Стабилизированный источник вторичного электропитания

Стабилизированный источник вторичного электропитания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО Э ТЕКТРОПИТАНИЯ , содержащий преобразовательные ячейки , включенные по выходу последовательно, реверсивный счётчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно- .импульсный модулятор , выход которого соединен с входом управления инвертора преобразовательной ячейки , а модулирующий вход - с выходным выводом, первый элемент И, первый и второй компараторы напряжения и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД и быстродействия , в него введены второй и третий элементы И, делитель источника опорного напряжения, а преобразовательные ячейки выполнены с общим транзисторным инвертором с датчиком тока на входе, при этом первые входы компараторов соединены с выходньш выводом, второй вход первого компаратора - с ЕГыхбдом верхнего плеча делителя источника опорного напряжения, а второй вход второго компаратора - с выходом нижнего плеча делителя источника опорного напряжения, неинвертирующий выход первого, компаратора через второй элемент И соединен с щиной «-1 реверсивного счетчика, инвертирующий выход второго компаратора через третий элемент И - с шиной « + 1 реверсивного счетчика, вторые входы второго и тред-ьего элементов И SS соединены с вводом тактовых импульсов, третий вход третьего элемента И - с высл ходом датчика тока, инвертирующий вход первого и неинвертирующий выход второго компараторов - с соответствующими входами первого двухвходового элемента И, выход которого соединен с входом включения щиротно-импульсного модулятора. 4 со 00 о:

„„SU„„1049876

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК з(51) G 05 F 1/56; Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 337433О/24-07 (22) 06.01.82 (46) 23.10.83. Бюл. № 39

72) Ю. И. Максимовский, А. Г. Бомко, В. Д. Коломенский и В. Н. Перепонов (53) 621.314.57 (088.8) (56) 1. Патент США № 3.654.537, кл. 320-1, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 741387, кл. Н 02 М 3/335, 1978. (54) (57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЛ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий преобразовательные ячейки, включенные по выходу последовательно, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно - .импульсный модулятор, выход которого соединен с входом управления инвертора преобразовательной ячейки, а модулирующий вход — с выходным выводом, первый элемент И, первый и второй компараторы напряжения и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, в него введены второй и третий элементы И, делитель источника опорного напряжения, а преобразовательные ячейки выполнены с общим транзисторным инвертором с датчиком тока на входе, при этом первые входы компараторов соединены с выходным выводом, второй вход первого компаратора — с Выходом верхнего плеча делителя источника опорного напряжения, а второй вход, второго компаратора — с выходом нижнего плеча делителя источника опорного напряжения, неинвертирующий выход первого компаратора через второй элемент И соединен с шиной «-1» реверсивного счетчика, инвертирующий выход второго компаратора через третий элемент И— с шиной « + 1» реверсивного счетчика, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с вводом тактовых импульсов, третий вход третьего элемента И вЂ” с выходом датчика тока, инвертирующий вход первого и неинвертирующий выход второго компараторов — с соответствующими входами первого двухвходового элемента И, выход которого соединен с входом включения широтно-импульсного модулятора.

104987б

10

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство, содержащее двух- . тактный транзисторный инвертор с датчиком. тока и разделительным трансформатором, имеющим Nвторичных обмоток,,N выпрямительных мостов, каждый из которых подключен к выводам соответствующих вторичных обмоток трансформатора, N управляемых ключей, каждый из которых подключен к одному из выводов соответствующего выпрямительного моста, N развязывающих диодов, включенных в обратном направлении между соответствующим управляемым ключом и другим выводом выпрямительного мо ста, причем все развязываюшие диоды включены между собой последовательно и параллельно им включен Г-образный фильтр, а также распределитель импульсов управления ключами (1).

Однако в данном устройстве происходит снижение КПД при переключении ступеней двухтактного транзисторного инвертора, так как транзисторы выходят из области насыщения в активную область на время, необходимое для подзарядки конденсатора выходного фильтра.

Кроме того, быстродействие ограничено величиной емкости фильтра и внутренним сопротивлением инвертора тока, который при переключении ступеней работает в режиме источника тока, —. уровень пульсаций и стабильность ограничены дискретностью схемы электронного переключателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизированный конвертор постоянного напряжения, содержащий преобразовательные ячейки, включенные по выходу последовательно. реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен со входом управления инвертора преобразовательной ячейки, а модулируюший вход — с выходным выводом, элемент И, включенный в цепи управления реверсивным счетчиком, первый и второй компараторы напряжения и источник опорного напряжения.

При этом между выходом широтно-импульсного модулятора и цепью питания транзисторного инвертора преобразовательной ячейки включен ключевой регулятор напряжения, а для управления реверсивным счетчиком служат цепи обратной связи, связывающие входы реверсивного счетчика через компараторы с выходом конвертора и ключевым регулятором напряжения 12).

