Стабилизированный конвертор

 

Использование: параметрические стабилизаторы постоянного напряжения во вторичных источниках электропитания. Сущность изобретения устройство содержит инвертор на транзисторах (1,2) с согласующим трансформатором (3) и силовой вторичной обмоткой 4, выпрямитель со сглаживающим фильтром (5), задающий генератор (8) с выходным трансформатором

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 M 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР -Ъ (г () Ф) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 р дД )

jGD ОО

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4807220/07 (22) 29.03.90 (46) 15.06.92. Бюл, N. 22 * (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро геодезической техники (72) Ю.А. Мордвинов и И.Г, Белоус (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N.1309222, .кл. .Н 02 М 7/5395, 1985. Авторское свидетельство СССР

N 955458, кл, Н 02 М 7/537, 1979. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР (57) Использование: параметрические стабилизаторы постоянного напряжения во вторичных источниках электропитания.

Сущность изобретения; устройство содерИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике для преобразования постоянного напряжения одного уровня в стабилизированное. другого уровня и может применяться в.качестве источника питания различного назначения.

Известен преобразователь, выполненный на основе полумостовой схемы, содержащий стойку из трех последовательно соединенных силовых транзисторов, подключенную к входным выводам, два последовательно соединенных обратных диода, шунтирующих средний транзистор, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к средней точке емкостного делителя. и точке соединения укаэанных обратных диодов. а вторичная — к, . Ж,„, 1741238 Al жит инвертор на транзисторах (1,2) с согласующим трансформатором (3) и силовой вторичной обмоткой 4, выпрямитель со сглаживающим фильтром (5), задающий генератор (8) с выходным трансформатором (9), от которого синхронизируют инвертор, Насыщающийся трансформатор 10 включен в цепи управления транзисторов 1,2 инвертора, Магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен на двух сердечниках (10,1 и 10.2) с прямоугольной петлей гистерезиса, причем на каждом сердечнике расположены обмотки управления (11.1 и

1.1.2) и соединены встречно-последовательно. а рабочие обмотки намотаны на оба магнитопровода одновременно. 1 з.п.ф-лы, 7 ил. нагрузке, причем управляющие переходы крайних силовых транзисторов подключены к задающему генератору, а управляющий переход среднего силового транзистора — к широтно-импульсному модулятору, связанного с задающим генератором, Регулирование длительности импульсов напряжения согласующего трансформатора.осуществляется классическим методом за счет широтно-импульсного модулятора и замкнутой системы авторегулирования.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность, обусловленная наличием трех силовых транзисторов и широтно-импульсного модулятора, требующего дополнительно вспомогательного источника питания для него.,3

1741238

40

Известен также конвертор, содержащий нерегулируемый инвертор с согласующим трансформатором, вторичная обмотка которого через магнитные усилители, выпрямитель со сглаживающим фильтром подключена к выходным выводам. Регулирование выходного напряжения осуществляется за счет изменения тока подмагничивания магнитного усилителя, приводящего подачу переменного напряжения с ШИМ на вы и рямител ь.

Недостатком данного технического решения является большая масса и габариты, низкий КПД, обусловленные введением магнитного усилителя в цепь силовых выпрямителейй.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является конвертор, содержащий транзисторный инвертор с согласующим трансформатором, силовая вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключенная к выходным выводам, задающий генератор с выходным трансформатором и насыщающийся трансформатор. причем управляющий переход каждого транзистора инвертора через пусковую RC-цепочку, зашунтированную обратным диодом, соеди- . нен с вторичной обмоткой выходного трансформатора задающего гейератора, через базовый резистор — с обмоткой положительной обратной связи, расположенной на согласующем трансформаторе, и через диод, последовательно с которым включена обмотка насыщающегося трансформатора, — со вспомогательной обмоткой, расположенной на согласующем трансформаторе, и блок управления, подключенный к управляющим обмоткам насыщающегося трансформатора, Блок управления включает в себя широтно-импульсный модулятор, связанный с задающим генератором и обеспечивающий регулирование длительности импульсов напряжения на трансформаторе за счет замкнутой системы регулирования, Кроме того, для питания задающего генератора и широтно-импульсного модулятора содержится вспомогательный источник питания.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность и КПД, что обусловлено необходимостью введения широтно-импульсного модулятора со вспомогательным источником питания.

Цель изобретения — повышение надежности и КОД.

