Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

3 1700539 А щие импульсы, подаваемые на счетныйтриггер 15 стабилитрон 7, широтноимпульсный модулятор ШИМ) 8, логические элементы 16 и 17 совпадениясигналов ШИМ 8 и триггера 15 и силовой инвертор 22 с трансформатором25, вторичная обмотка 25.2 которогочерез выпрямитель с Фильтром 26 подключена к выходным выводам. Стаби. -литрон 7 включен последовательнос цепями питания узлов блока 1 управления, которые разделены на две ветви, В каждую из этих ветвей вкпючены базоэмиттерные переходы транзисторов 23, и 24 силового инвертора 22. Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям параметров электрической энергии при одновременной их стабилизаЦии, и может быть использовано при про ектйровании источников вторичногоэлектропитания радиоэлектронной аппаратуры небольшой мощности ро 20 Вт)и напряжении первичной сети 7-30 Впостоянного тока, а именно в случаях повышенных требований к КПЛ впроцессе преобразования и стабилизации,Целью изобретения является повышение 1(ПД, а также исключение сквоз 1 ных токов в транзисторах силового инвертора и стабилизация выходного напряжения при изменении тока нагруз,ки или стабилизация выходного тока,На Фиг. 1 представлена схема стабилизированного преобразователя постоянного напряжения, на Фиг,2 и 3то же, соответственно для устранения сквозных токов и для стабилизации постоянного выходного напряжения,на фиг. 4 - эпюры напряжений в характерных точках схемы.Устройство содержит блок 1 управления, состоящий из задающего уз.ла 2, в состав которого входят ин 50тегрирующая КС-цепь 3, включающая всебя резистор 4 и конденсатор 5,причем выхоД этой КС-цепи являетсяпервым выходом задающего узла 2, ифифференцирующая цепь 6, выход ко 55торой является вторым выходом задающего узла 2, из истоцника опорного напряжения, выполненного настабилитроне 7, из широтно-импульскоторые зашунтированы переходамиколлектор - эмиттер ключевых транзисторов 21 и 22 соответственно. Токстабилитрона 7, использованного в качестве источника опорного напряжения,является одновременно током, питающим узлы, блока 1 управления и базовым током транзисторов 23 и 24 силового инвертора 22, Входной ток, потребляемый от первичного источника, протекает последовательно через них, приводя их в действие и обуславливаяэкономию электрической энергии, расходуемой на внутренние нужды преобразователя, 12 з.п,ф-лы, 4 ил.1 ного модулятора 8, выполненного на транзисторах 9 и 1 О, первом 11, втором 12, третьем 13 и четвертом 14 резисторах, из счетного триггера 15, первого 16, второго 17 логических элементов совпадения, например 2 И-НЕ, первый 18 и второй 19 резистивные делители, первый 20, второй 21 ключевые транзисторы, 1 силовой инвертор 22, включающий в себя два однотипных транзистора 23 и 24 и трансформатор 25 с первичной 25,1 и вторичной 25.2 обмотками, а также выпрямитель с Фильтром 26,Между положительным и отрицательным входными выводами включены последовательно стабилитрон 7 и две ветви тока, в первую из которых входят задающий узел 2, логические элементы 16 и 17 совпадения, которые соединены между собой по цепям питания параллельно, а также переход база - эмиттер транзистора 23, причем параллельно этому переходу включен переход коллектор - эмиттер транзистора 21. Вторая ветвь тока стабилитрона 7 состоит из цепи питания триггера 14, широтно-импульсного модулятора 8 и последовательно.соединенным с ней переходом база - эмиттер транзистора 24, параллельно которому подключен переход коллектор - эмиттер транзистора 20. Задающий узел 2 выполнен на типовом генераторе прямоугольных колебаний, к выходу которого подключены интегрирующая 3 и дифференцирующая 6 КС-цепи, 1700539Общая точка стабилитрона 7, цепипитания задающего узла 2 и логических элементов 16 и 17 совпаденияподключена к эмиттеру транзистора 9,к базе которого через резистор 115подключен противоположный выводстабилитрона 7, а через резистор 12первый выход узла 2,база и .коллектор транзистора 10через резисторы соответственно 13 и14 подключены к общей точке базытранзистора 24 и коллектора транзистора 20. Коллектор транзистора1 0 р Я ВлЯющиисЯ Выходом ширОтноимпульсного модулятора 8, подключенодновременно к первым входам логических элементов совпадения 2 И-НЕ 16и 17, вторые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам счетного триггера 15,Выход логического элемента 16 черезрезистивный делитель 18, а выход логического элемента 17 через резистивный делитель 19 подключены соответственно к базам транзисторов 20 и21. Коллекторы транзисторов 23 и 24подключены к крайним выводам первичнойобмотки 25.1, трансформатора 25, средняя точка которой подключена к входномуВЫводу положительной полярности.