Недостатками известного устройства являются низкие КПД и быстродействие, которые обусловлены наличием ключевого регулятора в силовой цепи преобразовательной ячейки и тем, что переключение ячеек происходит в зависимости от напряжения на ключевом регуляторе.

Цель изобретения — повышение КПД и быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразовательные ячейки, включенные по выходу последовательно, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами управления преобразовательных ячеек, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с входам управления инвертора преобразовательной ячейки, а модулирующий вход — с выходным выводом, первый элемент И, первый и второй компараторы напряжения и источник опорного напряжения, введены второй и третий элементы И, делитель источника опорного напряжения, а преобразовательные ячейки выполнены с общим транзисторным интвертором с датчиком тока на входе, при этом первые входы компараторов соединены с выходным выводом, второй вход первого компаратора соединен с выходом верхнего плеча делителя источника опорного напряжения, а второй вход второго компаратора — с выходом нижнего плеча делителя источника опорного напряжения, неинвертирующий выход первого компаратора через второй элемент И соединен с шиной

« — 1» реверсивного счетчика, инвертирующий выход второго компаратора через третий элемент И соединен с шиной «+1» реверсивного счетчика, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с вводом тактовых импульсов, третий вход третьего элемента И вЂ” с выходом датчика тока, инвертирующий выход первого и неинвертирующий выход второго компараторов соединены с соответствующими входами первого двухвходового, элемента И, выход которого соединен с входом включения широтно-импульсного модулятора.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений в характерных точках схемы.

Стабилизированный конвертор постоянного напряжения состоит из двухтактного транзисторного инвертора 1, управляемых выпрямительных каскадов 2, сглаживающего

Г-образного фильтра, состоящего из дросселя 3 и конденсатора 4, компараторов 5 и

6, логических элементов И 7 — 9, реверсивного счетчика 10, широтно-импульсного модулятора 11, делителя опорного напряжения, выполненного на резисторах 12 и 13, вводов 14 и 15 питания и выходных выводов

16 и 17.

Двухтактный транзисторный инвертор 1 состоит из переключающих транзисторов 18 и 19, задающего генератора 20, разделительного трансформатора 21, содержащего пер498?б

Состояние транзисторных ключей 29 вылрямительных каскадов

1 2 3 4

Состояние реверсивного счетчика

10 вичную обмотку 22 и ряд вторичных обмоток 23, и датчика 24 тока.

Управляемый выпрямительный каскад 2 состоит из выпрямительного моста на диодах 25 — 28, транзисторного ключа 29 и развязывающего диода 30.

Каждый из компараторов 5 и 6 состоит из операционного усилителя 31 и инвертора 32.

Реверсивный счетчик 10 работает в двоичном коде и содержит в своем составе дешифратор (не показан, который непосредственно управляет транзисторными ключами 29.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходных выводах 16 и 17 напряжение отсутствует, при этом реверсивный счетчик 10 установлен в исходное нулевое состояние, при котором на его выходах отсутствуют сигналы, и, следовательно, транзисторные ключи 29 выпрямительных каскадов находятся в выключенном состоянии. При подаче напряжения на вводы 14 и 15 питания начинает работать задающий генератор 20, который вырабатывает переменное напряжение прямоугольной формы. Это напряжение поступает на базы переключающих транзисторов 18 и 19, которые усиливают по мощности напряжение задающего генератора.

При подаче тактовых импульсов на входную шину Г логических элементов И 8 и 9 на выходе логического элемента И 9 возникает сигнал логической единицы, а на выходе логического элемента И 8 сигнал отсутствует. Вызвано это тем, что на дру-, гих входах указанных логических элементов сигналы, поступающие с выходов соответствующих компараторов 6 и 5, находятся в противофазе. Кроме этого, сигнал на выходе датчика 24 тока при отсутствии тока в цепи нагрузки имеет уровень логической единицы.

При поступлении первого импульса на вход «+1» реверсивного счетчика 10 он начинает считать импульсы в двоичном коде в направлении прямого счета. Алгоритм состояний на выходных шинах реверсивного счетчика приведен в таблице состояний.

В результате поступления счетного импульса на вход «+1» на одном из его выходов (например а) возникает перепад напряжения, который включает транзисторный

10 ключ 29 одного из выпрямительных каскадов 2. В этом случае выходное переменное напряжение двухтактного транзисторного инвертора поступает на вход Г-образного фильтра 3 и 4. Это напряжение обеспечивает колебательный или апериодический заряд конденсатора (в зависимости от характера характеристического сопротивления LC-контура Г-образного фильтра 3 и 4 с учетом влияния нагрузки).

