Преобразователь напряжения

Преобразователь напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(1985898

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 10.06.81 (21) 3300431/24-07 (51)М. Кл.

H 02 M 3/335 с присоединением заявки М—

5Ьеударстюиый комитет

СССР ао делам неоеретений н открытий (2В) Приоритет

Опубликовано 30 . 12 . 82 . Бюллетень М 48 (53) УДК621. 314..58(088.8) Дата опубликования описания 06.01.83 (72) Авторы изобретения

Ю. П. Кузьмин, В. И. Иелешин, В. В. И и Г. И. Чесноков

Московский ордена Ленина авиационный и им. Серго Орджоникидзе (7l) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис пользовано при разработке вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен преобразователь напряжения, содержащий N преобразовательных ячеек, входами подключенных к входным выводам, а выходами через соответ« ствующие выпрямители - к выходным вы о водам, и задающий генератор, выходы которого подключены к входам синхронизации преобразовательных ячеек (1 ).

Недостатками известного преобразователя являются низкая надежность и невысокий КПД при работе в широком диапазоне изменения нагрузки и температур окружающей среды, что обусловлено повышенными потерями в цепях управления устройства. ю

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий

N преобразовательных ячеек,,подключенных входом к входным, а выходомк выходным выводам и включающих в себя по два силовых транзистора, силовой и коммутирующий трансформаторы и токозадающий двухполюсник, причем силовые транзисторы эмиттерами свя» заны с первым входным выводом преобразовательной ячейки, а их базы подсоединены к первым выводам выходных обмоток коммутирующего трансформатора, вторые выводы которых соедине ны между собой и через токозадающий двухполюсник подсоединены к первому входному выводу преобразовательной ячейки, две первичные обмотки силового трансформатора первыми выводами соединены между собой и подключены к второму входному выводу преобразовательной ячейки, выходная обмотка силового трансформатора связана с выходными выводами преобразовательной ячейки, а коммутирующий трансформатор снабжен ддумя управляющими обмотками, первые выводы которых сое985898 устроиства, а следовательно, снижению

55 динены между собой, и блок синхронизации, включающий в себя по Н-1 токостабилизирующих двухполюсников и диодов, причем токостабилизирующие двухполюсники первыми выводами подключены к точке соединения первых выводов управляющих обмоток коммутирующего трансформатора соответствующих преобразовательных ячеек t 2 7.

Недостатки этого преобразователя оСусловлены плохим запуском в широком диапазоне изменения температур окружа ющей среды и сопротивления нагрузки, что снижает надежность устройства, повышенными потерями в цепях управления силовыми транзисторами, что снижает КПД и ведет к перегреву узлов надежности его работы и ухудшению удельных массо-объемных характеристик что особенно заметно при необходимости работы в широком диапазоне изменения нагрузки, а также повышенными потерями в цепях синхронизации и невысокой надежностью при использовании преобразовательных ячеек на основе магнито-транзисторных ключей.

Цель изобретения — повышение КПД л надежности устройства путем обеспечения надежности пуска в широком диапазоне изменения температур и нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения, содержащий N преобразовательных ячеек, в каждой из которых базы двух силовых транзисторов подключены к первым выводам выходных обмоток коммутирующего трансформатора, причем вторые объединенные выводы этих обмоток через токозадающий двухполюсник подключены к первому входному выводу и связаны с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, коллекторы которых через коллекторные обмотки коммутирующе го трансформатора подключены к крайним выводам первичной обмотки силовых трансформаторов, отвод от средней точки которой подключен к второму входному выводу, а выходная обмотка через выпрямитель и фильтр связаны с выходными выводами, и блок синхронизации, включающий в себя N-1 токостабилизирующих двухполюсников и диодов, при этом коммутирующий трансформатор каждой ячейки снабжен двумя управляющими обмотками, первые выводы которых объединены и подключены во всех ячейках, кроме первой, 5

f0

l5 го

30 к первому выводу соответствующего токост абилизи рующе го д вухполюсни ка блока синхронизации, введены блоки запуска и включения, блок синхронизации снабжен двумя транзисторами, вторые выводы токостабилизирующих двухполюсников подключены к второму входному выводу, а их первые выводы через упомянутые диоды - к первому входному выводу, при этом в силовой трансформатор первой преобразовательной ячейки введена обмотка синхронизации, которая включена последовательно с дополнительным токоограничивающим двухполюсником, и эта цепочка соединена с базами транзисторов блока синхронизации, коллекторы которых подключены к вторым выводам управляющих обмоток коммутирующих трансформаторов всех ячеек, кроме первой, причем базы транзисторов блока синхронизации подключены к первому и второму выходам блока выключения, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми выводами управляющих обмоток коммутирующего трансформатора первой ячейки, а входс вторым выходом блока запуска, первый выход которого подключен к точке соединения выходных оомоток коммутирующего трансформатора, при этом вход бг|ока запуска подключен к входным выводам.