Вторич 4ная обмотка 25.2 через выпрямитель сфильтром 26 соединена с выходнымивыводами,35В устройстве (фиг,2) между выходами триггера 15 и вторыми входами логических элементов 16 и 17 совпа- дения установлены резисторы 27 и 28 соответственно. К указанным входам 40 логических элементов 16 и 17 подключены аноды диодов 29 и 30, катоды которых подключены соответственно к коллекторам транзисторов 23 и 24,В устройстве (Фиг.3) со стабили зацией выходного напряжения при изменении тока нагрузки в узле 31 обратной связи, выполненном на опера" ционном усилителе 32,к выходному выво. ду подключены источник 33 эталонного напряжения и резистивный делитель 34, выходы которых подключены к входам диффренциального усилителя 32, К выходу этого усилителя 32 через эмиттерный повторитель на транзисторр 35 и токоограничительный резистор 36 подключен светодиод оптрона 37, Фото- резистор которого использован в качестве резистора КС-цепи 3. Эпюры на Фиг,4 показывают: 38прямоугольное напряжение, Формируемое В задающем узле 2; 39 - Опорноенапряжение.(относительно входноговывода положительной полярности),40 - напряжение на выходе КС-цепи3 (также относительно того же входного выхода), 4 1 - напряжение на выходе широтно-импульсного модулятора8; 42 - напряжение на прямом выходетриггера 15, 43 - напряжение на инверсном выходе триггера 15, 44 - напряжение на выходе элемента 2 И-НЕ 164 5 в , напряжение на выходе элемента2 И-НЕ 17; 46 - напряжение на обмотке25.2 трансформатора 25; 47 - напряжение на входе элемента 2 И-НЕ 16 сстороны триггера 15 в режиме наименьшего напряжения питания; 48 - на-,пряжение на входе элемента 2 И-НЕ 17с стороны триггера 15 в режиме йаименьшего напряжения питания; 49напряжение на обмотке 25,2 трансформатора 25 в режиме наименьшегонапряжения питания.Стабилизированный преобразовательработает следующим образом,От первого входного вывода питания положительной полярности через стабилитрон 7 протекает суммарный ток потребления задающего узла2, широтно-импульсного модулятора 8,триггера 15 и логических элементовсовпадения 2 И-НЕ 16 и 17, Ток стаби."литрона 7 через цепи питания перечисленных элементов разделяется надве ветви. В первую входят задающий узел 2 и логические элементы 16и 17, а во вторую -широтно-импульсный модулятор 8 и триггер 15. Токпервой ветви замыкается на второйВходнОЙ Вывод питания (Отрицательной полярности через база-эмиттерныйпереход транзистора 23 либо черезпереход коллектор-эмиттер транзистора 21 в зависимости от состоянияВыхода логического элемента 17,Соответственно, ток второй ветвизамыкается на второй входной выводпитания через база-эмиттерный переход транзистора 24, либо переходколлектор-эмиттер транзистора 20 взависимости от состояния выхода логического элемента 16.В исходном состоянии на выходахлогических элементов 16 и 17 имеетсянапряжение логической единицы и, таккак эти выходы через резистивныеделители 18 и 19 соединены с базамитранзисторов 20 и 21, оба эти транзистора открыты, Токи указанныхветвей проходят через транзисторы 20и 21,В задающем узле 2 формируетсяпрямоугольное напряжение 38 (фиг.4),которое используется для полуцения,и лообразного напряжения 40 посред-.10с вом интегрирующей ЕС-цепи 3 и дляи реклюцения триггера 15, осуществ яемого через дифференцирующую цепь6, На выходе триггера 15 получаютсятакже прямоугольные импульсы, новдовое меньшей цастоты относительноисходного прямоугольного напряжения38, Пилообразное напряжение 40, мак-,сймальный уровень которого приходитсян середину полупериодов выходных 20напряжений триггера 15, прикладывается к базе транзистора 9 широтноипульсного модулятора 8 церез резйстор 12, Через резистор 11 на этубазу поступает опорное напряжение 39для сравнения затем с пилообразнымнапряжением 40 (фиг,4), уровень пе.ременной и постоянной составляющихкОторого пропорционально зависит отуровня входного напряжения. В моменть времени, когда пилообразное на-.пряжение превышает по абсолютной величине опорное, транзистор 9 закрывется, а транзистор 10 открывается,.