Поставленная цель достигается тем, что в конверторе, содержащем транзисторный инвертор с согласующим трансформатором, силовая вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключена к выходным выводам, задающий генератор с выходным трансформатором, насыщающийся трансформатор, последовательно соединенный датчик рассогласования и усилитель мощности, подключенный к выходным выводам, причем управляющий переход каждого транзистора инвертора через пусковую RC-цепочку, эашунтированную обратными диодами, соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора задающего генератора. через базовый резистор — с обмоткой положительной обратной связи, расположенной на согласующем трансформаторе, и через отсекающий диод, последовательно с которым соединена рабочая обмотка насыщающегося трансформатора, — с вспомогательной обмоткой, расположенной на согласующем трансформаторе, магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен на двух магнитопроводах с прямоугольной петлей гистирезиса, на каждом иэ которых расположены обмотки управления, соединенные встречно-последовательно между собой и подключенные к выходу усилителя мощности, а рабочие обмотки намотаны на оба магнитопровода одновременно, кроме того, цепи питания задаю.цего генератора подключены через выпрямитель со сглаживающим фильтром к дополнительной вторичной обмотке согласующего трансфор-. матора.

На фиг.1 и 2 представлена схема конвертора, выполненного на основе полумостового инвертора. и диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг.3 и 4 — схема конвертора. выполненного на основе нулевого инвертора, и диаграммы напряжений на элементах схемь ; на фиг.5 и б — схема конвертора, выполненного на основе мосто- . вого инвертора, и диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг.7 — схема остроения датчика о ссогласования совместно с усилителем мощности.

Конвертор содержит (см. фиг.1) инвертор на транзисторах 1,2. согласующий трансформатор 3, силовая вторичная обмотка 4 которого через выпрямитель 5 со сглаживающим фильтром подключена к выходным выводам 6 и 7, задающий генератор 8 с выходным трансформатором 9 и насыщающийся трансформатор, выполненный на двух сердечниках 10,1,10.2, на каждом иэ которых расположены обмотки

11.1,11.2 управления, соединенные встречно-последовательно между собой, причем управляющий переход каждого транзистора 1,2 инвертора ei ез пусковую RC-цепоч1741238

15

30

35 ния транзистора 2 изменяется полярность напряжения 25 и к управляющему переходу

55 ку 13, зашунтированную обратным диодом

14, соединен с встречной обмоткой 15 трансформатора 9 задающего генератора 8. через базовый резистор 16 — с обмоткой 17 положительной обратной связи, располо-. 5 женной на согласующем трансформаторе 3, и через отсекающий диод 18, последовательно с которым включена рабочая обмотка 19 насыщающегося трансформатора 10, — вспомогательной обмоткой 20, расположенной на согласующем трансформаторе 3, датчика 21 рассогласования, усилитель 22 мощности, подключенный входом к выходу датчик 21 рассогласования, а выходом — к обмоткам управления насыщающегося трансформатора.

На фиг.2,4 и 6 представлены напряжения 24 на обмотках трансформатора 9 задающего генератора 8 и напряжение 25 на, вторичных обмотках согласующего трансформатора 3.

Датчик рассогласования 21 (см. фиг.7) включает резисторы 26-28 и стабилитрон

29, зашунтированный конденсатором 30. а усилитель 22 мощности включает операционный усилитель 31, резисторы 32-34 и управляющий транзистор 35.

Конвертор работает следующим образом.

На вторичных обмотках трансформатора 9 задающего генератора 8 формируется переменное напряжение 24, которое в момент времени 1 обеспечивает от обмотки

15,1 (см. фиг,1) подачу запускающего импульса через RC-цепочку 13.1 на транзистор

1; который, включаясь, поддерживает себя во включенном состоянии напряжением обмотки 17,1. Так, при положительном значении напряжения 24 на "началах" обмоток трансформатор 9 формирует положительный потенциал. К управляющему переходу транзистора 2 на интервале времени to — з прикладывается запирающее напряжение.

При этом к обмотке 19.1 насыщающегося трансформатора 10, выполненного на магнитопроводах с прямоугольной петлей гистирезиса, приложена сумма напряжений обмоток 17.1 и 20.1 за вычетом падения напряжения на резисторе 16.1 и диоде 18.1.

В момент насыщения обоих магнитопроводов 10 резко увеличивается ток через резистор 16.1, исчезает базовый ток транзис.тора 1 за счет подачи на его управляющий переход запирающего напряжения обмотки

20.1.