Токозадающие двухполюсники преобразовательных ячеек содержат параллельно включенные конденсатор и цепоч ку из последовательно подключенных диодов, причем количество диодов в токозадающем двухполюснике первой преобразовательной ячейки по крайней мере на один больше, чем в остальных

N--1 преобразовательных ячейках.

Блок запуска включает в себя дифференциальный усилитель, блок эталонного напряжения, два усилителя мощности, делитель выходного напряжения и форсирующий двухполюсник, причем дифференциальный усилитель подключен первым входом к выходу блока эталонного напряжения, вторым входом — к выходу делителя выходного напряжения, вход которого соединен с входными выводами блока запуска, первый выход дифференциального усилителя подсоединен через первый усилитель мощности к первому выходу блока запуска, а его второй выход через второй усилитель мощности соединен с вторым выходом

985898

25 блока зайуска, который через форси- рующий двухполюсник подключен к второму входу дифференциального усилителя.

Блок выключения включает в себя два развязывающих двухполюсника, S транзистор, делитель напряжения и выпрямительный мост, причем один входной вывод делителя напряжения, эмиттер транзистора и первый выход по-! стоянного тока выпрямительного о моста подключены к первому входному выводу, первые выводы развязывающих двухполюсников и второй входной вывод делителя напряжения подсоединены к входу блока выключения, вторые выводы развязывающих двухполюсников соединены соответственно с первым" и вторым выходами блока выключения, база транзистора подключена к выходу делителя напряжения, а коллектор — к 20 второму выходу постоянного тока выпрямительного моста, первый и второй входы переменного тока которого подсоединены к третьему и четвертому выходам блока выключения.

Кроме того, в преобразовательных ячейках соединенные вместе эмиттеры силовых транзисторов "через параллельно включенные дроссель и диод подсоединены к первому входному выводу. Зо

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения.

Преобразователь напряжения содержит и преобразовательных ячеек

1, подключенных входом к первому 2 и второму 3 входным выводам, а выходом — к выходным выводам 4 и 5, каждая из которых включает в себя два силовых транзистора 6 и 7, силовой трансформатор 8 и токозадающий двухполюсник, причем силовые транзисторы

6 и 7 эмиттерами связаны с первым входным выводом, а их базы подсоединены к первым выводам выходных обмо- 4s ток 9 коммутирующего трансформатора 10, вторые выводы которых соединены между собой и через токозадающий двухполюсник 11 подсоединены к первому входному выводу, отвод от средней точки первичной обмотки 12 силового трансформатора 8 подключен к второму входному выводу, выходная обмотка 13 силового трансформатора 8 связана с выходными выводами через выпрямитель и фильтр, а коммутирующий трансформатор 9 снабжен двумя управляющими об мотками 14, первые выводы которых соединены между собой, и блок 15 синхронизации,включающий в себя по М-1 токостабилизирующих двухполюсников

16 и диодов 17, причем токостабилизирующие двухполюсники 16 первыми вы" водами подключены к точке соединения первых выводов управляющих обмоток 14 коммутирующего трансформатора

10 соответствующих преобразовательных ячеек 1. 8 преобразовательных ячейках крайние выводы первичных обмоток 12 силового трансформатора 8 через коллекторные обмотки 18 комму" тирующего трансформатора 10 подключе" ны к коллекторам силовых транзисторов 6 и 7, последовательно включенные обмотка 19 синхронизации и токоограничительный двухполюсник 20 подключены соответственно к базам перврго 21 и второго 22 транзисторов блока 15 синхронизации, коллектора которых соединены с вторыми выводами управляющих обмоток 14 всех преобразовательных ячеек, кроме первой, вторые выводы токостабилизирующих двухполюсников 16 блока 15 синхронизации подключены к второму входному выводу

3, а их первые выводы через диоды 17 этого же блока подключены к эмиттерам транзисторов 21 и 22 и к первому входному выводу 2, блок 23 запуска входами 24 и 25 подсоединены к входным выводам 2 и 3, первым выходом 26 соединен с точкой соединения вторых

/ выводов выходных обмоток коммутирующего трансформатора 10 первой преобразовательной ячейки, а вторым выходом 27 подключен к входу 28 блока

29 выключения, первый 30 и второй 31 выходы которого соединены с базами транзисторов 21 и 22 блока 15 синхронизации, а третий 32 и четвертый 33 выходы подключены к вторым выводам управляющих обмоток 14 коммутирующе.го трансформатора 10 первой преобразовательной ячейки.

