Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вторичных источниках питания, Цель изобретения - расширение функциональнык возможностей устройства путем обеспечения возможности синхронизации от внешнего задающего генератора и обеспечениянадежного запуска. Преобразователь содержит выходной трансформатор 1, силовой транзистор 7, запирающий транзистор 19, накопительный конденсатор 18, компаратор 21, источники опорного напряжения 29,47, измерительный конденсатор 24, шунтирующий транзистор 26, истоковый повторитель 31, времязадаюпщй конденсатор 39. Введение порогового элемента 41, трансформатора тока 6, дополнительного компаратора 8 и стабилизатора тока 40 обеспечивает надежный запуск при плавном нарастании входного напряжения. При перегрузках преобразователя выходные напряжения ниже . с номинального, и срабатывание компаратора 21 и закрытие силового транзистора 7 происходят при достижении напряжением на обмотке 38 трансформатора тока 6 напряжения на первом входе компаратора 21, в результате чего происходит ограничение тока в первичной цепи преобразователя. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (5D 4 Н 02 M 35

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4040868/24-07 (22) 24 .03.86 (46) 07,08.87..Бюл. Ф 29 (72) И.И.Филиппов, В.П. Фоминых и Б.П. Соустин (53) 621 . 314. 57 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1181076, кл. Н 02 M 3/335, 1983.

Авторское свидетельство СССР

)1р 1056391, кл. Н 02 М 3/335, 1982.

Авторское свидетельство СССР

11р 1095328, кл. Н 02 M 3/335, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1275691, кл. Н 02 М 3/335. (54) ОДНОТАКТНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности синхронизации от внешнего задающего генератора и обеспечения. надежного запуска.

Преобразователь содержит выходной трансформатор 1, силовой транзистор

7, запирающий транзистор 19, накопительный конденсатор 18, компаратор

21, источники опорного напряжения

29,47, измерительный конденсатор 24, шунтирующий транзистор 26, истоковый повторитель 31, времязадающий конденсатор 39. Введение порогового элемента 4 1, трансформатора тока 6, дополнительногo компаратора 8 и стабилизатора тока 40 обеспечивает надежный запуск при плавном нарастании входного напряжения. При перегрузках преобразователя выходные напряжения ниже g номинального, и срабатывание компаратора 21 и закрытие силового транзистора 7 происходят при достижении напряженнем на обмотке 38 трансформатора тока 6 напряжения на первом входе компаратора 21, в результате чего происходит ограничение тока в первичной цепи преобразователя. 3 ил °

1328896

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания радиоэлектронной аппаЧ ратуры.

Цель изобретения - расширение функ циональных воэможностей путем обеспечения возможности синхронизации от внешнего генератора и повьппение надежности запуска, На фиг. 1 приведена электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие работ устройства в режиме стабилизации выходных напряжений; на фиг. 3 — то же, в режиме перегрузки (индексы при пере менных соответствуют номеру элемента схемы (фиг. 1).

Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого подключена к входным клеммам 3 и 4 через первичную обмотку 5 трансформатора 6 тока и силовой транзистор 7,к управляющему входу которого подключены выход дополнитель ного компаратора 8 через седьмой резистор 9 и базовая обмотка 10 через базовый резистор 11.Выходные обмотки

12 через выпрямительные диоды 13 подключены к сглаживающим конденсаторам 14 и нагрузке 15. Управляющая обмотка 16 выходного, трансформатора

1 через первый диод 17 подключена к накопительному конденсатору 18, соединенному с управляющим входом силового транзистора 7 через запирающий транзистор 19,к управляющему входу которого через первый резистор 20 подключен выход компаратора 21, выполненного по схеме аналога однопе,реходного транзистора. К измеритель.ной обмотке 22 выходного трансформатора 1 через третий диод 23 подключен измерительный конденсатор 24, к которому через второй резистор 25 подключен шунтирующий транзистор 26, управляющий вход которого соединен с измерительной обмоткой 22 выходного трансформатора 1 через третий резистор 27. К управляющей обмотке 16 выходного трансформатора 1 через второй диод 28 подключены источник 29 опорного напряжения через четвертый резистор 30 и истоковый повторитель

