Устройство для управления стабилизирующим преобразователем постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания с импульсными стабилизаторами. Целью изобретения является повышение КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшение габаритов и повышение выходной мощности стабилизатора. Устройство содержит преобразователь 1 постоянного напряжения в постоянное с управляющим входом 2 и выходом 3 датчика 4 тока ключа, элемент ИЛИ 5, R-S-триггер 6, компараторы 7, 9, узел ООС 8, источник опорного напряжения 10, интегратор 11, дифференциальный усилитель 14, делители 15, 16, напряжения, селектор 19 максимальной длительности выключенного состояния регулирующего элемента и элемент 20 временной задержки импульсов. Параметры интегратора 11 и порог срабатывания компаратора 9 выбираются так, чтобы выполнялось условие ΔТ-H<SP POS="POST">.</SP>ΔJ/U<SB POS="POST">H</SB>, где H - индуктивность дросселя, включенного последовательно с ключом

ΔJ - заданная амплитуда переменной составляющей тока дросселя в режиме непрерывных токов

U<SB POS="POST">н</SB> - величина выходного напряжения, приведенная к входу

N - коэффициент трансформации силового трансформатора, ΔТ - временная задержка включения ключа после его выключения. Повышение КПД преобразователя достигается тем, что частота коммутации ключа, практически постоянна при уменьшении тока нагрузки вплоть до режима холостого хода. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51)5 Н 02 М Э 335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4109307/24-07 (22) 16.06.86 (46) 07.01,90. Бюл, 11ii 1 (72) В.П,Борисов (S3) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 944018, кл. Н 02 М 3/335, !979.

Авторское свидетельство СССР

Р 729772, кл. H 02 M 3/335, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАБИЛИЗИРУ10ЩИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь- зования во вторчных источниках элек- .

2 тропитакия с импульсными стабилизаторами. Целью изобретения является по- вышение КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшение габаритов и повышение выходной мощности стабилизатора. Устройство содержит .преобразователь 1 постоянного напряжения в постоянное с управляющим входом 2 и выходом 3 датчика тока 4 ключа, элемент ИЛИ 5, RS-триггер 6, компараторы 7, 9, узел ООС 8, источник опорного напряжения 10 интегратор 11, дифференциальный усилитель 14 делители

15, 16 напряжения, селектор 19 максимальной длительности выключенного

1534678

L ЫХ дс цн состояния регулирующего элемента и элемент 20 временной задержки импульсов, Параметры интегратора 11 и по-рог срабатывания компаратора 9 выбираются так, чтобы выполнялось условие

Ф

= 1. KI/,, где L — индуктивность дросселя, включенного последовательно с ключом; Д 1 — заданная амплитуда переменной составляющей тока дроссе- 10 ля в режиме непрерывных токов„ П

Изобретение относится к электро технике и предназначено для использования во вторичных источниках электро-„ питания с импульсным регулированием, в частности в стабилизирующих преобразователя или ключевых стабилизато20 рах.

Целью изобретения является обеспечение высокого КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшение габаритов и повьш ение выходной мощности стабилизирующего преобразователя.

На фиг.l приведена схема преобразователя; на фиг,2 — схема узла преобразования; на фиг.3 — интегратор; на фиг.4 — схема селектора максимальной длительности выключенного состояния регулирующего элемента и элемента временной задержки импульсов; на фиг.5 — диаграммы, поясняющие работу схемы; на фиг.б — диаграм35 мы токЬв и напряжений, поясняющие принцип действия преобразователя, Стабилизирующий преобразователь (фиг,l) содержит узел 1 преобразования постоянного напряжения в постоянное с управляющим входом 2 и выходом

3 датчика 4 тока, элемент ИЛИ 5, RS-триггер 6, первый компаратор 7, узел 8 отрицательной обратной связи, второй компаратор 9, источник IO опорного напряжения, интегратор ll своим входом подключенный к выходу

12 узла преобразования, а входом 13

-установки нуля — к второму выходу

RS-триггера, дифференциальный усилитель 14, делитель 15 выходного напряжения, делитель 16 напряжения, диод

17. Узел 1 имеет силовой вход 18, который подключается к сети постоян55 ного тока, Кроме этого, стабилизирующий преобразователь содержит селектор 19 максимальной длительности выключенного состояния регулирующего величина выходного напряжения, приведенная к входу; п — коэффициент трансформации силового трансформатора; Д вЂ” временная задержка включения ключа после его выключения. Повышение КПД преобразователя достигается тем, что частота коммутации ключа, практически постоянна при уменьшении тока нагрузки вплоть до режима холостого хода. 6 ип. элемента и элемент 20 временной задержки импульсов.

Узел l преобразования может быть выполнен по схеме фиг.2, которая содержит подключенную к силовому входу

18 первичную обмотку 22 силового трансформатора 23, вторичная обмотка которого через выпрямитель 24 подключена к выходу 12, шунтированному конденсатором 25 сглаживающего фильтра.

