SU770425A1 - ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР по авт.орскому свидетельству Ν’ 399033 - Google Patents

Description

В основном авторском свидетельстве

№ 399033 описан полупроводниковый стабилизированный конвертор, содержащий частотно-регулируемый инвертор с задающим генератором, выполненным по схеме мультивибратора на двух транзисторах со средним отводом первичной обмотки трансформатора, включенного между коллекторами этих транзисторов; регулирующий блок реактивных элементов, включенный последовательно с выходом инвертора и имеющий максимальный импеданс на нижней частоте и минимальный импеданс на верхней частоте инверторавыходной выпрямитель со сглаживающим фильтром и измерительный орган напряжения, включенный между

770425 А1

770425

выходом конвертора и измерительным входом задающего генератора инвертора^ прототипе задающей генератор инвертора выполнен по схеме мультивибратора с магнитной обратной связью (генератор Роера). Частота задающего генератора регулируется изменением напряжения, подаваемого на его измерительный вход с выхода усилителя обратной связи измерительного органа напряжения (изменение частоты прямо пропорционально изменению этого напряжения). Одним зажимом измерительного входа задающего генератора здесь является средняя точка первичной обмотки трансформатора мультивибратора, а вторым зажимом - точка соединения эмиттеров обоих транзисторов мультивибратора с общей шиной питания конвертора. В соответствии с особенностью частотной характеристики регулирующего блока реактивных элементов, примененного в рассматриваемых конверторах, изменение напряжения на выходе усилителя обратной связи (на входе мультивибратора Роера) должно быть противоположным по знаку изменению напряжения на входе усилителя .(на выходе конвертора ) .

Указанное построение схемы прототипа вызывает, необходимость внесения в нее каждый раз принципиальных изменений применительно к заданным полярностям и величинам входного и выходного напряжений проектируемого конвертора. Например, в более простом случае, когда полярности входного и выходного напряжений конвертора по схеме прототипа - одинаковы, все транзисторы усилителя обратной связи измерительного органа напряжения могут быть включены по схеме с общим эмиттером, а коллекторное питание усилителя в рабочем режиме может быть взято либо со входа, либо с выхода конвертора (при включении напряжение подается, конечно, со входа). Следует при этом учитывать, что если входное ί напряжение значительно превышает в'ыходное. (понижающий конвертор) питание усилителя обратной связи с выхода конвертора может дать некоторое уменьшение расхода энергии на регулирование и облегчить решение задачи защиты конвертора от коротких замыканий в нагрузке.

В другом, столь же вероятном слу- . чае, когда полярности входного и вы10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ходного напряжения конвертора по схеме прототипа - различны, возникает необходимость внесения в схему определенных изменений, ибо практически невозможно в этом случае, без введения дополнительного преобразователя постоянного напряжения (входного или выходного) в постоянное, обеспечить подачу питания на усилитель обратной связи и задающий ген.ератор при ®ключении - со входа, а при нормальном рабочем режиме - с выхода конвертора» Если же коллекторное питание подавать только со входа, то необходимо видоизменить схему усилителя обратной связи, чтобы он мог работать с входным сигналом, полярность которого противоположна полярности напряжения коллекторного питания.

Другим - недостатком прототипа является значительный дополнительный расход энергии на регулирование, также обусловленный его схемно-конструктивным выполнением. В основном эта энергия потребляется выходным каскадом усилителя обратной связи, напряжение питания и коллекторный ток которого значительно больше соответственно входных напряжения и тока мультивибратора задающего генератора, питае-мого с выхода усилителя обратной свя* зи. .

Первой целью настоящего изобретения является обеспечение возможности применения однотипной оптимальной схемы при различных сочетаниях полярностей и величин входного и выходного напряжений конвертора.

