Стабилизирующий преобразователь напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель - упрощение и повышение качества стабилизации выходного напряжения при импульсном характере нагрузки и в процессе пуска. Преобразователь содержит автогенератор 1 с выходным трансформатором 2, регулируемый двухтактный усилитель 9 мощности на транзисторах 10, 11, узел 12 выпрямления и фильтрации, измерительно-усилительный узел 13, узел 14 гальванической развязки с двухполярным ключевым модулятором 15, токоограничивающим резистором 16, развязывающим трансформатором 17 и демодулятором 21, широтно-импульсный модулятор 22, диодно-транзисторный запирающий ключ 23. Путем определенного выбора сопротивления резистора 16 и индуктивности намагничивания развязывающего трансформатора 17 образуется дифференцирующая цепь, позволяющая получить пилообразное напряжение без применения отдельного формирователя. Отсутствие в контуре обратной связи фильтра нижних частот предопределяет быстрое протекание переходного процесса при скачках нагрузочного тока и при пуске. Благодаря привязке импульсов управления усилителем мощности к передним фронтам импульсов автогенератора 1 снижается время рассасывания избыточных носителей в базах транзисторов 10, 11 и повышается устойчивость функционирования преобразователя. 2 ил.

союз соеетсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК (19) И!) (51)5 Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ CCCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " : ."" „".„,.

Н ABTOPCHGh У С -""РДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4461 531/24-07 (22) 18.07.88 (46) 15.04.90. Бюл. Я - 14 (72) Б.И.Рудяков (53) 621.316.722.1(088,8) (56) Курашов В.И. Микроэлектронный стабилизированный преобразователь напряжения на гибридной микросборке.—

В кн.: Электронная техника в автоматике/Под ред. 10.И.Конева. — И.:, Радио и связь, 1982, вып .13, с.29-34.

Иванов-Цыганов А.И., П!евченко Ф.В.

Электротехнические устройства радиосистем: Учебное пособие.-И.:МАИ, 1986, с.16, рис.7. (54) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам

2 вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель — упрощение и повышение качества стабилизации выходного напряжения при импульсном характере нагрузки и в процессе пуска. Преобразователь содержит автогенератор 1 с выходным трансформатором

2, регулируемый двухтактный усилитель 9 мощности на транзисторах 1 О, 11, узел 12 выпрямления и фильтрации, измерительно-усилительный узел

13, узел 14 гальванической развязки с двухполярным ключевым модулятором

1 5, токоограничивающим резистором

16, развязывающим трансформатором

17 и демодулятором 21, широтно-импульсный модулятор 22, диодно-тран зисторный запирающий ключ 23. Путем определенного выбора сопротивления

1557647 резистора 16 и индуктивности намагничивания раэвязывающего трансформатора !7 образуется дифференцирующая цепь, позволяющая получить пилообразное напряжение без применения

5 отдельного формирователя. Отсутствие в контуре обратной связи фильтра нижних частот предопределяет быстрое протекание переходного процесса !

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации малогабаритных импульсных источников вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры с гальванической развязкой входных и выходных цепей.

Цель изобретения — упрощение и повышение качества стабилиз ации выходного напряжения при импульсном характере на- 25 грузки и в процессе пуска.

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого стабилизирующего преобразователя напряжения постоянного тока; на,фиг.2— временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит автогенератор 1 с выходным трансформатором 2, имеющим первичную обмотку 3, первую

4 и вторую 5 вторичные обмотки, выполненные с общим выводом, а также третью 6, четвертую 7 и пятую 8 вторичные обмотки. В состав устройства входят также регулируемый двухтактный усилитель 9 мощности на транзисторах 10, 11, узел 12 выпрямления и фильтрации, измерительно-усилительный узел 13, узел 14 гальванической развязки, состоящий из двухполярного 45 ключевого модулятора 15, токоограничивающего резистора 16, раэвязывающего трансформатора 17 с первичными обмотками 18 и 19, выполненными с общим выводом, и вторичной обмоткой

