SU1534678A1 - Устройство дл управлени стабилизирующим преобразователем посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  во вторичных источниках электропитани  с импульсными стабилизаторами. Целью изобретени   вл етс  повышение КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшение габаритов и повышение выходной мощности стабилизатора. Устройство содержит преобразователь 1 посто нного напр жени  в посто нное с управл ющим входом 2 и выходом 3 датчика 4 тока ключа, элемент ИЛИ 5, R-S-триггер 6, компараторы 7, 9, узел ООС 8, источник опорного напр жени  10, интегратор 11, дифференциальный усилитель 14, делители 15, 16, напр жени , селектор 19 максимальной длительности выключенного состо ни  регулирующего элемента и элемент 20 временной задержки импульсов. Параметры интегратора 11 и порог срабатывани  компаратора 9 выбираютс  так, чтобы выполн лось условие ΔТ-H^.ΔJ/U_H, где H - индуктивность дроссел , включенного последовательно с ключом

ΔJ - заданна  амплитуда переменной составл ющей тока дроссел  в режиме непрерывных токов

U_н - величина выходного напр жени , приведенна  к входу

N - коэффициент трансформации силового трансформатора, ΔТ - временна  задержка включени  ключа после его выключени . Повышение КПД преобразовател  достигаетс  тем, что частота коммутации ключа, практически посто нна при уменьшении тока нагрузки вплоть до режима холостого хода. 5 ил.

Description

(Л

с

ел

оо

Јь О J

00

состо ни  регулирующего элемента и элемент 20 временной задержки импульсов . Параметры интегратора 11 и порог срабатывани  компаратора 9 выбираютс  так, чтобы выполн лось условие d.t L-UI/ ,iH, где L - индуктивность дроссел , включенного последовательно с ключом; Д1 заданна  амплитуда переменной составл ющей тока дроссе- л  в режиме непрерывных токов; U(

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  во вторичных источниках электропитани  с импульсным регулированием, в частности в стабилизирующих преобразовател  или ключевых стабилизаторах .

Целью изобретени   вл етс  обеспечение высокого КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшение габаритов и повышение выходной мощности стабилизирующего преобразовател .

На фиг.1 приведена схема преобразовател ; на фиг.2 - схема узла преобразовани ; на фиг.З - интегра- тор; на фиг.4 - схема селектора максимальной длительности выключенного состо ни  регулирующего элемента и элемента временной задержки импульсов; на фиг.5 - диаграммы, по сн ющие работу схемы; на фиг.6 - диаграммы токов и напр жений, по сн ющие принцип действи  преобразовател .

Стабилизирующий преобразователь (фиг.1) содержит узел 1 преобразова- ни  посто нного напр жени  в посто нное с управл ющим входом 2 и выходом 3 датчика 4 тока, элемент ИЛИ 5, RS-триггер 6, первый компаратор 7, узел 8 отрицательной обратной св зи, второй компаратор 9, источник 10 опорного напр жени , интегратор 1 1 своим входом подключенный к выходу 12 узла преобразовани , а входом 13 установки нул  - к второму выходу RS-триггера, дифференциальный усилитель 14, делитель 15 выходного напр жени , делитель 16 напр жени , диод 17. Узел 1 имеет силовой вход 18, который подключаетс  к сети посто нного тока. Кроме этого, стабилизирующий преобразователь содержит селектор 19 максимальной длительности выключенного состо ни  регулирующего

величина выходного напр жени , приведенна  к входу; п - коэффициент трансформации силового трансформатора; &L - временна  задержка включени  ключа после его выключени . Повышение КПД преобразовател  достигаетс  тем, что частота коммутации ключа, практически посто нна при уменьшении тока нагрузки вплоть до режима холостого хода. 6 ил.

0

5

с

0

5

элемента и элемент 20 временной задержки импульсов.