Второй целью изобретения является уменьшение расхода энергии на регулирование»

Обе поставленные цели достигаются тем, что в полупроводниковом стабилизированном конвертоое, содержащем: •частотно-регулируемый! инвертор с задающим генератором, выполненным по схеме мультивибратора на двух транзисторах со средним отводом первичной обмотки трансформатора, включенного между коллекторами этих транзисторов, соединенный последовательно с выходом инвертора регулирующий блок реактивных элементов, имеющий максимальный импеданс на нижней частоте и ми-., нимальный импеданс на верхней частоте инвертора; выходной выпрямитель с сглаживающим фильтром; и'измерительный орган напряжения, включенный меж770425

6

ду выходом конвертора и измерительным входом задающего генератора инвертора, новым является то, что питающие зажимы задающего генератора инвертора , выполненного по схеме магнитного мультивибратора с резистивными коллекторно-базовыми связями, соединены с входными зажимами конвертора через управляемый ключ и с выходными зажимами конвертора через диод, включенный В прямом направлении и через стабилизирующую диодно-резистивную цепочку, а измерительные зажимы задающего генератора соединены с измерительным органом напряжения через регулирующий транзистор, противоположный по типу проводимости транзистора задающего генератора, причем база регулирующего транзистора подключена к средней точке резистивного делителя измерительного органа напряжения, коллектор подключен к измерительному зажиму, соединенному с базовыми резисторами задающего генератора, а (эмиттер подключен к измерительному 1зажиму, соединенному с эмиттерами обоих'транзисторов задающего генератора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема полупроводникового стабилизированного конвертора при минусовой полярности входного и плюсовой поляр-* ности выходного напряжения конвертора.

На фиг. 2-4 показаны упрощенные принципиальные схемы модификаций этоТо конвертора, соответствующие;

на фиг. 2 - минусовым полярностям входного и выходного напряжений;

на фиг. 3 ~ плюсовой полярности входного и минусовой полярности выходного напряжений;

на фиг. 4 - плюсовым полярностям входного и выходного напряжений,

на фиг. 5 показано зидоизменение предлагаемой схемы применительно к низковольтному конвертору.

На всех представленных схемах предполагается, что входное напряжение значительно превышает выходное напряжение конвертора.

Полупроводниковый стабилизированный конвертор (фиг. 1) содержит частотно-регулируемый инвертор 1 с задающим генератором 2; регулирующий блок 3 реактивных элементов, включенный последовательно с выходом инвертора 1 с задающим генератором 2; регулирующий блок 3 реактивных элементов, включенный последовательно с выходом инвертора 1 (первичной обмоткой 4 силового' трансформатора 5 инвертора); вы5 ходной выпрямитель 6 с сглаживающим фильтром (на фиг. 1 - дроссель 7 и конденсатор 8); и измерительный орган 9 напряжения, включенный между выходом 10 конвертора и измерительным вхо·

,0 дом 11 задающего генератора 2. Задающий генератор 2 инвертора 1 выполнен по схеме мультивибратора 12 на транзисторах 13 и 14, со средним отводом 15 первичной обмотки трансформа15 тора 1б, включенного между коллекторами транзисторов 13 и 14. Мультивибратор 12 выполнен по схеме с резистивными коллекторно-базовыми связями. Коллектор каждого транзистора мульти20 вибратора 12 соединен с базой другого транзистора через, резистор (соответственно резисторы 17 и 18), а базы обоих транзисторов подключены через резисторы (соответственно резис25 торы 19 и 20) к первому зажиму 21 измерительного входа 11 задающего генератора 2. Эмиттеры транзисторов 13 и 14 подключены к второму зажиму 22, и через общий эмиттерный резистор '

30 23 - к первому зажиму 21 измерительного входа 11 задающего генератора 2. Средняя точка 15 трансформатора 1б подключена к входу 24 конвертора через размыкающий ключевой элемент 25, управляемый с выхода 10 конвертора,

35 и к выходу 10 - через диод 26 в прямом направлении (на фиг. 1 катод диода 2Ь соединен с заземленным минусовым выходным зажимом конвертора).

ф Измерительный орган 9 напряжения состоит из: последовательно соединенных стабилитрона 27 и гасящего резистора 28, подключенных к выходным зажимам 29 и 30 конвертора; резистивного делителя 31 (резисторы 32 и 33),

⁴⁵ подсоединенного к тем же зажимам 29 и 30; и регулирующего транзистора 34 с типом проводимости, противоположным типу проводимости транзисторов 13 и 14 мультивибратора 12. База регулирующего транзистора 34 подключена к средней точке 35 резистивного делителя 31; коллектор транзистора 34 подключен к первому зажиму 21 измерительного входа 11 задающего генератора 2 и к

55 электроду стабилитрона 27, соединенному с гасящим резистором 28 (на фиг. 1 - к катоду стабилитрона 27); Эмиттер транзистора 34 подключен че770425

8

рез "резистор 36 к второму зажиму 22

,измерительного входа 11 задающего генератора 2, к которому подсоединены эмиттеры транзисторов 13 и 14 мультивибратора 12.