Коммутация тока первичной обмотки силового трансформатора осуществляется регулирующим элементом иэ ключа (транзистора) 26, управляющего трансформатора 27 тока, дополнительного транзистора 28. Роль датчика 4 тока выполняет трансформатор 29 тока, выходная обмотка которого шунтирована резистором ЗО и подключена к выходу 3.

Управляющая обмотка 31 трансформатора 27 через резистор 32 подключена к положительному выводу источника питания U „и отрицательному выводу источника питания через замыкающий диод 33.

Интегратор 11 может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг,З. Он содержит операционный усилитель 34, интегрирующий конденсатор 35, резистор Зб и коммутатор 37, управляющий вход V которого образует вход 13 установки нуля интегратора.

Параметры интегратора и порог срабатывания второго компаратора не" обходимо выбрать -.àê, чтооы выполнялось условие где L — - индуктивность дросселя, вклю" ченного последовательно с регулирующим элементом;

Д1 — заданная амплитуда переменной составляющей тока дроссе1534678 ля в режиме непрерывных то 4. кон;

U — величина выходного напряжения н преобразователя, приведенная

Пн к его входу (U„= где П вЂ” выходное напряжение преобразователя, n — коэффициент трансформации сило-, вого трансформатора преобразователя; — временная задержка включения ключа после его выключения.

В режиме непрерывных токов дроссе- 15 ля значение hI определяется выражением

Uu 5t (I — I ) ю о Ф где Š— значение тока дросселя в мо" 20

tn мент выключения регулятора;

Š— значение тока дросселя в о момент включения регулятора.

Селектор 19 и элемент 20 могут быть выполнены по схеме фиг.4. Селек- 25 тор содержит нелинейную интегрирующую цепь из резистора 38, конденсатора

39, диода 40 и инвертора 41. Элемент временной задержки импульсов в простейшем случае может быть представлен 30 обычной интегрирующей RC-цепью или выполнен в виде ждущего генератора (фиг.4), содержащего диодный ключ

42, инверторы 43 и 44, времязадающую цепь из конденсатора 45 и резистора

46, смещающего резистора 47, На фиг.5 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип действия селектора (фиг.4). При наличии Hà ее входе импульсов напряжения, длитель- 40 ность паузы между которыми меньше постоянной интегрирования (определяется параметрами элементов 38 и

39), напряжение на выходе инвертора 41 близко к нулю и генератор на- 45 ходится в ждущ м режиме (U, = О).

Если пауза между импульсами на входе селектора превышает величину ñ, потенциал на выходе инвертора 41 увеличивается, диодный ключ 42 эакрыва- 50 ется и генератор начинает вырабатывать импульсы с частотой, определяемой параметрами элементов 45-47.

Стабилизирующий преобразователь

- работает следующим образом. 55

При подаче питающего напряжения на силовой вход 18 (одновременно подается питающее напряжение на остальные элементы и узлы схемы) и по истечении временной задержки (фиг.5) на выходе элемента 20 возникает запускающий импульс. Этот импульс, пройдя через элемент 5, поступает на управляющий вход 2.

Транзистор 28 включается, возникает ток через резистор 32 и обмотку 31 трансформатора 27 тока, Полярность напряжения на обмотках трансформатора 27 при этом, такая, что регулирующий транзистор 26 выключен. По окончании импульса на выходе элемента

20 транзистор 28 выключается, В результате меняется полярность напряжения на обмотках трансформатора 27 и транзистор 26 переходит в проводящее состояние. Транзистор 26 удерживается во включенном состоянии за счет положительной обратной связи по току, образованной соответствующим включением обмоток трансформатора

27. Ток в обмотке 22 (фиг.б, Е, ) возрастает.

Полярность напряжения на обмотках трансформатора 23 такая, что диод 24 оказывается заперт. Напряжение на выходе 3 по форме соответствует току I . При достижении заданной ам22 плитуды тока Е = Е, определяемой значением опорного напряжения источника 10, параметрами делителя 16, параметрами трансформатора 29 и номиналом резистора 30, на выходе компаратора 7 возникает положительный импульс напряжения (U„ 6), который ев ве переводит триггер 6 в состояние 0

При этом на прямом выходе триггера

6 устанавливается потенци ал, близкий к нулю (U6, фиг . 5 ), н а инверсном— положительный потенциал, соответствующий логической " 1 " . В результате этого включается транзистор 2 8 и обмотка 3 1 трансформатора 2 7 оказывается шунтиров анной через транзистор

28 и диод 3 3, Ток в базе транзистора

2 6 пропадает и последний закрывается .

Происходит отключение тока в обмотке

22 и запасенная в трансформаторе 23 энергия через диод 24 поступает на выход )? стабилизирующего преобразователя.