Ток зарядки дросселя 3 и конденсатора

2р 4 с учетом тока в цепи нагрузки вызывает ток в цепи датчика.24 тока. В результате протекания тока зарядки LC-контура на выУ ходе датчика тока возникает сигнал логического нуля, который блокирует поступление тактовых импульсов на вход «+1» реверсивного счетчика 10 с помощью логического элемента И 9 на время зарядки конденсатора 4 до установившегося значения.

После снятия сигнала блокировки по току зарядки LC-контура на выходе логическо0 го элемента И 9 появляется очередной импульс, поступающий на вход «+1» реверсивного счетчика 10. При этом реверсивный счетчик 10 переходит в другое состояние, которое связано с появлением на другом его выходе (б) сигнала логической единицы, который обеспечивает включение. второго транзисторного ключа 29. На первом выходе (а) реверсивного счетчика 10 устанавливается нуль, поэтому первый транзисторный ключ выключается.

В результате очередного скачка напряжения на входе фильтра на такую же величину происходит подзарядка конденсатора.

На время подзарядки конденсатора 4 выходной сигнал датчика 24 тока блокирует поступление TdKTQBblx импульсов на. вход «+1» реверсивного счетчика 10 аналогичным образом с помощью логического элемента И 19.

Далее процессы в схеме повторяются и происходит включение транзисторных ключей по алгоритму, указанному в таблице !о состояний. При каждом переключении обмоток трансформатора напряжение в установившемся состоянии возрастает на постоянную величину.

Процесс переключения выходных обмоток 23 с помощью транзисторных ключей 29 происходит до тех пор, пока напряжение на выходе устройства не достигнет нижнего значения опорного напряжения 14 к», При этом происходит срабатывание компаратора 6. (фиг. 2б).

В результате срабатывания компаратора

6 блокируется вход « + 1» реверсивного счетчика с помощью логического элемента И 9 . и в счетчике прекращается счет импульсов в прямом направлении. Так как сигнал с выходов компараторов поступает на вход логического элемента И 7, то с учетом состояний компараторов (фиг. g,á и 8) на выходе логического элемента И 7 возникает логический сигнал (фиг. 2,г), который вклю30 чает широтно-импульсныи модулятор 11.

При включении широтно-импульсного модулятора 11 задающий генератор начинает работать в режиме модуляции переменного напряжения по длительности. Глубина модуляции импульсов переменного напряжения З определяется сигналом обратной связи по выходному напряжению, поступающему нЪ второй вход широтно-импульсного модулятора 11. В этом режиме устройство работает как обычный ключевой регулятор, в ко.тором стабилизация напряжения обеспечи- 4О вается за счет изменения ширины импульсов.

В случае, если выходное напряжение устройства превысит величину заданного напря104987б жения U . (фиг. 2,a), срабатывает другой компаратор 5 (фиг. 2,в).

При срабатывании компаратора 5 широтно-импульсный модулятор, 11 выключается с помощью элемента И 7 совпадения) (фиг. 2, и включается вход «-1» реверсивного счетчика 10, так как на входе логического элемента И 8 будет действовать сигнал логической «!», поступающий с выхода компаратора 5. В этом случае очередной импульс, поступающий на шину тактовых импульсов, сдвигает реверсивный счетчик в обратном направлении, и напряжение на выходе устройства снижается дискретно на заданную величину. Снижение выходного напряжения за счет, тока нагрузки происходит до тех пор пока устройство не перейдет в зону широтно-импульсного регулирования (фиг. 2,а).

Далее процессы в схеме повторяются.

Для большей ясности на фиг. 2,д показаны эпюры напряжений:на шине тактовых импульсов, на фиг.. 2,е — импульсы на входе

«+1» и на фиг. 2,ж — импульсы на входе

«-1» реверсивного счетчика 10 для случая прямого и обратного счета.

Выбирая число управляемых выпрямительных каскадов, можно дискретно регулировать выходное напряжение с заданной точностьк. значительно повысить степень стабилизации за счет схемы широтно-импульсного регулирования.

В связи с тем, что глубина широтно-импульсного регулирования импульсов обычно составляет доли процента, предлагаемый конвертор постоянного напряжения обладает рядом преимуществ, которые отсутствуют, в известных устройствах, а именно: — заданный уровень пульсаций обеспечивается применением фильтра с незначительной величиной реактивных элементов; — устройство обладает высоким быстродействием в условиях работы на динамическую нагрузку; — устройство может работать с сохранением указанных выше характеристик в широком диапазоне входных и выходных напряжений, так как форма напряжения не изменяется.

1049876 ход

Яиг 1

1049876 (Риг.2

Составитель И, Никитин редактор Н. Лазаренко Техред И. Верес корректор M. демцнк

Заказ 8424/44 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4