его базовый ток проходит церез резйстор 13 и широтно-импульсный модулятор 8 формирует широтно-модулирфванный сигнал, выделяемый в виделфгицеской единицы, на резисторе 14(Эпюры 41), В результате логического 40сложения и инвертирования элементами16 и 17 напряжений 41, 42 и 43, вырабатываемых широтно-импульсным модулятором 8 и триггером 15, создаютс попеременном логические нули (эпюры 44 и 45). Транзисторные ключи 20и 21, базовые токи которых на времяпОявления логических нулей исчезают,попеременно выключаются.50Прекращение тока через любой изтранзисторов 21 и 20 приводит к пе реключению тока первой или второй ветвей тока стабилитрона 7 на переходбаза-эмиттер транзистора 23 либо соотйФтственно транзистора 24, Токи через эти транзисторы окажутся такимобразом модулированными по скважности. Выходное напряжение статицеского преобразователя, снимаемое с выпрямителя с фильтром 26, будет стабилизировано при изменении входного напряжения, так как скважность импульсов,широтно-импульсного модулятора 8 иимпульсов напряжения 46 на вторичнойобмотке 25,2, трансформатора 25 из-меняются пропорционально текущему уровню входного напряжения от первичногоисточника,Дополнительная функция устройства - задержка операции логического сложения прямоугольного напряжения с широтно-модулированным сигналом доспадания к нулю коллекторного токавыклюцаемого транзистора 23 или24 инвертора 2, реализуется (фиг,2)за счет того, цто выходы триггера15 подключены к входам логическихэлементов 16 и 17 через резисторы27 и 29 и одновременно эти входычерез диоды 29 и 30 подключены кколлекторам транзисторов 23 и 24,До- тех пор, пока любой из этихтранзисторов включен (например 23),другой транзистор 24 не сможет включиться потому, цто несмотря на появление логической единицы на выходе триггера 15, соединенном с логицеским элементом 16, управляющимдругим транзистором 24 через реГзистивный делитель 18 и транзистор 20, она не может достигнуть входа этого логического элемента (эпюру 47), так как церез не успевшийеще запереться транзистор 23 и диод29, подключенный к его коллектору,на указанном входе логического элемента 16 искусственно поддерживается логический нуль, Аналогично задерживается появление логическойединицы на входе другого логицеского элемента 17, управляющего транзистором 23, который должен вклюциться в следующем полупериоде. Через транзистор 24, еще удерживающийся во включенном состоянии из-запротекающего в нем процесса рассасывания, и подключенный к его коллектору диод 30 подготовленная триггером 15 логическая единица ограничивается (эпюра 48) на резисторе 28,включенном между данным выходомтриггера и логическими элементом 17.Усовершенствование устройства(фиг.3) позволяет достичь на выходных выводах поддержание стабилизируемого параметра с большей точностью при воздействии на него других дестабилизирующих Факторов (например, тока нагрузки при стабилизации . напряжения, или наоборот, напряжения при стабилизации тока). В примере конкретной реализации (Фиг.3) стабилизируется напряжение, Здесь действует обратная связь с нагрузки, С помощью узла 31 стабилизируемый параметр сравнивается с заданным его значением и производится дополнительно к описанным процессам управление Фоторезистором 4 оптрона 37, проводимость которого зависит от степени отклонения выходного напряжения от номинального значения,В предлагаемом преобразователе экономится электрическая энергия,/ расходуемая на внутренние нужды: получение опорного и пилообразного напряжения, придание последнему ам.плитудной зависимости от уровня входного напряжения, Формирование широтно-модулированного сигнала с скважностью, пропорциональной входному напряжению, поочередной коммутации в цепь тока источника опорного напряжения (стабилитрона) управляющей цепи (база-эмиттерного перехода) одного из транзисторов двухтактного силового инвертора - достигается общим током источника опорного напряжения (стабилитрона).Устранение сквозных токов в транзисторах силового инвертора также достигается без дополнительных затрат электрической энергии. Автоматически выполняемые операции эарержки логического сложения прямоугольных напряжений с широтно-модулированными сигналами производятся пассивными элементами (резисторы 27 и 28, диоды 29 и 30 совместно с транзисторами силового инвертора) в процессе их работы по основному назначению,При стабилизации выходного параметра с использованием обратной связи с нагрузки достигается дополни" тельное полезное свойство: улучшаются динамические характеристики при всплесках и провалах входного напряжения. В самом деле при изменении входного напряжения отслеживается ширина управляющих импульсов за счет непосредственного изменения амплитуды пилообразного напряжения без участия обратной связи, благодаря чему устраняется задержка регулирования иэ-за инерционности элементов, входящих в контур регулирова" ния (главным образом я Фильтре).