Узел 1 преобразовани  может быть выполнен по схеме фиг.2, котора  содержит подключенную к силовому входу 18 первичную обмотку 22 силового трансформатора 23, вторична  обмотка которого через выпр митель 24 подключена к выходу 12, шунтированному конденсатором 25 сглаживающего фильтра. Коммутаци  тока первичной обмотки силового трансформатора осуществл етс  регулирующим элементом из ключа (транзистора ) 26, управл ющего трансформатора 27 тока, дополнительного транзистора 28. Роль датчика 4 тока выполн ет трансформатор 29 тока, выходна  обмотка которого шунтирована резистором 30 и подключена к выходу 3. Управл юща  обмотка 31 трансформатора 27 через резистор 32 подключена к положительному выводу источника питани  U&)( и отрицательному выводу источника питани  через замыкающий диод 33.

Интегратор 11 может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.З. Он содержит операционный усилитель 34, интегрирующий конденсатор 35, резистор 36 и коммутатор 37, управл ющий вход V которого образует вход 13 установки нул  интегратора.

I

Параметры интегратора и порог

срабатывани  второго компаратора необходимо выбрать так, чтобы выполн лось условие

L-Ы

it

U

где L - индуктивность дроссел , включенного последовательно с регулирующим элементом; &т заданна  амплитуда переменной составл ющей тока дроссел  в режиме непрерывных токов;

величина выходного напр жени  преобразовател , приведенна 

к его входу

о-:- -.

&t и п

где Uц - выходное напр жение преобразовател , п - коэффициент трансформации сило-, вого трансформатора преобразовател ;

временна  задержка включени  ключа после его выключени .

10

и по истечении временной задержки t (фиг.5) на выходе элемента 20 возникает запускающий импульс. Этот импульс, пройд  через элемент 5 поступает на управл ющий вход 2. Транзистор 28 включаетс , возникает ток через резистор 32 и обмотку 31 трансформатора 27 тока. Пол рность напр жени  на обмотках трансформатора 27 при этом така , что регулирующий транзистор 26 выключен. По окончании импульса на выходе элемента 20 транзистор 28 выключаетс . В

В режиме непрерывных токов дроссе-15 результате мен етс  пол рность напр U .I

определ етс  выраже1„

в могде

Im

г. жени  на обмотках трансформатора 27 и транзистор 26 переходит в провод щее состо ние. Транзистор 26 удерживаетс  во включенном состо нии за в мо 20 счет положительной обратной св зи по току, образованной соответствующим включением обмоток трансформатора

значение тока дроссел 

мент выключени  регул тора;

значение тока дроссел  в

момент включени  регул тора. Селектор 19 и элемент 20 могут быть выполнены по схеме фиг.4, Селек- 25 Пол рность напр жени  на обмотках тор содержит нелинейную интегрирующую трансформатора 23 така , что диод 24

27. Ток в обмотке 22 возрастает.

(фиг.6, 1гг)

цепь из резистора 38, конденсатора 39, диода 40 и инвертора 41. Элемент временной задержки импульсов в простейшем случае может быть представлен обычной интегрирующей RC-цепью или выполнен в виде ждущего генератора (фиг.4), содержащего диодный ключ 42, инверторы 43 и 44, врем задающую цепь из конденсатора 45 и резистора 46, смещающего резистора 47.

На фиг.5 приведены временные диаграммы , по сн ющие принцип действи  селектора (фиг,4). При наличии на ее входе импульсов напр жени , длительность паузы между которыми меньше посто нной интегрировани  Ј (определ етс  параметрами элементов 38 и 39), напр жение на выходе инвертора 41 близко к нулю и генератор находитс  в ждущем режиме (U6t)l( 0). Если пауза между импульсами на входе селектора превышает величину Ј , потенциал на выходе инвертора 41 увеличиваетс , диодный ключ 42 закрываетс  и генератор начинает вырабатывать импульсы с частотой, определ емой параметрами элементов 45-47. Стабилизирующий преобразователь работает следующим образом.