После выключения транзистора 1 в момент времени t2 за счет изменения полярности напряжения на обмотках согласующего трансформатора 3 к управляющему переходу транзистора 1 прикладывается эапирающее напряжение обмотки 17.1. Далее появление колебательных процессов. приводящих к генерированию напряжения на обмотках согласующего трансформатора 3 после выключения транзистора 1 не приведет к включению транзистора 1, так как к его управляющему. переходу прикладывается запирающее напряжение обмоток 17.1 или

20.1 При выключении транзистора 1,включение транзистора 2, как в обычном генераторе Ройера, не происходит иэ-за подачи запирающего напряжения 24 на его управляющий переход от обмотки 15.2 трансформатора 9 задающего генератора 8

В момент времени тз изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9 задающего генератора 8, что приводит к подаче на управляющий переход транзистора 2.запускающего импульса тока от обмотки 15,2 через RC-цепочку 13,2, включению транзистора 2 и поддержанию его во включенном состоянии за счет напряжения обмотки положительной обратной связи 17.2, При этом к управляющему переходу транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение от обмотки 15.1 через диод 14.1. К обмотке 19.2 насыщающегося трансформатора прикладывается сумма напряжений обмоток 17.2 и 20..2 эа вычетом падения напряжения на резисторе 16.2 и диоде 18.2. После насыщения магнитопроводов 10 к управляющему переходу транзистора 2 прикладывается запирающее напряжение обмотки 20.2. После выключеприкладывается запирающее напряжение обмотки 17.2 и т,д. В дальнейшем цикл работы повторяется. Датчик 21 рассогласования совместно с усилителем 22 мощности и обмотками управления 11.1 и 11.2 обеспечивают поддержание стабильного выходного напряжения эа счет регулирования момента насыщения трансформатора 10. Датчик 21 рассогласования (см. фиг,7) выявляет отклонение выходного напряжения от заданной величины и полученная разность поступает на операционный усилитель, им усиливается и подается на транзистор 35, работающий в усилительном режиме. Резистор 34 ограничивает максимальный ток коллектора транзистора 35.

При работе конвертора в системе, когда уже существует служебное напряжение, задающий генератор эапитывается от служебного напряжения. Если рассматриваемый конвертор автономен, то задающий генератор эапитывается через выпрямитель со сглаживающим фильтром от дополнительной вторичной обмотки согласующего

1741238

8. трансформатора 3. В последнем случае при подаче напряжения на входные выводы инвертор, выполненный на транзисторах 1,2, начинает работать, как обычный генератор

Ройера. После подачи напряжения на задающий генератор от дополнительной обмот.ки согласующего трансформатора указанный инвертор переходит в режим внешней синхронизации.

Работа конвертора, выполненного на основе нулевого и мостового инверторов (см. фиг.3,4), аналогичная описанному. В мостовом инверторе в отличие от классической структуры введен емкостной делитель, подключенный к входным выводам, а средней точкой — к средней точке первичной обмотки согласующего трансформатора 3. Это сделано из-за того, что при выключении транзисторов, например 1,1 и 1.2, напряжение с обмоток. согласующего трансформатора должно исчезать после выключения последнего из двух транзисторов I.1 и 1.2, Если первым включился транзистор 1.2, то за счет существования еще полумостовой схемы на базе указанных конденсаторов и включенного еще транзистора 1.1 напряжения на всех обмотках согласующего .трансформатора 3 существуют и не возникает отличий от работы предыдущих схем.

Таким образом, предлагаемые схемы конверторов не содержат широтно-импульсного модулятора (LUMM) в обычном понимании и не требуется стабилизированного источника питания для LUMIVI. Получаемое напряжение питания для задающего генератора от обмотки согласующего трансформатора 3 практически не зависит в рассчитанном диапазоне от входного напряжения и не требует установки дополнительного стабилизатора. Укаэанные упрощения схемы конвертора повышают его надежность и КПД.

Формула изобретения

1.Стабилизированный коньертор, содержащий транзисторный инвертор с согла5 сующим трансформатором. силовая вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключена к выходным выводам, задающий генератор с выходным трансформатором, 10 насыщающийся трансформатор, последовательно соединенные датчик рассогласования и усилитель мощности, подключенные к выходным выводам, причем управляющий переход каждого транзистора инверторэ че-.

15 рез пусковую КС;цепочку, зэшунтированную обратными диодами, соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора задающего генератора, через базовый резистор — с обмоткой положительной

20 обратной связи, расположенной нэ согласующем трансформаторе, и через .отсекающий диод. последовательно с которым включена рабочая обмотка насыщающегося трансформатора, — со вспомогательной об25 маткой, расположенной на согласующем трансформаторе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и повышения КПД, магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен на двух

30 магнитопроводах с прямоугольной петлей гистерезиса, на каждом из которых расположены обмотки управления. соединенные встречно-последовательно между собой и подключенные к выходу усилителя мощно35 сти. а рабочие обмотки намотаны на оба магнитопровода одновременно.

2.Конвертор по п.1, а т л и ч а ю щ и йс я тем, что цепи питания задающего генератора подключены через выпрямитель со

40 сглаживающим фильтром к дополнительной вторичной обмотке согласующего трансформатора.

1741238

174 1238

1741238

1741238

22"

1

I а 1

l

23

Составитель И.Белоус

Редактор M. Недолуженко Техред М.Моргентэл Корректор О. Кравцова

Заказ 2091 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101