преобразователь напряжения с защитой от перегрузки

Формула изобретения

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки, содержащий высокочастотный преобразователь, первый вход которого через датчик тока подключен к первому выводу источника питания, второй вход его подключен ко второму выводу источника питания, первый и второй выходы его подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого через последовательно соединенные выпрямитель и LC-фильтр подключены соответственно к первому и второму выходным выводам преобразователя напряжения с защитой от перегрузки, к первому выходному выводу которого подключен первый вход узла обратной связи, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, выход узла обратной связи связан с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключены объединенные первые выводы резистора и конденсатора и через обратно включенный диод выход датчика тока, вторые выводы резистора и конденсатора объединены и подключены к общей шине, при этом выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам высокочастотного преобразователя напряжения, отличающийся тем, что введен транзисторный ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход его подключен к тактовому выходу блока управления, выход транзисторного ключа подключен ко второму входу блока управления.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания.

Известно устройство управления транзисторами двухтактного преобразователя, содержащее первый и второй транзисторы, коллекторы которых подключены соответственно к началу и концу первичной обмотки трансформатора, эмиттеры их объединены и подключены к общей шине, базы первого и второго транзисторов подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, средняя точка первичной обмотки трансформатора подключена к первому выводу источника питания, второй вывод которой подключен через датчик тока к общей шине, вторичная обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста, выход которого подключен к входу фильтра, выход которого подключен к выходному выводу преобразователя, к первому входу дифференциального усилителя, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход дифференциального усилителя подключен к входу блока управления (см. а.с. SU №1541730, Н 02 М 3/337, 1988).

Недостатком устройства является неустойчивая работа преобразователя при возникающих переходных процессах, что снижает КПД устройства.

Известен преобразователь напряжения, содержащий двухтактный усилитель мощности на двух транзисторах, коллекторы которых объединены и подключены к первому входному выводу, эмиттеры транзисторов подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой подключена через датчик тока ко второму входному выводу, вторичная обмотка трансформатора подключена к входу выпрямителя, первый выход которого подключен к первому выходному выводу, и к первому входу блока управления, ко второму входу которого подключен выход датчика тока, первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к базам первого и второго транзисторов усилителя мощности, (см. а.с. SU №1598079, Н 02 М 3/337, 1988).

Недостатком устройства является неустойчивая работа преобразователя при возникающих переходных процессах, что снижает КПД устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь напряжения с защитой от короткого замыкания, содержащий полумостовой преобразователь напряжения, к выходу которого подключена первичная обмотка трансформатора, средняя точка которой через датчик тока подключена к силовому выводу источника питания, первый и второй управляющие входы полумостового преобразователя подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, к первому входу которого подключен выход узла обратной связи, ко второму входу его подключены первые выводы резистора и конденсатора и через встречно включенный диод выход датчика тока, вторые выводы резистора и конденсатора объединены и подключены к общей шине, при этом первый и второй выходы блока управления через соответствующие последовательно соединенные первый усилитель и первый конденсатор и второй усилитель и второй конденсатор подключены к первому выводу первичной обмотки трансформатора выпрямителя, второй вывод которой подключен к общей шине, вторичная обмотка его подключена к выходу выпрямителя, вход которого подключен к выходу блока управления выпрямителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго транзисторов, входы которых подключены к вторичной обмотке трансформатора, средняя точка которой подключена к общей шине, выходы первого второго транзисторов объединены и через LC-фильтр подключены к выходу преобразователя напряжения с защитой от короткого замыкания, к которому подключен вход узла обратной связи, (см. WO №106629, Н 02 М 3/335, 2001).

Недостатком устройства является неустойчивая работа преобразователя. Во время коммутационных процессов, когда входной ток выпрямителя превышает предельное значение, срабатывает защита на входе преобразователя напряжения и отключает блок управления полумостового преобразователя, на вторичной стороне преобразователя из-за наличия задержки защита не успеет сработать и в выходном напряжении появится «провал» на время задержки.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение устойчивости работы при возникновении переходных процессов.

Технический результат достигается тем, что преобразователь напряжения с защитой от перегрузки, содержащий высокочастотный преобразователь, первый вход которого через датчик тока подключен к первому выводу источника питания, второй вход его подключен ко второму выводу источника питания, первый и второй выходы его подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого через последовательно соединенные выпрямитель и LC-фильтр подключены соответственно к первому и второму выходным выводам преобразователя напряжения с защитой от перегрузки, к первому выходному выводу которого подключен первый вход узла обратной связи, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, выход узла обратной связи связан с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключены объединенные первые выводы резистора и конденсатора и через обратно включенный диод выход датчика тока, вторые выводы резистора и конденсатора объединены и подключены к общей шине, при этом выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам высокочастотного преобразователя напряжения, дополнительно содержит транзисторный ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход его к тактовому выходу блока управления, выход транзисторного ключа подключен ко второму входу блока управления.

Анализ патентной и научно-технической литературы позволяет сделать вывод, что на настоящее время неизвестно предложенное техническое решение, что позволяет сделать вывод о новизне предлагаемого технического решения.

Из патента US №4706177, НКИ 363/24, 1987 г. известно использование датчиков тока на входе и выходе преобразователя, из пат. US №6320763, Н 02 М 3/335, 2001 г. известно использование узла обратной связи на выходе преобразователя. Использование совокупности отличительных существенных признаков заявленного технического решения решающего проблему повышения устойчивости работы преобразователя при возникновении переходных процессов с тем же техническим результатом и в той же области на данный момент не выявлено, что позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий у данного технического решения.