31, соединенный входом с измерительным конденсатором 24. К первой вторичной обмотке 32 трансформатора Ь тока подключены пятый резистор 33 и через четвертый диод 34 шестой резис5 тор 35, один вывод которого соединен также с источником 29 опорного напряжения,а другой — с первым входом компаратора 21. К другому входу компаратора 21 через разделительные диоды, 36 и 37 подключены выход истокового повторителя 31 и вторая вторичная обмотка 38 трансформатора 6 тока. Времязадающий конденсатор 39 подключен у15 к входным клеммам 3 и 4 через стабилизатор 40 тока и пороговый элемент

41, содержащий транзистор 42; управляющий вход которого шунтирован туннельным диодом 43 и через резистор 44 о подключен к минусовой клемме 4. Первый вход компаратора 8, выполненного на транзисторах 45 и 46, соединенных по схеме аналога однопереходного транзистора, подключен к источнику

25 47 опорного напряжения, а другой вход — к времязадающему конденсатору

39. Синхронизирукппий вход 48 через разделительный диод 49 подключен к управляющему входу транзистора 46

30 компаратора 8.

Устройство работает следующим образом.

В номинальном режиме (фиг. 2) транзистор 42 открыт током смещения через резистор 44. Конденсатор 39 заряжается по цепи: плюсовая клемма

3- транзистор 42 — стабилизатор 40 тока — конденсатор 39 — минусовая клемма 4. Если отсут ствуют синхронизирующие импульсы, то при заряде конденсатора 39 до уровня напряжения на источнике 47 опорного напряжения, происходит открытие транзисторов 45 и 46 и конденсатор 39 разряжается по

45 цепи: конденсатор 39 — компаратор

8 — резистор 9,— управляющий переход силового транзистора 7. При спадании тока . разряда конденсатора

39 ниже уровня, удерживающего тран50 зисторы 45 и 46 в открытом состоянии, транзисторы 45 и 46 закрываются и процесс заряда конденсатора 39 повторяется.

Открытие силового транзистора 7

55 выходным импульсом компаратора 8 в момент времени t (фиг..2} приводит к появлению тока через первичную обмотку 5 трансформатора 6 тока и первичную обмотку 2 выходного трансфор1328896 матора 1 и напряжений на обмотках

2,10,12,16 и 22, полярность которых показана на фиг. 1 без скобок.

Запирающий транзистор 19 закрыт, и ток, протекающий через базовую Обмотку 10 выходного трансформатора 1, удерживает силовой транзистор 7 в открытом состоянии. Нагрузка 15 отключена от выходного трансформатора 1 выпрямительными диодами 13. В выходном трансформаторе 1 происходит накопление электромагнитной энергии, и ток через силовой транзистор 7,первичную обмотку 2 выходного трансформатора 1 и первичную обмотку 5 трансформатора 6 тока линейно возрастает.

Накопительный конденсатор 18 заряжается по цепи: управляющая обмотка

16 — диод 17 — конденсатор 18.Шунтирующий транзистор 26 закрыт,так как к его управляющему переходу приложено напряжение запирающей полярности измерительной обмотки 22..

Напряжение на измерительном конденсаторе 24 пропорционально напряжениям выходных каналов преобразователя в предыдущем периоде и остается неизменным на данном интервале времени, так как измерительный конденсатор 24 подключен лишь к высокоомному входу истокового повторителя 31.

Напряжение на обмотках 32 и 38 транI сформатора 6 тока, а следовательно, на резисторе 35, пропорционально току, протекающему через обмотку 5 трансформатора 6 тока, и линейно возрастает. Напряжение на первом входе компаратора 21 равно разности опорного напряжения на источнике 29 и напряжения на резисторе 35 и линейно уменьшается.