Токозадающие двухполюсники 11 преобразовательных ячеек 1 содержат параллельно включенные конденсатор

34 и цепочку из последовательно подключенных диодов 35, причем количество диодов в токозадающем двухполюснике 11 первой преобразовательной ячейки 1 по крайней мере на один больше, чем в остальных N-1 преобразовательных ячейках.

Блок 23 запуска включает в себя дифференциальный усилитель 36, блок

37 эталонного напряжения, два усилителя 38 и 39 мощности. делитель 40985898 выходного на пря>кения и форсирующий двухпопюсник 41, причем дифференциальный усилитег>ь 36 подключен первым входом к выходу блока 37 эталонного напряжения, вторым входом — к выходу делителя 40 выходного напряжения, вход которого соединен с входами 24 и 25 блока 23 запуска, первый выход дифференциального усилителя 36 подсоединен через первый усилитель 38 мощности K первому выходу 26 блока

23 запуска, а его второй выход через второй усилитель 39 мощности соединен с вторь!м вьходом 27 блока 23 запуска, который через форсирующий двух-15 полюсник 41 подключен к второму входу дифференциального усилителя 36.

Блок 29 выключения включает в себя два развязывающих двухполюсника

42, транзлстор 43, делитель 44 напря- 2{>

>кения и выпрямительный мост 45, при,чем один входной выход делителя 44 напряжения, эмиттер -,ðàíçèñòîðà 43 и первый выход постоянного тока выпрямител ьного моста 45 подключены к пер- 25 вому зходному зыводу 2, первые выводы развязывающих двухпслюсников 42 и второй входнол вывод делителя 44 на->ря>кения подсоединены к входу 28 блока 29 выключения, вторые вь>воды раз- 3{) вязывающлх двухполюснлков -2 соединены =оответственно с первым 30 и вторы;-:. 31 выходами блока 29 выключенля, база транзистора 43 подключена к выходу делитет>я :4 напряжения, а кол{, / поKT 0(3 — к второму выходу постоянного ока выт рямительного моста 45, первый и второй входы переменного тока ксторсго подсоединены к третьему 32 lл четвертому 33 выходам блока <{>

29 выключенля. л преобр=.çîâàòåëüíûõ ячейках 1 соединены BMccT p эмиттеры сллсвых тр=,нзисгсрсв 6 и 7 через параллельно вкл iченныг дроссель -:6 и диод 47 подсоединены к первому входному выводу.

Преобразователь напряженля работает следующим образом.

Если входнос напряжение на вход5G ных выводах 2 и 3 устройства не соответствует уровню„при котором должен включаться преобразователь (при работе в режиме вольтодобавки оно больше некоторого порога срабатыва55 ния блока запуска), разность напряжений, снимаемая между выходамл блока 37 эталонного напряжения и делителя ->О выходного напряжения поддерж>лвает дифференциальный усилитель 36 в таком сос; îÿíèè,,что усилитель 38 мощности заперт, а усилитель 39 насыщен. При этом на входе блока 23 э пуска отсутствует напряжение, а напряжение с выхода 27 через делитель

44 напряжения насыщает транзистор 43 блока 29 выключения. Поэтому на базах транзисторов 6 и 7 первой пресбразое вательной ячейки 1 отсутствует запускающий сигнал, а транзистор 43 блока 29 выключения через выпрямительный мост 45 шунтирует управляющие обмотки 14 коммутирующего трансформатора 10, вследствие чего эта ячейка выключена. Остальные N-1 преобразовательные ячейки 1 также выключены, так как выходнол сигнал с клеммы 27 блока 23 запуска ерез развязывающле двухполюсники 42 блока 29 вь!ключения насыщает транзисторы

21 и 22 блока 15 синхронизации. Последние закорачивают упра вляющие обмотки 14 коммутирующих трансформаторов, остальных H-1 преобразовательных ячеек 1, что препяствуст их самопроизвольнсму запуску.

