполюсника блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД 5 и надежности путем обеспечения надежного пуска в широком диапазоне изменения температур и нагрузки, введены блоки запуска и выключения., блоксинхронизации снабжен двумя транзис торами, вторые:выводы токостабилизируюших двухполюсников подключены к второму входному выводу, а их первые выводы через упомянутые диоды - к первому входному выводу, при этом в 15 силовой трансформатор первой преобоазо вательной ячейки введена обмотка синхронизации, которая включена последовательно с дополнительным токо- ограничительным двухполюсником, и 20 эта цепочка соединена с базами транзис Горов блока синхронизации, коллекторы которых подключены к вторым выводам управляющих обмоток коммутирующих трансформаторов всех ячеек, 25 кроме псрвой, причем базы транзисторов блока синхронизации подключены к первому и второму выходам блока выключения, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми выводами 30 упрадляющих обмоток коммутирующего трансформатора первой преобразовательой ячейки, а вход - с вторым выходом блока запуска, первый выход которого подключен к точке соединения входх З 5 обмоток коммутирующего трансформатора первой ячейки, при этом вход блока запуска подключен к входным выводам,2, Преобразователь по и. 1, о т г, и л а ю щ и й с я тем, что токо- до задающие двухполюсники преобразовательных ячеек содержат параллельно включенные конденсатор и цепочку из последовательно подключенных диодов, причем количество диодов в токозадающем двухполюснике первой преобразовательной ячейки по крайней мере на один больше, чем в остальньх йпреобразовательных ячейках.3, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок запуска включает в себя дифференциальный усилитель, блок эталонного напряжения, два усилителя мощности, делитель выходного напряжения и форсирующий двухполюсник, причем дифференциальный усилитель подключен первымвходом к выходу блока эталонного напряжения, вторым входом - к выходуделителя выходного напряжения, входкоторого соединен с входными выводами блока запуска, первый выход дифференциального усилителя подключенчерез первый усилитель мощности кпервому выходу блока запуска, а еговторой выход через второй усилительмощности соединен с вторым выходомблока запуска, который через форсирующий двухполюсник подключен к второму входу дифференциального усилителя.Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блоквыключения включает в себя два развязывающих двухполюсника, транзисторделитель напряжения и выпрямительныймост, причем один входной вывод делителя напряжения, эмиттер транзистора и первый выход постоянного токавыпрямиельного моста подключены кпервому входному выводу, первые выводь развязывающих двухполюсников ивторой входной вывод делителя напряжения подсоединены к входу блока выключения, вторые выводы развязывающихдвухполюсников соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выключения, база транзистора подключена к выходу делителя напряжения,а коллектор - к второму выходу павстоянного тока выпрямительного моста,первый и второй входы переменноготока которого подсоединены к третьему и четвертому выходам блока выключ",ни я,5. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в преобразовательных ячейках соединенныевместе эмиттеры силовых транзисторовподключены к первому входному выводучерез параллельно включенные дроссельдиод,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе-1, Авторское свидетельство СССРГ /526 У, кл. Н 02 М 3/335, 19772, Авторское свидетельство СССРМ" 782079, кл, Н 02 М 3/335, 1978,985898 ставитель И. Никитинхред Е.Харитончик Коррект фер Редактор А. 0 аказ 10178/7 Патент", г, Ужгород, ул. Проектная лиа Тираж 721ВНИИПИ Госудапо делам и 3035, Москва,ственного обретений Ж, Ра) одписное комитета С и открытийская наб.,