В номинальном режиме работы преобразователя напряжение на обмотке 38 трансформатора 6 тока меньше, чем выходное напряжение истокового повторителя 31, в результате чего диод 37 закрыт и к второму входу компаратора

21 прикладывается выходное напряжение истокового повторителя 31, которое пропорционально напряжениям выходных каналов преобразователя.

В момент времени t, напряжение на первом входе компаратора 21 спада» ет до уровня напряжения на выходе истокового повторителя 31, и происходит срабатывание компаратора 21, что ведет к появлению тока через управЛЯЮЩИй ПЕРЕХОД ЗаПИРаЮЩЕГО тРанэИС. тора 19. Последний открывается и напряжение накопительного конденсатора

18 прикладывается к управляющему пе5 реходу силового транзистора 7, который форсированно закрывается.

Напряжение на обмотках выходного трансформатора 1 меняет свой знак (полярность в скобках) и силовой транзистор 7 удерживается в закрытом состоянии напряжением базовой обмотки 10 выходного трансформатора 1, приложенным к управляющему переходу через резистор 11. Ток в первичной обмотке 2 выходного трансформатора

1 и в первичной обмотке 5 трансформатора 6 тока спадает до нуля, а ток намагничивания трансформатора 6 тока замыкается через обмотку 32 и резистор.

С момента времени t ýíåðãèÿ, накопленная в выходном трансформаторе

1, передается в конденсаторы 14 и

24 и в нагрузку 15. Одновременно от2б крывается транзистор 26, шунтирующий через резистор 25 измерительный конденсатор 24, Напряжения на сглаживающих конденсаторах 14 и измерительном конденсаторе 24 пропорциональны

З0 коэффициентам трансформации между обмотками 12 и 22 (за вычетом падений напряжений на диодах 13 и 23) . Подгрузка измерительного конденсатора

24 резистором 25 на время передачи энергии от выходного трансформатора

1 в нагрузку 15 устраняет его подзаряд за счет коммутационных всплесков напряжений на обмотках трансформатора 1, а следовательно, устраняет

40 Вносимую IIpH этОм Ошибку В точнОсть поддержания выходных напряжений.

К моменту времени t энергия, накопленная в выходном трансформаторе

1, полностью передается в нагрузку

45 15 и конденсаторы 14. В момент напряжение на обмотках 2,1.0,12,16 и

22 выходного трансформатора 1 становится равным нулю, и транзистор 26 закрывается.

В момент времени t3 силовой транзистор 7 открывается выходным импульсом компаратора 8, и процессы в устройстве повторяются.

При увеличении (уменьшении) напряжений выходных каналов увеличивается (уменьшается) напряжение на измерительном конденсаторе 24 и на выходе истокового повторителя 31, что ведет к уменьшению (увеличению) времени от13

1О

Пзт ээ (2) э1, 1 Вьх крытого состояния силового транэисто" ра 7 и уменьшению (увеличению) энергии, накапливаемой в выходном трансформаторе 1, и, соответственно, к уменьшению (увеличению) напряжений на выходных каналах преобразователя.

Таким образом осуществляется стабилизация выходных напряжений предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения.

При увеличении (уменьшении) входного напряжения увеличивается (уменьшается) скорость нарастания тока в первичной обмотке 2 выходного трансформатора 1 и в обмотке 5 трансформатора 6 тока, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости спадания напряжения на первом входе компаратора

21 и уменьшению (увеличению) длительности открытого состояния силового транзистора 7, пропорционально изменению входного напряжения. Таким образом обеспечивается инвариантность выходных напряжений преобразователя относительно входного напряжения и падения напряжения на силовом транзисторе.

Срабатывание компаратора 21 происходит в момент времени при равенствв напряжений на его входах,т.е. где U, — выходное напряжение истокового повторителя 31; .U — опорное напряжение источника 29; U., — напряжение на резисторе 35, где U — приведенное к первичной обЬьк мотке трансформатора 1 напряжение выходных каналов преобразователя.