При подаче питающего напр жени  на силовой вход 18 (одновременно подаетс  питающее напр жение на остальные элементы и узлы схемы)

30

оказываетс  заперт. Напр жение на выходе 3 по форме соответствует току Т2 . При достижении заданной ам35

40

плитуды тока I2i Im определ емой значением опорного напр жени  источника 10, параметрами делител  16, параметрами трансформатора 29 и номиналом резистора 30, на выходе компаратора 7 возникает положительный импульс напр жени  (U7, фиг.6), который переводит триггер 6 л состо ние О. При этом на пр мом выходе триггера 6 устанавливаетс  потенциал, близкий к нулю (U6, фиг.5),на инверсном - положительный потенциал, соответствующий логической 1. В результате этого включаетс  транзистор 28 и обмотка 31 трансформатора 27 окаэыва45 етс  шунтированной через транзистор 28 и диод 33. Ток в базе транзистора 26 пропадает и последний закрываетс . Происходит отключение тока в обмотке 22 и запасенна  в трансформаторе 23 энер50 ги  через диод 24 поступает на выход 12. стабилизирующего преобразовател .

С момента установки триггера 6 в состо ние О (t,,, фиг.6) происходит отключение коммутатора 37 и предвари55 тельно установленный в состо ние О интегратор 11 начинает интегрировать выходное напр жение стабилизирующего преобразовател . Выходное напр жение интегратора Uц , фиг. 6) линейно умень

и по истечении временной задержки t (фиг.5) на выходе элемента 20 возникает запускающий импульс. Этот импульс, пройд  через элемент 5 поступает на управл ющий вход 2. Транзистор 28 включаетс , возникает ток через резистор 32 и обмотку 31 трансформатора 27 тока. Пол рность напр жени  на обмотках трансформатора 27 при этом така , что регулирующий транзистор 26 выключен. По окончании импульса на выходе элемента 20 транзистор 28 выключаетс . В

жени  на обмотках трансформатора 27 и транзистор 26 переходит в провод щее состо ние. Транзистор 26 удерживаетс  во включенном состо нии за 20 счет положительной обратной св зи по току, образованной соответствующим включением обмоток трансформатора

Пол рность напр жени  на обмотк трансформатора 23 така , что диод

27. Ток в обмотке 22 возрастает.

(фиг.6, 1гг)

0

оказываетс  заперт. Напр жение на выходе 3 по форме соответствует току Т2 . При достижении заданной ам5

0

плитуды тока I2i Im определ емой значением опорного напр жени  источника 10, параметрами делител  16, параметрами трансформатора 29 и номиналом резистора 30, на выходе компаратора 7 возникает положительный импульс напр жени  (U7, фиг.6), который переводит триггер 6 л состо ние О. При этом на пр мом выходе триггера 6 устанавливаетс  потенциал, близкий к нулю (U6, фиг.5),на инверсном - положительный потенциал, соответствующий логической 1. В результате этого включаетс  транзистор 28 и обмотка 31 трансформатора 27 окаэыва5 етс  шунтированной через транзистор 28 и диод 33. Ток в базе транзистора 26 пропадает и последний закрываетс . Происходит отключение тока в обмотке 22 и запасенна  в трансформаторе 23 энер0 ги  через диод 24 поступает на выход 12. стабилизирующего преобразовател .

С момента установки триггера 6 в состо ние О (t,,, фиг.6) происходит отключение коммутатора 37 и предвари5 тельно установленный в состо ние О интегратор 11 начинает интегрировать выходное напр жение стабилизирующего преобразовател . Выходное напр жение интегратора Uц , фиг. 6) линейно уменьшаетс  от нул  до некоторого отрицательного значени , определ емого источником 10 опорного напр жени ,

8момент равенства выходного напр жени  интегратора 11 и напр жени  источника 10 срабатывает компаратор

9и на его выходе образуетс  положительный импульс (и„, фиг«6), который переводит триггер 6 в состо ние 1. При этом на вход 13 интегратора 11 поступает логическа  1, включаетс  коммутатор 37 и интегратор 11 устанавливаетс  в состо ние

. Одновременно на инверсном вьтхо- |де триггера 6 устанавливаетс  потенциал , близкий к нулю, транзистор 28 запираетс , включаетс  транзистор 26, в обмотке 22 возникает нарастающий ток и таким образом периодически повтор ютс  все описанные процес- сы, обеспечивающие коммутацию транзистора 26. В нормальном режиме работы преобразовател  максимальна  длительность выключенного состо ни  регулирующего элемента много меньше величины Ъ и поэтому элементы 19 и 20 на работу преобразовател  вли ни  не оказывают.