Бсли входное напряжение на кгеммах 2 и 3 соответствует уровню, при котором должен работать преобразователь напряжения, разность между выходными напряжениями блока 37 эталонного напряжения и делителя 40 выходного напряжения переводит дифференциальный усилитель 36 в ре " «, при котором усилитель 39 мощности блока

23 запуска заперт, а усилитель 38 насыщен . При этом сигнал с выхода

26 блока 23 запуска попадает ерез выходные обмот ки 9 ко>лмути рующе го трансформатора 10 на базь. :силовых транзисторов 6 и 7 первой преобразовательной ячейки 1. Так как сигнална выходе 27 блока 23 запуска отсутствует, с транзисторов 21 и 72 блока

15 синхронизации и 43 блока 29 выключения снимается блокирующий (насыщенный) сигнал. Происходит запуск первой преобразовательной ячейки 1.

При этом так как коммутирующий трансформатор 10 включен по схеме трансформатора тока, в преобразовательных ячейках 1 обеспечивае-ся во всех режимах работы минимизация мощности, рассеиваемой в цепях управгения. На обмотках силового трансформатора 8 этой ячейки появляется прямоугольное напряжение. Это напряжение с „.áìîòêè 19 синхронизации через токсограничительный

98589

Формула изобретения овухполюсник 20 поступает на базы транзисторов 21 и 22 блока 15 синхронизации, вызывая их переключение с частотой первой преобразовательной ячейки 1. Допустим, сигнал с обмотки

19 синхронизации насыщает транзистор

21. При этом напряжение с входных выводов 2 и 3 через токостабилизирующие двухполюсники 16 и насыщенный транзистор 21 прикладывается к первым 10 управляющим обмоткам 14 коммутирующих трансформаторов 10 И-1 преобразовательных ячевк. Появляющееся при этом на выходных обмотках 9 коммутирующих трансформаторов напряжение насыщает 15 силовые транзисторы 7 в N-1 преобразовательных ячейках. Так как количество диодов в токозадающем двухполюснике 11 первой преобразовательной ячейке l больше,,чем в остальных 20

N-1 ячейках, частота ее переключения выше, чем собственные частоты осталь" ных ячеек, Поэтому переключение силовых транзисторов произойдет сначала

s первой ячейке. Это вызовет смену 25 полярности на обмотке 19 синхронизации и переключение транзисторов 21 и

22. Насыщенный транзистор 22 через диоды 17 шунтирует вторые управляющие обмотки 14 в М-1 преобразовательных 50 ячейках, что поиводит к выключению силовых транзисторов 7. После их запирания, так как к вторым управляющим обмоткам l4 коммутирующих трансформаторов 10 через токостабилизирующие двухполюсники 16 и насыщенный транзистор 22 прикладывается входное напряжение, в И-1 преобразовательных ячейках происходит насыщение силовых транзисторов 6.

Далее процесс протекает аналогично.описанному выше. Выходное напряжение с выходных обмоток 13 силовых трансформаторов 8 всех преобразовательных ячеек выпрямляется, фильтру- 45 ется и поступает на выходные клеммы

4 и 5, преобразователя напряжения.

С повышением температуры окружающей среды меняются параметры резонансного контура, образованного поразитными параметрами токозадающего двухполюсника 11 и выходных обмоток

9 коммутирующего трансформатора 10, что приводит в момент переключения к преждевременному насыщению ранее

55 запертого силового транзистора и протеканию значительных "сквозных" токов. Это значительно снижает надежность работы устройства. Для устра8 10 нения "сквозных" токов между соединенными вместе эмиттерами силовых транзисторов и второй входной клем мой 3 включены параллельно соединенные дроссель 46 и диод 47.

Для исключения режима неустойчи вой работы устройства при включениивыключении, и, следовательно, повышения надежности его работы между выходом усилителя 39 мощности блока

23 включения и выхоаом делителя 40 выходного напряжения включен форсирующий двухполюсник 41.

Таким образом, предлагаемый преобразователь напряжения обеспечивает как надежныи запуск,так и работу устройства в широком диапазоне нагрузок и температур окружающей среды.

Предлагаемый преобразователь выгодно отличается из известного более высоким КПД и надежностью работы в широком диапазоне изменения температур окружающей среды и нагрузок.

