ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
VOLTAGE CONVERTER MASTER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к узлам импульсных источников вторичного электропитания, предназначенных для систем автоматики и радиоэлектроники.
Известен задающий генератор преобразователя напряжения (см. журнал «Радио», №10, 2006 г. стр. 47, В. Васильев), состоящий из генератора прямоугольного напряжения и формирователя управляющих сигналов, включающего D-триггер, S и R входы которого объединены и соединены с общей шиной, а генератор прямоугольного напряжения состоит из последовательно соединенных первого и второго логических элементов «НЕ», первого и второго резисторов, первые выводы которых объединены и соединены с первым выводом конденсатора, а вторые выводы соединены соответственно с анодом и катодом первого и второго диодов.
Недостатками вышеуказанного задающего генератора преобразователя напряжения (ЗГПН) являются:
- основной узел (тактирующий генератор) ЗГПН выполнен на двух логических элементах (DD1.1 и DD1.2), при этом логический элемент DD1.1 охвачен глубокой отрицательной обратной связью по напряжению и работает в линейном режиме, контур положительной обратной связи с выхода DD1.2 на вход DD1.1 охвачен через конденсатор С1, т.о. механизм положительной обратной связи реализуется только в процессе перезарядки конденсатора С1, что приводит к неустойчивости запуска тактирующего генератора (от включения к включению электропитания ЗГПН), возникающая в случаях плавного нарастания фронта напряжения питания после его подачи (т.е. запускающего сигнала), при котором на выходе DD1.1 устанавливается промежуточное напряжение (больше уровня «логический 0», но меньше уровня «логическая 1»), значение которого составляет около половины величины напряжения питания. В таких случаях, величины этого промежуточного напряжения недостаточно для переключения логического состояния элемента DD1.2, которое останется в исходном значении и, соответственно, конденсатор С1 не будет перезаряжаться и не замкнется цепь положительной обратной связи, а, следовательно, не возникнет генерации тактирующего генератора;
- частота импульсов тактирующего генератора зависит от величины напряжения питания. Учитывая, что неотъемлемыми частями любого преобразователя напряжения являются электромагнитные компоненты (трансформаторы, дроссели), низкое значение частоты генератора может привести к насыщению ферромагнитных сердечников этих компонентов и последующему отказу силовых полупроводниковых приборов преобразователя напряжения;
- выходные сигналы задающего генератора, снимаемые с выходов логических элементов DD1.3 и DD1.4, не могут использоваться для непосредственного управления силовыми полупроводниковыми приборами (например, транзисторами) преобразователя напряжения, т.к. являются слаботочными, а их амплитуда «привязана» к напряжению питания логических элементов;
- в процессе работы ЗГПН на входе логического элемента DD1.1 создаются выбросы напряжения отрицательной полярности (относительно уровня логического нуля) и положительной полярности (относительно уровня логической единицы), что может привести к выходу из строя логического элемента DD1.1.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Решаемой технической проблемой является повышение надежности и расширение функциональных возможностей задающего генератора преобразователя напряжения.
Достигаемым техническим результатом является обеспечение работоспособности в условиях воздействия ВФ (внешних факторов) с высокими значениями характеристик воздействия, а также устранение выбросов напряжения, стабилизация и регулировка требуемой частоты следования импульсов тактирующего генератора, обеспечение безусловного запуска ЗГПН независимо от длительности фронта напряжения питания.
Для достижения технического результата в задающем генераторе, состоящем из генератора прямоугольного напряжения и формирователя управляющих сигналов, включающего D-триггер, S и R входы которого объединены и соединены с общей шиной, а генератор прямоугольного напряжения состоит из последовательно соединенных первого и второго логических элементов «НЕ», первого и второго резисторов, первые выводы которых объединены и соединены с первым выводом конденсатора, а вторые выводы соединены соответственно с анодом и катодом первого и второго диодов, новым является то, что в генератор прямоугольного напряжения дополнительно введены третий логические элемент «НЕ», третий, четвертый и пятый резисторы, а в формирователь управляющих сигналов дополнительно введены четвертый и пятый логические элементы «НЕ», выходы которых являются выходами устройства, а входы соединены соответственно с первым и вторым выходами D-триггера, последний из которых соединен с информационным входом DIN D-триггера, вход третьего логического элемента «НЕ» соединен с выходом второго логического элемента «НЕ» и через четвертый резистор соединен со входом первого логического элемента «НЕ» и через третий резистор подключен к общей точке соединения первого и второго резисторов, вход питания третьего логического элемента «НЕ» соединен через пятый резистор с шиной внешнего источника питания, а выход соединен с катодом и анодом первого и второго диодов и с тактовым входом D-триггера, второй вывод конденсатора соединен с общей шиной.