На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя напряжения с защитой от перегрузки, на фиг.2 - электрическая схема блока управления и узла обратной связи, на фиг.3 - приведена нагрузочная характеристика преобразователя напряжения, на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие его работу (4а - напряжение на втором входе блока управления преобразователя без транзисторного ключа, 4б - напряжение на управляющем входе транзисторного ключа, 4с - напряжение на втором входе блока управления преобразователя при наличии транзисторного ключа).

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки (фиг.1) содержит высокочастотный преобразователь 3 напряжения, первый и второй входы которого через датчик 2 тока и непосредственно подключены соответственно к первому и второму выводам источника 1 питания, выход высокочастотного преобразователя 3 напряжения подключен к первому и второму выводам первичной 4₁ обмотки трансформатора 4, первый и второй выводы вторичной 4₂ обмотки которого через последовательно соединенные выпрямитель 5 и LC-фильтр 6 подключены соответственно к первому 7 и второму 9 выходным выводам преобразователя напряжения, к первому 7 выходному выводу которого подключен первый вход узла 8 обратной связи, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя 5, выход узла 8 обратной связи связан с первым входом блока 10 управления, ко второму входу которого подключены объединенные первые выводы конденсатора 13 и резистора 14 и через встречно включенный диод 11 выход датчика 2 тока, а также выход транзисторного ключа 12, вход которого подключен к общей шине 15, к которой подключены вторые выводы конденсатора 13 и резистора 14, управляющий вход транзисторного ключа 12 подключен к тактовому выходу блока 10 управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам высокочастотного преобразователя 3 напряжения.

Блок 10 управления (фиг.2) содержит задающий генератор 16, выход которого подключен к тактовому выходу блока управления и к первому входу формирователя 17 управляющего сигнала, второй вход которого подключен к первому входу блока 10 управления, третий вход его подключен к выходу компаратора 18, первый вход которого подключен ко второму входу блока 10 управления, второй вход его подключен к источнику 19 опорного напряжения, выходы формирователя 17 управляющего сигнала подключены к соответствующим выходам блока 10 управления.

Узел 8 обратной связи (фиг.2) содержит элемент 20 обратной связи, первый вход которого подключен к выходу компаратора 21, первый вход которого подключен к выходу датчика 22 тока, вход которого подключен ко второму входу узла 8 обратной связи, второй вход компаратора 21 подключен к выходу источника 23 опорного напряжения, второй вход элемента 20 обратной связи подключен к выходу блока 24 выработки сигнала рассогласования, вход которого подключен к первому входу узла 8 обратной связи, выход которого подключен к выходу элемента 20 обратной связи.

Высокочастотный преобразователь 3 может быть выполнен по полумостовой или мостовой схеме.

Формирователь 17 управляющего сигнала может быть выполнен на основе широтно-импульсного модулятора (ШИМ.).

Элемент 20 обратной связи может быть выполнен на основе оптопары.

Блок 24 выработки сигнала рассогласования может быть выполнен на основе схемы сравнения и усилителя сигнала рассогласования.

Блок 10 может быть выполнен, например, на микросхеме UCC 3895.

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника 1 блок 10 управления начинает вырабатывать импульсы, которые поступают на управляющие входы высокочастотного преобразователя 3 напряжения. По первичной 4₁ обмотке трансформатора 4 начинает протекать ток, который индуцируется во вторичную 4 ₂ обмотку и через выпрямитель 5 и LC-фильтр 6 подается в нагрузку 7, а также на вход узла 8 обратной связи, где сравнивается с опорным напряжением. Полученный сигнал рассогласования от блока 24 выработки сигнала рассогласования и от компаратора 21 подается через элемент 20 обратной связи на вход формирователя 17 управляющего сигнала блока 10 управления, где преобразуется в импульсный сигнал, с помощью которого осуществляется управление преобразователем 3. При отсутствии перенапряжения на выходе узла 8 обратной связи сигнал отсутствует. При резких коммутационных процессах, когда I_наг>I_max, из-за наличия задержки (время реакции) сигнал рассогласования с узла 8 обратной связи поступает с запозданием на блок 10 управления. В то же время с выхода датчика 2 тока сигнал (фиг.4а) поступает через диод 11 на транзисторный ключ 12, на управляющий вход которого поступают синхроимпульсы на тактовой частоте генератора 16 (фиг.4б), транзисторный ключ 12 открывается на время действия тактового импульса и возникший коммутационный выброс проходит через него (фиг.4с). Далее срабатывает защита, основанная на обратной связи, и по нагрузочной характеристике (фиг.3) происходит плавный переход с участка 1-2 на участок 2-3.

При переходных процессах, когда I_наг>I _max, без использования транзисторного ключа 12 защитная схема, основанная на датчике тока 2, диоде 11, конденсаторе 13 и резисторе 14, должна бы заблокировать высокочастотный преобразователь 3 и в напряжении на нагрузке появились бы «провалы» (фиг.3, участок 2-4). Использование транзисторного ключа 12 позволяет плавно перейти на участок 2-3 нагрузочной характеристики (фиг.3), что повышает устойчивость работы преобразователя и тем самым его КПД.