При этом также обеспечивается автоматическое включение - выключение устройства, например, по уровню входного напряжения, что расширяет возможности использования устройства в си" стемах вторичного электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры.

1. Преобразователь напряжения, содержащий И преобразовательных ячеек, в каждой из которых базы двух силовых транзисторов одключены к первым выводам выходных обмоток коммутирующего трансформатора, причем вторые объединенные выводы этих обмоток через токозадающий двухполюсник подключены к первому входному выводу и связаны с объединенными эмиттерами силовых транзисторов, коллекторы которых через коллекторные обмотки коммутирующего трансформатора подключены к крайним выводам первичной обмотки силовых трансформаторов, отвод от средней точки которой подключен к второму входному выводу, а выходная обмотка через выпрямитель и фильтр связаны с выходными выводами, и блок синхронизации, включающий в себя N-1 токостабилизирующих двухп люсников и диодов, при этом коммутирующий трансформатор каждой ячейки снабжен двумя управляющими обмотками, первые выводы которых объединены и подключены

985898 во всех ячейках кроме первой, к первому выводу соответствующего токостабипизирующего двухполюсника блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем обеспечения надежного пуска в широком диапазоне изменения температур и нагрузки, введены блоки запуска и выключения., блок синхронизации снабжен двумя транзис- <0 торами, BTopble Gûâoäû токостабилизируюших двухполюсников подключены к второму входному выводу, а их первые выводы через упомянутые диоды — к первому входному выводу, при этом в силовой трансформатор первой преобоазо вательной ячейки введена обмотка синхронизации, которая включена последовательно с дополнительным токоограничительным двухполюсником, и 20 эта цепочка соединена с базами транзис rnpoa блока синхронизации, коллекторы которых подключены к вторым выaoöaì управляющих обмоток коммутирующих трансформаторов всех ячеек, 25 кроме псрвой, причем базы транзисторов блока синхронизации подключены к первому и второму выходам блока выключения, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми выводами 30 управляющих обмоток коммутирующего трансформаropa первой преобразователь:ой ячейки, а вход — с вторым выходом блока запуска, первый выход которого подключен к точке соединения выходных З обмоток коммутирующего трансформатора первой ячейки, при этом вход блока запуска подключен к входным выводам.

2, Преобразователь по и. 1, о т г: и л а ю шийся тем, что.токо- до

=-а::дающие двухполюсники преобразовательных ячеек содержат параллельно включенные конденсатор и цепочку из последовательно подключенных диодов, буричем количество диодов в токозадающем двухполюснике первой преобразовательной ячейки по крайней мере на один больше, чем в остальных й-1 преобразовательных ячейках.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок запуска включает в себя дифференциальный усилитель, блок эталонного напряжения, два усилителя мощности, делитель выходного напряжения и форсирующий двухполюсник, причем дифференциальный усилитель подключен первым входом к выходу блока эталонного напряжения, вторым входом — к выходу делителя выходного напряжения, вход которого соединен с входными выводами блока запуска, первый выход дифференциального усилителя подключен через первый усилитель мощности к первому выходу блока запуска, а его второй выход через второй усилитель мощности соединен с вторым выходом блока запуска, который через форсирующий двухполюсник подключен к второму входу дифференциального усилителя.

Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок выключения включает в себя два развязывающих двухполюсника, транзистор делитель напряжения и выпрямительный мост, причем один входной вывод делителя напряжения, эмиттер транзистора и первый выход постоянного тока выпрями ельного моста подключены к первому входному выводу, первые выводы развязывающих двухполюсников и второй входной вывод делителя напряжения подсоединены к входу блока выключения, вторые выводы развязывающих двухполюсников соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выключения, база транзистора подключена к выходу делителя напряжения, а коллектор - к второму выходу постоянного тока выпрямительного моста, первый и второй входы переменного тока которого подсоединены к третьему и четвертому выходам блока выключ ."ния .

Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в преобразовательных ячейках соединенные вместе эмиттеры силовых транзисторов подключены к первому входному выводу через параллельно включенные дроссель диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP

tP />266, кл. Н 02 М 3/335, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М" 782079, кл . H 02 M 3/335, 1978, 985898

Составитель И. Никитин

Редактор A. Огар Техред E. Харитончик Корректор А. Ференц

Заказ 10178/74 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитетà СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проектная. 4