Если выходное напр жение преобразовател  несколько превышает заданное значение (в пределах допустимой нестабильности ), выходное напр жение дифференциального усилител  14 уменьшаетс  и через диод 17 ограничивает напр жение на втором входе первого компаратора напр жени , В результате отключение транзистора 26 происходит при токе несколько меньшем значении 1, что обеспечивает стабилизацию выходного напр жени  на заданном уроне , При малых нагрузках преобразовател , когда трансформатор 23 работает в режиме прерывистых токов, врем  выключенного состо ни  транзистора 26 (T-t, фиг.6) остаетс  неизменным , так как зависит лишь от величины выходного напр жени  преобразовател  ,

Но сравнению с известными предлагаемый стабилизирующий преобразова- тель посто нного напр жени  обладает более высоким К1Щ при малых токах нагрузки , имеет меньшие габариты и повышенную выходную мощность.

Повышение К1Щ преобразовател  достигаетс  тем, что частота коммутации регулирующего элемента сохран етс  практически посто нной при уменьше

нии тока нагрузки вплоть до режима холостого хода. Уменьшение габаритов преобразовател  и повышение его выходной мощности достигаетс  за счет трапецеидальной формы токов, протекающих в силовых цеп х узла преобразовани  (в отличие от треугольной формы в известных устройствах ) .

I

Например, амплитудное значение

тока регулирующего транзистора (фиг,2) составл ет

15

т т --- + Iffil-iS. .ЈЈ

-р.ср t

-о

0

5

0

5

0

45

50

55

где 1„ср среднее значение тока регулирующего транзистора, величина которого пропорциональна выходной мощности преобразовател ,

Полага , что Im имеет максимум при коэффициенте заполнени , близком к 0,5 (t4 «0,5T), а также принима  ul Im - I0- 0,21, получают I,

0S4.S Im (дл  известного I

Lp-cP

р.ср

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

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  стабилизирующим преобразователем посто нного напр жени , включающим узел преобразовани  посто нного напр жени  в посто нное, состо щий из выпр мител , выходного фильтра и ключевого регулирующего элемента, содержащее элемент ИЛИ, выход которого предназначен дл  подключени  к управл ющему входу ключевого регулирующего элемента, первый вход подключен к инверсному выходу RS-триггера, первым входом подключенного к выходу первого компаратора напр жени , первый вход которого подключен к датчику тока ключевого регулирующего элемента, а второй вход - через делитель напр жени  к источнику опорного напр жени , подключенному к одному из входов дифференциального усилител , другим входом предназначенным дл  соединени  с выходом стабилизирующего преобразовател  посто нного напр жени , выход дифференциального усилител  соединен с вторым входом первого компаратора

   напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  КПД при уменьшении тока нагрузки, уменьшени  габаритов и повышени  выходной мощности, оно снабжено интегратором, вторым компаратором напр жени , диодом , селектором максимальной длительности выключенного состо ни  ключевого регулирующего элемента и элемен- том временной задержки импульсов, причем второй вход RS-триггера подключен к выходу второго компаратора напр жени , первый вход которого соединен с источником опорного напр - жени , второй вход - с выходом ин V

   АС

   л

   Фиг.2

   ФиЬ.Ь

   тегратора, вход которого предназначе дл  соединени  с выходом стабилизирующего преобразовател  посто нного напр жени , вход установки нул  - с пр мым выходом RS-триггера, выход элемента ИЛИ подключен к входу селектора максимальной де тельности выключенного состо ни  ключевого регулирующего элемента, выход которого через элемент временной задержки импульсов подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход дифференциального усилител  подключен через диод к второму входу первого компаратора напр жени ,

   Основной М (Гг|Ј °

   п

   Выход

   fcL.L

   Фм.З

   Ък

   шиш

   l/i

   Л/Х

   Фиг..5

   Фиг. Ь