С момента установки триггера 6 в состояние "0" (t, фиг.б) происходит отключение коммутатора 37 и предварительно установленный в состояние "0" интегратор 11 начинает интегрировать выходное напряжение стабилизирующего преобразователя. Выходное напряжение интегратора Uqe, фиг.б) линейно умень1534678 иается от нуля до некоторого отрицательного значения, определяемого источником 10 опорного напряжения.

В момент равенства выходного напряжения интегратора 11 и напряжения источника 10 срабатывает компаратор

9 и на его выходе образуется положительный импульс (U>, фиг.б), ко" торый переводит триггер 6 в состояние "1", При этом на вход 13 интегратора 11 поступает логическая "1", включается коммутатор 37 и интегратор 11 устанавливается в состояние

1t ч !

0, Одновременно на инверсном выхо,, де триггера 6 устанавливается потенциал, близкий к нулю, транзистор

28 запирается, включается транзистор

26, в обмотке 22 возникает нарастающий ток и таким образом периодичес1 ки повторяются все описанные процес- . сы, обеспечивающие коммутацию транзистора 26. В нормальном режиме рабо1 ты преобразователя максимальная длительность выключенного состояния регулирующего элемента много меньше величины Ф и поэтому элементы 19 и

20 на работу преобразователя влияния не оказывают.

Если выходное напряжение преобразователя несколько превышает заданное значение (в пределах допустимой нестабильности), выходное напряжение дифференциального усилителя 14 уменьшается и через диод 17 ограничивает напряжение на втором входе первого компаратора напряжения, В результате отключение транзистора 26 происходит при токе несколько меньшем значении

Х„,, что: обеспечивает стабилизацию выходного напряжения на заданном уров не. При малых нагрузках преобразователя, когда трансформатор 23 работает в режиме прерывистых токов, время выключенного состояния транзистора 26 (Т-t4, фиг.б) остается неизменным, так как зависит лишь от величины выходного напряжения преобразователя.

По сравнению с известными предлагаемый стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения обладает более высоким КПД при малых токах нагрузки, имеет меньшие габариты и по" вышенную выходную мощность.

Повышение КПД преобразователя достигается тем, что частота коммутации регулирующего элемента сохраняется практически постоянной при уменьшении тока нагрузки вплоть до режима холостого хода, Уменьшение габаритов преобразователя и повышение его выходной мощности достигается за счет

> трапецеидальнои формы токов, протекающих в силовых цепях узла преобразования (в отличие от треугольной формы в известных устройствах), !

Например, амплитудное значение тока регулирующего транзистора (фиг.2) составляет

T Iw Io 2 I ðñð T

I = I — — + I.

РсР е 2 о °

Полагая, что I имеет максимум при коэффициенте заполнения, близком

25 к 0,5 (t, = 0,57), а также принимая

hI = I — I = 0,2Т, получают I p =

= 0,45 I (для известного Х

= 0,25 I ), т.е. мощность нагрузки примерно в 1,8 раза больше, чем у преобразователей с треугольной формой токов регулирующего транзистора.

Формула изобретения

Устройство для управления стабилизирующим преобразователем постоянного напряжения, включающим узел преобразования постоянного напряжения в постоянное, состоящий из выпрямителя, выходного фильтра и ключевого регулирующего элемента, содержащее элемент ИЛИ, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу ключевого регулирующего элемента, пер45 вый вход подключен к инверсному выходу RS-триггера, первым входом подключенного к выходу первого компаратора напряжения, первый вход которого подключен к датчику тока ключевого

50 регулирующего элемента, а второй вход — через делитель напряжения к источнику опорного напряжения, подключенному к одному из входов дифференциального усилителя, другим входом предназначенным для соединения с

55 выходом стабилизирующего преобразователя постоянного напряжения, выход дифференциального усилителя соединен с вторым входом первого компаратора где I. — среднее значение тока регуР.с Р лирующего транзистора, ве" личина которого пропорцио20 нальна выходной мощности преобразователя, 1534678

ОсиИИОи напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшения габаритов и повышения выходной моп ности, оно снабжено интегратором, вторым компаратором напряжения, диодом, селектором максимальной длительности выключенного состояния ключевого ре улирующего элемента и элементом временной задержки импульсов, причем второй вход RS-триггера подключен к выходу второго компаратора напряжения, первый вход которого

1 соединен с источником опорного напря- 15 жения, второй вход — с выходом интегратора, вход которого предназначен для соединения с выходом стабилизирующего преобразователя постоянного напряжения, вход установки нуля — с прямым выходом RS-триггера, выход элемента ИЛИ подключен к входу селектора максимальной деятельности выключенного состояния ключевого регулирующего элемента, выход которого через элемент временной задержки импульсов подключен к втброму входу элемента ИЛИ, выход дифференциального усилителя подключен через диод к второму входу первого компаратора напряжения, 1534678

Составитель В,. Бунаков

Техред И.Ходанич Корректор Н.Король Редактор М,Бланар Заказ 53

Тираж 486 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101