Схемы фиг. 2, 3, 4 почти идентичны схеме фиг. 1. Варьируется лишь направление включения диода 26, а также типы проводимости транзисторов 13 й .

14 мультивибратора 12 и регулирующего

• транзистора 34, в зависимости от полярностей входного и выходного напряжений соответствующих модификаций конвертора по предполагаемому изобретению.

На схемах ..фиг. 1,2,3,4, кото,рые относятся :< понижающим конверторам,, последовательно с ключевым элементом 25 включен резистор 37 для уравнивания напряжений коллекторного питания мультивибратора 12 со входа и с выхода конвертора, подаваемых на среднюю точку 15 трансформатора 1б„ Стоит в этой связи отметить, что понимающие конверторы наиболее широко применяются в качестве вторичных источников питания аппаратуры типа электронных АТС, питаемых напряжением 60 в, 3 общестанционного источника постоянного тока.

На схемах.фиг. 1-4 общая шина ι.

3θ конвертора', к которой подсоединены его входной и выходной зажимы, соединена с корпусом (заземлена).·

, Схема предлагаемого конвертора _Л (фиг. 1-4) действует следующим. -'· образом. При включении входного напряжения (например, тумблером 39) создается цепь питания мультивибратора 12 , задающего генератора 2 со входа конвертора через открытый (замкнутый) ключевой элемент 25, и мультивибратор начинает генерировать колебания приближенно прямоугольной формы. При этом в конверторе с разнополярными входом/ и выходом (фиг.1 ифиг.З) ток коллекторного питания мультивибратора 12 замыкается на общую шину 39 стабилитрона 27 в прямом направлении непосредственно, а в конверторе с одно' полярными входом и выходом (фиг. 2 и фиг. 4) - непоследовательно с конденсатором 8 сглаживающего фильтра. Колебания, генерируемые мультивибратором задающего генератора 2,приводят

. в действие инвертор 1, и его выходное напряжение, выпрямленное выпрямителем Ь, поступает на выход 10 конвертора.

30

35

45

55

10

15

20

25

8 течение переходного процесса напряжение на выходе 10-(на конденсаторе 8 сглаживающего фильтра) нарастает до величины, при которой достигается режим стабилизации стабилитрона 27, и одновременно запирается (размыкается) ключевой элемент 25. Начиная с этого момента, коллекторное питание мультивибратора 12 задающего генератора 2 производится с выхода конвертора стабилизированным напряжением через диод 26 в прямом направлении.' Роль ключевого элемента может при этом выполнять, например, размыкающий контакт электромагнитного реле, обмотка котог рого подсоединена к выходу 10 конвертора .

“На этапе включения цепь из стабилитрона 27 и гасящего резистора 28 обеспечивает более устойчивый переход от неустановившегося к квазиустановившемуся режиму работы устройства.При определенных условиях, например, достаточно большой величине емкости конденсатора 8 сглаживающего фильтра, цепь из стабилитрона 27 и резистора 28 может отсутствовать, а зажим 21 измерительного входа 11 задающего генератора 2 непосредственно быть подключен к соответствующему выходному зажиму конвертора=В этом случае питание коллекторной цепи задающего генератора в квазиустановившемся режиме его работы будет производиться непосредственно стабилизированным выходным напряжением конвертора.

Благодаря тому, что напряжение коллекторного питания мультивибратора 12 задающего генератора 2 является в рабочем режиме стабильным, необходимое регулирование частоты генерации мультивибратора обеспечивается лишь воздействием выхода измерительному ор" гана 9 напряжения на измерительный вход 11 задающего генератора 2. Воздействие это обусловлено изменением величины коллекторного тока регулирующего транзистора 34 в зависимости от изменения потенциала его базы. Последний, со своей стороны, находится в прямой зависимости от величины выходного напряжения конвертора (коэффициент передачи напряжения с выхода 10 конвертора на базу транзистора 34 определен коэффициентом деления. резистивного делителя 31). От величин ны коллекторного тока транзистора 34 прямо 'зависит предельное значение