20, демодулятора 21, широтно-импульсный модулятор 22, диодно-транзисторный запирающий ключ 23, вспомогательный источник эталонного напряжения

U с выходным потенциальным выводом

24. На схеме показаны также входной

25 и выходной 26 выводы устройства, предназначенные для подключения по- тенциальных выводов соответственно при скачках нагрузочного тока и при пуске. Благодаря привязке импульсов управления усилителем мощности к передним фронтам импульсов автогенератора 1 снижается время рассасыва-, ния избыточных носителей в базах транзисторов 10, 11 и повышается устойчивость Функционирования преобразователя. 2 ил. первичного источника питания и нагрузки, а также шина 27 нулевого потенциала. Питающий вход регулируемого двухтактного усилителя 9 мощности соединен с выводами для подключения первичного источника питания, т.е. с входным выводом 25 и шиной 27 нулевого потенциала, а выход через узел 12 выпрямления и фильтрации — с выводами для подключения нагрузки, т.е. с выходным выводом 26 и шиной 27 нулевого потенциала. Вход измерительно-усилительного узла 13 подключен к выходу узла 12 выпрямления и Фильтрации, а выход через узел 14 гальванической развязки — к одному из входов широтно-импульсного,. модулятора 22.

В узле !4 гальванической развязки двухполярный ключевой модулятор 15, развязывающий трансформатор 17 и демодулятор 21 включены последовательно, а токоограничивающий резистор 16 включен в общую цепь первичных обмоток 1 8 и 1 9 развязывающего трансформатора 17. Вторичные обмотки 4 и 5 выходного трансформатора 2 автогенератора 1 соединены с базовыми цепями транзисторов 10 и !1 усилителя

9 мощности, а вторичные обмотки 6 и

7 — с входами синхронизации двухполярного ключевого модулятора 15 узла

14 гальванической развязки. Диоднотранзисторный запирающий ключ 23 включен между выходом широтно-име пульсного модулятора 22 и базовыми цепями транзисторов 10 и ll усилителя 9 мощности и соединен сигнальным входом с вторичной обмоткой 8 выходного трансформатора 2 автогенератора 1. Выход вспомогательного источника эталонного напряжения с выходным потенциальным выводом 24 соединен с другим входом широтно-импульс. ного модулятора 22. Число витков :.W, 5 155764 первичных обмоток 18 и 19 раэвязывающего трансформатора 17 выбрано из условия: ние:

Формула и з о б р е т е н и я

Стабилизирующий преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий регулируемый двухтактный транзисторный усилитель мощности, питающий вход которого соединен с выводами для подключения первичного источгде $»» и 1»» — площадь сечения и длина магнитной силовой линии магнитопровода, !!»ч — дифференциальная магнит-10 ная проницаемость материал» магнитопровода, R — сопротивление токоограH,I ивающего резистора

16, !

f q — частота преобразования.

« I

Устройство работает следующим образом.

Усилитель 9 мощности возбуждается импульсами U (Фиг.2а), следующими от

20 вьгходного трансформатора 2 автогенера тора l с частотой f „(периодом

Т „), преобразует питающее напряжение U „в переменное напряжение прямоугольной формы с паузой на нуле. В

25 узле !2 это напряжение выпрямляется и сглаживается LC-фильтром. Выходное напряжение U поступает в нагрузку и аых на вход измерительно-усилительного узла 13, где сравнивается с опорным напряжением U,„ . Б узле 14 гальванической развязки усиленный сигнал рассогласования дискретиэируется на частоте fïð двухполярным ключевым модулятором 1 5. При этом переменное 35 прямоугольное напряжение оказывается приложенным через ограничивающий резистор 16 к первичным обмоткам 18 и !

9 развязывающего трансформатора 17.

Сопротивление резистора 16 и индук- 40 тивность намагничивания трансформатора 17 образуют дифференциальную цепь.

