способ преобразования напряжения постоянного тока и стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания

Формула изобретения

1. Способ преобразования напряжения постоянного тока, при котором преобразуемое напряжение превращают в последовательность импульсов, подают их на первичную обмотку трансформатора, на вторичной обмотке которого получают выходное напряжение, сигнал, пропорциональный выходному напряжению, получают с обмотки обратной связи, сравнивают его с опорным, получает сигнал их разности и по этому сигналу изменяют скважность импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, отличающийся тем, что дополнительно регулируют сигнал обратной связи в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, при этом при уменьшении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи увеличивают, а при увеличении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи уменьшают.

2. Стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания, содержащий ШИМ-контроллер и трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным зажимам источника через транзистор, управляющий вход которого подключен к выходу ШИМ-контроллера, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными зажимами источника, обмотка обратной связи трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к входу питания ШИМ-контроллера, который через резистор запускающей цепи соединен с первым входным зажимом, а вход "общий" ШИМ-контроллера соединен со вторым входным зажимом источника, вход обратной связи ШИМ-контроллера через резисторы подключен к выходу регулируемого делителя напряжения, содержащего резисторы и фильтровые конденсаторы и соединенного через один диод с обмоткой обратной связи трансформатора, а через второй диод - с силовым транзистором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания.

Известен способ преобразования напряжения постоянного тока [1, 2], согласно которому преобразуемое напряжение превращают в последовательность импульсов, подают их на первичную обмотку трансформатора, на вторичной обмотке которого получают выходное напряжение, а сигнал, пропорциональный выходному напряжению, получают с дополнительной обмотки обратной связи, сравнивают его с опорным, получают сигнал их разности и по этому сигналу изменяют скважность импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора.

Существенным недостатком известного способа является нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки, что обусловлено потерями в реальном трансформаторе, связанными с индуктивностью рассеивания и конечным значением омического сопротивления обмоток. Обратная связь в известном устройстве не учитывает указанные потери и, следовательно, не может их скомпенсировать.

Известный способ преобразования напряжения постоянного тока реализован в импульсном источнике вторичного электропитания с гальванической развязкой входной и выходной цепей [2], построенном по схеме однотактного обратноходового преобразователя, в котором входное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора через транзисторный ключ, управляемый ШИМ-контроллером в зависимости от напряжения обратной связи, снимаемого с дополнительной обмотки обратной связи, а выходное напряжение снимается со вторичной обмотки трансформатора через выпрямитель и фильтр. Поскольку напряжение на обмотке обратной связи не учитывает прямого падения напряжения на омическом сопротивлении вторичной обмотки трансформатора, выпрямителе и фильтре, выходное напряжение источника будет изменятся при изменении тока нагрузки.

Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно регулируют сигнал обратной связи в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, при этом при уменьшении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи увеличивают, а при увеличении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи уменьшают.

В скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, содержится информация о величине тока нагрузки и его изменении. Введение дополнительной регулировки сигнала обратной связи в зависимости от скважности импульсов позволяет скомпенсировать изменение выходного напряжения преобразователя при изменении тока нагрузки, следовательно, повышает стабильность выходного напряжения.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизированного импульсного источника вторичного электропитания, реализующего данный способ.

Стабилизированный импульсный источник, реализующий данный способ, содержит ШИМ-контроллер 1 и трансформатор 2, первичная обмотка 3 которого подключена к входным зажимам источника через транзистор 4, управляющий вход которого подключен к выходу 5 ШИМ-контроллера 1, вторичная обмотка 6 трансформатора 2 через выпрямитель 7 и фильтр 8 соединена с выходными зажимами источника, обмотка обратной связи 9 трансформатора 2 через выпрямитель 10 и фильтр 11 подключена к входу 12 питания ШИМ-контроллера 1, который через резистор 13 запускающей цепи соединен с первым входным зажимом, а вход 14 "общий" ШИМ-контроллера 1 соединен со вторым входным зажимом источника, вход 15 обратной связи ШИМ-контроллера 1 через резисторы 16 и 17 подключен к выходу регулируемого делителя напряжения, содержащего резисторы 18, 19, 20 и фильтровые конденсаторы 21, 22 и соединенного через диод 23 с обмоткой 9 трансформатора 2, а через диод 24 - с транзистором 4. По сравнению с прототипом [2] цепи задания частоты преобразования и цепи обеспечения электрических режимов для безаварийной работы транзистора 4 внесены в состав ШИМ-контроллера 1.

Способ осуществляют следующим образом. Ключевой транзистор 4 управляется ШИМ-контроллером 1. Когда транзистор 4 открыт, ток в первичной обмотке 3 трансформатора 2 линейно увеличивается. Этот трансформатор фактически является дросселем со вторичными обмотками и накапливает в себе существенную энергию. Когда транзистор 4 закрывается, магнитный поток в сердечнике трансформатора 1 начинает уменьшаться и это вызывает токи в цепи вторичной обмотки 6 и в обмотке 9 обратной связи. Ток обмотки 6 заряжает через выпрямитель 7 конденсатор фильтра 8 и течет в нагрузку. Ток обмотки 9 через выпрямитель 10 заряжает конденсатор фильтра 11 и обеспечивает питание ШИМ-контроллера 1. Кроме того, ток обмотки 9 через диод 23 и резистор 20 заряжает конденсатор 22, напряжение с которого подается через резисторы 16 и 17 на вход 15 обратной связи ШИМ-контроллера 1. Этот ток поддерживает постоянным напряжение на конденсаторе 22. Если ток нагрузки увеличивается (уменьшается) напряжение на конденсаторе 8 уменьшается (увеличивается), уменьшается (увеличивается) и связанное с ним через коэффициент трансформации напряжение на конденсаторе 22, что приводит к увеличению (уменьшению) длительности открытого состояния транзистора 4, во время которого ток первичной обмотки 3 трансформатора 2 достигает более высокого (низкого) значения, что создает в результате более высокий (низкий) ток во вторичных обмотках 6 и 9 во время закрытого состояния транзистора 4. Таким образом, схема автоматически сохраняет постоянным значение напряжения на конденсаторе 22 и, следовательно, при отсутствии потерь в трансформаторе 2, выпрямителе 7 и фильтре 8, обеспечивает неизменным напряжение на нагрузке.

Компенсацию изменений выходного напряжения источника, возникающих за счет потерь в трансформаторе 2, выпрямителе 7 и фильтре 8 при изменении тока нагрузки, осуществляет управляемый делитель напряжения на резисторах 18, 19, 20, введенный в цепь обратной связи. При увеличении (уменьшении) тока нагрузки увеличивается (уменьшается) время открытого состояния транзистора 4 и, так как резистор 18 через диод 24 подключен к транзистору 4, увеличивается (уменьшается) ток (среднее значение) через резисторы 18, 19, 20, что приводит к уменьшению (увеличению) напряжения на конденсаторе 22 и, следовательно, к увеличению (уменьшению) длительности открытого состояния транзистора 4 и увеличению (уменьшению) напряжения на вторичных обмотках трансформатора 2, компенсируя тем самым изменение падения напряжения на внутреннем сопротивлении вторичного источника.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение стабильности выходного напряжения введением сравнительно простых элементов и может найти применение в стабилизированных импульсных источниках вторичного электропитания, работающих на изменяющуюся в широких пределах нагрузку.

Источники информации

1. Новаченко И. В. и Юровский А.В. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Дополнение первое: Справочник - М.: Радио и связь, 1990, с.132-140.

2. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М. ДОДЭКА, 1997 г., рис.31 на с.97.