На чертеже представлена схема задающего генератора преобразователя напряжения.
Задающий генератор преобразователя напряжения состоит из генератора прямоугольного напряжения и формирователя управляющих сигналов, включающего D-триггер 1, S и R входы которого объединены и соединены с общей шиной, а генератор прямоугольного напряжения состоит из последовательно соединенных первого 2 и второго 3 логических элементов «НЕ», первого 4 и второго 5 резисторов, первые выводы которых объединены и соединены с первым выводом конденсатора 6, а вторые выводы соединены соответственно с анодом и катодом первого 7 и второго 8 диодов. В генератор прямоугольного напряжения дополнительно введены третий логический элемент «НЕ» 9, третий 10, четвертый 11, и пятый 12 резисторы, а в формирователь управляющих сигналов дополнительно введены четвертый 13 и пятый 14 логические элементы «НЕ», выходы которых являются выходами устройства, а входы соединены соответственно с первым и вторым выходами D-триггера 1, последний из которых соединен с информационным входом DIN D-триггера 1. Вход логического элемента «НЕ» 9 соединен с выходом логического элемента «НЕ» 3 и через четвертый резистор 31 соединен со входом первого логического элемента «НЕ» 2 и через третий резистор 10 подключен к общей точке соединения первого 4 и второго 5 резисторов, вход питания третьего логического элемента «НЕ» 9 соединен через пятый резистор 12 с шиной внешнего источника питания 15, а выход соединен с катодом и анодом первого 7 и второго 8 диодов и с тактовым входом D-триггер 1, второй вывод конденсатора 6 соединен с общей шиной 16.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемом устройстве позволяет обеспечить его работоспособность в условиях воздействия ВФ с высокими значениями характеристик воздействия, а также устранить выбросы напряжения, стабилизацию и регулировку требуемой частоты следования импульсов тактирующего генератора, что позволит обеспечить безусловный запуска ЗГПН независимо от длительности фронта напряжения питания.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент после подачи питания с внешнего источника 15 конденсатор 6 находится в разряженном состоянии и на входе логического элемента 2 присутствует уровень логического «0», а на его выходе - уровень логической «1», соответственно, на выходе логического элемента 3 - уровень логического «0», а на выходе логического элемента 9 - логическая «1», т.е. уровень высокого напряжения, близкий к уровню питающего напряжения, который через диод 8 и резистор 5 начинает заряжать конденсатор 6. При достижении на первом выводе конденсатора 6 порогового напряжения высокого уровня (Uпор+), триггер Шмитта, состоящий из логических элементов 2, 3 и резисторов 10, 11. переключается и на его выходе (выходе логического элемента 3) устанавливается уровень логической «1», а на выходе логического элемента 9 - уровень логического «0», после чего конденсатор 6 начинает разряжаться через резистор 4 и диод 7. При достижении на первом выводе конденсатора 6 порогового напряжения низкого уровня (Uпор-), триггер Шмитта переключается в противоположное состояние и на его выходе устанавливается уровень логического «0», а на выходе логического элемента 9 - уровень логической «1» и начинается разряд конденсатора 6. Затем описанные выше циклы непрерывно повторяются, формируя таким образом непрерывную генерацию импульсов на выходе логического элемента 9, частота следования которых определяется значением постоянной составляющей цепи, состоящей из конденсатора 6 и резисторов 4, 5. Сигналы с выхода логического элемента 9 поступают на тактовый вход CL D-триггера 1. включенного по схеме делителя частоты, т.о. на его выходах формируются противофазные сигналы, которые поступают на логические элементы 13 и 14 с открытыми стоковыми выходами, увеличивающие нагрузочную способность выходных сигналов ЗГПН. Резистор 12 предотвращает возникновение в логических элементах 2, 3, 9 сквозных токов во время воздействия ВФ. Резистор 10 предотвращает возникновение тиристорного эффекта логического элемента 2 во время воздействия ВФ. Путем подбора номиналов резисторов 4 и 5 обеспечивается возможность изменения частоты следования импульсов на выходе ЗГПН с целью предотвращения насыщения ферромагнитных компонентов преобразователя напряжения.
Был изготовлен опытный образец ЗГПН, подтвердивший его работоспособность.