В связи с этим на выходе трансформатора 17 получается двухполярное пилообразное напряжение U,> (Фиг.2б), 45 амплитуда которого пропорциональна напряжению рассогласования. После демодуляции в демодуляторе 2! однополярное пилообразное напряжение U« (Фиг.2в) подводится к широтно-импульс- >0 ному модулятору 22, где сравнивается с эталонным напряжением U, . Модуляция по длительности прямоугольных импульсов U<, поступающих с вторичных обмоток 4 и 5 выходного трансфор- 55, матора 2 автогенератора 1 в базовые цепи транзисторов 10 и !1 усилителя

9.мощности, осуществляется сигналами

U g (фиг. 2д) от диодно-транзистор7 6 ного запирающего ключа 23, воспринимающего импульсы U (Фиг. 2г) с выкода широтно-импульсного модулятора

22. Изменение напряжения обратной связи приводит к изменению состояния запирающего ключа 23 и, следовательно, транзисторов 1 0 и 11 усилителя

9 мощности (Фиг.2е).

На выходе узла 14 rальванической развязки присутствует пилообразное напряжение, если выполняется условие:

g 0,5/f „(2) где ь — постоянная времени дифференцирующей цепи, определяемая индуктивностью 1., намагничи" вания развязывающего трансформатора 17 и сопротивлением К токоограничивающего резистора 16 (ь = L /R) .

Для магнитопровода трансформатора, имеющего малое магнитное сопротивлет.„= »,s /1„. (3)

При наложении на величину индуктивности трансформатора 17 условий дифференцирования сигнала рассогласования на интервале Т /2 опредерр ляется неравенство (l ) .

В данном устройстве при скачкообразном изменении нагрузочного тока и в процессе пуска переходный процесс на выходе протекает очень быстро, поскольку в контуре обратной связи отсутствует Фильтр нижних частот. Импульсы управления регулируемым двухтактным усилителем 9 мощности привязаны к передним фронтам импульсов автогенератора 1, что позволяет снизить время рассасывания избыточных носителей в базах транзисторов 10 и

11 и повысить устойчивость Функционирования, когда выходной трансфор матор 2 автогенератора работает в режиме насыщения. Поскольку в схеме не используются стабилизирующий преобразователь и отдельный Формирователь пилообразного напряжения, упрощается общая конструкция устройства.

1557647 ника питания, а выход через узел выи рямления и фильтрации — с выводами для подключения нагрузки, измерительно-усилительный узел, вход которого, подключен к выходу узла выпрямления и фильтрации, а выход через узел гальванической развязки, состоящий из последовательно включенных двухполярного ключевого модулятора, развязывающего трансформатора с двумя выполненными с общим выводом первичными обмотками, и демодулятора — к одному из входов широтно-импульсного модулятора, автогенератор с выходным трансформатором, первая и вторая вторичные обмотки которого соединены с базовыми цепями транзисторов усилителя мощности, а третья и четвертая вторичные обмотки, выполненные с общим выводом, — с входами синхронизации двухполярного ключевого модулятора узла гальванической развязки, диодно-транзисторный запирающий ключ, включенный между выходом широтно-им" пульсного модулятора и базовыми цепями транзисторов усилителя мощности и соединенный сигнальным входом с пятой вторичной обмоткой выходного трансформатора автогенератора, о т— л и ч а ю.шийся тем, что, с целью упрощения и повышения качества стабилизации выходного напряжения при импульсном характере нагрузки и в, процессе пуска, в него введен вспомогательный источник эталонного напря-: жения, а узел гальванической развязки снабжен токоограничивающим резистором, причем выход вспомогательного источника эталонного напряжения соединен с другим входом широтно-импульсного модулятора, токоограничивающий резистор включен в общую цепь первичных обмоток развязывающего трансформатора, а число витков w последних выбрано из условия 7< 0 5R > / м ир 1

rpe S и 1 - плошадь сечения и длина

М м магнитной силовой линии магнитопровода, р †. дифференциальная магнит?5 ная проницаемость мате риала магнитопровода, а

 — сопротивление токоограничивающего резистора, Г„„ - частота преобразования.

l 557647

Составитель Л. Иорозов

Редактор Л, Пчолинская Техред Л.Олейник Корректор Н .Ревская

Заказ 722 Тираж 495 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101