Ж (RÄ+ К . ) 1. R„+R (),где Еээ, К з — сопротивление резисторов ЗЗ и 35; W, Мз - числа витков обмоток, 5 и 32 трансформатора б тока; — ток в первичной обмотке 2 выходного трансформатора 1; U 4 в падение напряжения на диоде 34.

Иэ равенства потребляемой и отдаваемой в нагрузку энергии, без учета потерь в трансформаторе 1, I (4) 28896 6 где Т вЂ” период работы преобраэоватеI ля; Е приведенное к первичной обмот, н ке выходного трансформатора 1 сопротивление нагрузки выходных каналов;

L — индуктивность выходного трансформатора 1.

Решая совместно (1), (2), (3) и (4), получаем:

+ П вЂ” ýэ

+ Rç5

U зэ з них

R> R>

Иэ (5) видно, что приведенное выходное напряжение не зависит от напряжения, приложенного к первичной обмотке 2 трансформатора 1.

20 При перегрузке преобразователя выходные напряжения, а следовательно, и напряжение на выходе истокового повповторителя 31 ниже номинального, и срабатывание компаратора 21 и закры25 тие силового трансформатора 7 происходят при достижении напряжением обмотки 38 трансформатора 6 тока напряжения на первом входе компаратора 21 в момент времени t,, (фиг.З), 30 В результате этого происходит ограничение тока в первичной цепи преобразователя на допустимом уровне.

Во время запуска преобразователя при относительно медленном нараста35 нии входного напряжения транзистор

42 закрыт, и импульсы на выходе зада" ющего генератора отсутствуют до тех пор, пока ток через резистор 44 и туннельный диод 43 не достигнет пико-

40 вого значения. При достижении током . через туннельный диод 43 пикового значения на диоде 43 происходит скачкообразное возрастание падения напряжения, транзистор 42 открывается и

45 конденсатор 39 начинает заряжаться цепи: плюсовая клемма 3 — транзистор

42 — стабилизатор 40 тока — конденсатор 39 — минусовая клемма 4.

Частота преобразования преобразо"

50 вателя постоянна и может быть синхронизирована внешними импульсами.

Устройство надежно запускается при плавном нарастании входного напряжения .

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий выход7 t3288 ной трансформатор с и выходными выпрямителями с емкостными фильтрами, первичная обмотка которого включена в коллекторную цепь силового транзистора, к управляющему входу которого подключена базовая обмотка через базовый резистор, управляющая обмотка через первый диод подключена к накопительному конденсатору, соединенному с управляющим входом силового 1О транзистора через запирающий транзистор, к управляющему входу которого через первый резистор подключены .выход компаратора, первый вход которого через первый разделительный ди- 15 од соединен с выходом истокового повторителя, подключенного к управляющей обмотке через второй диод, измерительная обмотка соединена одним выводом с управляющей обмоткой и через 20 третий диод подключена к измерительному конденсатору, соединенному с . входом истокового повторителя и через второй резистор с шунтирующим транзистором, управляющий вход которого через третий резистор подключен к измерительной обмотке, первый источник опорного напряжения, включенный через четвертый резистор параллельно повторителю, второй разделительный, 96 диод., времязадающий конденсатор, втоpoN источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены пороговый элемент, дополнительный компаратор, стабилизатор тока и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, к первой вторичной обмотке подключен пятый резистор и через четвертый диод шестой резистор, один вывод которого соединен с первым источником опорного напряжения, а другой вывод с вторым входом компаратора, а вторая вторичная обмотка подключена к первому входу компаратора через второй разделительный диод, при этом времязадающий конденсатор подключен к входным клеммам через последовательно соединенные стабилизатор тока и пороговый элемент, причем первый вход дополнительного компаратора соединен с времязадающим конденсатором, а второй — с вторым источником опорного напряжения, а выход соединен с управляющим входом силового транзистора через седьмой ре- зистор.

1328896

Составитель И. Никитин

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Редактор Н. Тупица

Заказ 3495/55 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4