Формула изобретения1, Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий блок управления, состоящий из задающего узла, формирующего пилообразное напряжение на первом выходе и синхронизирующие импульсы на втором выходе, из счетного триггера, первого и второгологических элементов совпадения, изисточника опорного напряжения и изширотно-импульсного модулятора, причем входы широтно-импульсного модулятора соединены соответственнос источником опорного напряжения ипервым выходом задающего узла, авыход подключен к первым входам пер вого и второго логических элементовсовпадения, вторые входы которыхсоединены соответственно с прямыми инверсным выходами счетного триг"гера, входом подключенного к втоЗ 0 Рому выходу задающего узла, и силовой инвертор, включающий в себя первый и второй транзисторы и трансформатор, первичная обмотка которогокрайними выводами подключена к коллекторам транзисторов силового инвертора, средняя точка первичной обмотки и эмиттеры транзисторов сило-;вого инвертора подключены соответственно к первому и второму входнымвыводам, а вторичная обмотка черезвыпрямитель и Фильтр соединена сВыхОдными Выводами, О т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, в него введены первый и 45 ВТОРОЙ ключеВЫВ транзисторы ТОГО жетипа проводимости, что и транзисторы силового инвертора, и первый ивторой резистивные делители, а Вкачестве источника опорного напряжения использован стабилитрон, причемстабилитрон включен между первымвходным выводом и цепями питанияостальных узлов блока управления,которые разделены на две ветви, каждая из которых соединена с вторымвходным выводом через базоэмиттерный переход первого или второго транзисторов силового инвертора, приэтом эмиттеры первого и второго ключевых транзисторов соединены с вторым входным выводом, коллекторы - с базами соответственно второго и первого транзисторов силового инвертора, а базы - с выходами соответственно первого и второго резистивных делителей, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов совпадения.32, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения сквозных токов в транзисторах силового инвертора при наименьщем напряжении питания, соединение вторых входов первого и второго логических элементов совпадения соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триг" гера осуществлено через введенные первый и ви орой резисторы, кроме того, вторые входы первого и второго логических элементов совпадения соединены с коллекторами соответственно первого и второго транзисторов силового инвертора через введенные первый и второй диоды, включенные в проводящем направлении. 3. Преобразователь по п. 1 или2, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью стабилизации выходногонапряжения при изменении тока нагрузки в него введен узел обратнойсвязи, входом подключенный к выходным выводам и состоящий из источника эталонного напряжения, резистивного делителя напряжения, дифференциального усилителя, транзистора,третьего резистора и оптопары, причем вход резйстивного делителя напряжения использован в качествевхода узла обратной связи и соединенс входом источника эталонного напряжения, а выходы резистивного делителянапряжения и источника эталонногонапряжения подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с управляющим входом транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя, эмиттер этого транзистора25 через третий резистор и светодиод оп"топары соединен с одним из выходныхвыводов, а фотоприемник оптопары, вкачестве которого использован оптронный резистор, включен в цепь формирования пилообразного напряжения задающего узла,1700539 Составитель А.Волков Техред А.Кравчук ректор С.йекм Редактор ММиковиц Тираж тве.нного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, РаущскаПроизво уп. Га 1 арина, 1 но-издат жгорсл За ка ВНиип 167Госуд ьский комбинат Патент Подписное и открьггиям при ГКВТ СССР аб д, 4/5