770425

10

намагничивающего тока трансформатора 16 мультивибратора 12, а следовательно, и длительность полупериода автоколебаний мультивибратора. Таким образом, при возрастании выходного напряжения конвертора и вызываемом им увеличении коллекторного тока транзистора 34, период автоколебаний мультивибратора 12 увеличивается, а частота снижается. При снижении выходного напряжения конвертора частота автоколебаний мультивибратора 12 (задающего генератора 2 инвертора 1) соответственно повышается. Такая зависимость частоты задающего генератора 2 от изменений выходного напряжения конвертора позволяет обеспечить автоматическую регулировку выхода инвертора, необходимую для стабилизации выходного напряжения конвертора. Для этого рабочий диапазон регулировки частоты задающего генератора 2 должен быть установлен в пределах рабочего участка частотуой характеристики регулирующего блока 3 реактивных элементов.

3 предлагаемом конверторе фиг. 1-4) верхний'и нижний пороги генерации мультивибратора 12 задающего генератора 2 (диапазон регулировки частоты инвертора 1) определены выбросом величины сопротивлений резисторов 23 и 36« Изменение управляющего потенциала на базе регулирующего тран* зистора 34 вызывает требуемое изменение частоты задающего генератора 2 до тех пор, пока транзистора 34 не окажется в одном из двух предельных состояний: режиме насыщения или в запертом режиме» В первом случае эквивалентное сопротивление в эмиттерной цепи мультивибратора 12 образуется параллельным соединением резисторов 23

40

10

15

20

25

30

35

и 36; при этом предельное значение коллекторного тока транзисторов 13 и 14 является максимальным, а частота задающего генератора 2 - минимальной. Напротив, в запертом состоянии транзистора 34 предельное значение коллекторного тока транзисторов 13 и 14 становится минимальным (в эмиттерной цепи остается только один резистор 23), а частота задающего генератора 2 - максимальной. Таким образом, обеспечиваются требуемые пределы регулировки частоты инвертора 1 на рабочем участке характеристики блока 3 реактивных элементов.

Благодаря относительно узкому относительному изменению частоты регулировочная характеристика конвертора может рассматриваться, как приближенно линейная»

В случае использования предлагаемого конвертора для получения очень низ-, ких выходных напряжений (менее 5~6 В), может представить определенную трудность обеспечение необходимого режима задающего генератора 2 при питании его-с выхода 10 конвертора по схеме фиг. 1-4. Для таких низковольтных конверторов предлагается последовательно соединенные стабилитрон 27 и гасящий резистор 28 подключать к выходу 10 конвертора последовательно с дополнительным вольтодобавочным вып рямителем 40, подсоединенным к дополнительному выходу инвертора 1 (например, обмотке 41 силового трансформатора 5), как показано на фиг. 5. Следует указать, что в схемах фиг. 1-5 возможно использование ключевого элемента 25 одновременно и для подачи сигнала аварии (введением в него дополнительного контакта).

770425

ρτν^νν^ι р/-у'~У"Гу-^

ом

фиг.1

770425

770425

770425

Claims (1)

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР по авт.орскому свидетельству Ν’ 399033, отличающийся тем, что, С'' целью унификации структуры устройства для различных полярностей и величин входного и выходного напряжений с одновременным повышением экономичности схемы регулирования, питающие зажимы задающего генератора инвертора, выполненного по схеме магнитного мультивибратора

   ,с резистивными коллекторно-базевыми связями, соединены с выходными зажимами конвертора через управляемый ключ и с выходными зажимами конвертора через диод, включенный в прямом направлении, и через стабилизирующую диодно-резистивную цепочку, а измерительные зажимы задающего генератора соединены с -измерительным органом напряжения через регулирующий транзистор, противоположный по типу проводимости транзисторам задающего генератора, причем база регулирующего транзистора подключена к средней точке резистивного делителя измерительного органа напряжения, коллектор подключен к измерительному зажиму, соединенному с базовыми резисторами задающего генератора, а эмиттер подключен к измерительному зажиму, сое- •диненному с эмиттерами обоих транзисторов задающего генератора.

   (Ζ)

   С

   . Предлагаемый полупроводниковый стабилизированный конвертор предназначен для использования в электропитающих устройствах радиоэлектронной аппаратуры различного назначения,в частности в качестве вторичного, источника питания (ВИН) управляющих комплексов электронных автоматических телефонных станций.