Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к злектротехиике и может быть использовано в источниках вторичного -злектропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Цель - повышение надежности путем устранения перегрузки силового транзистора по току при запуске на короткозамкнутую нагрузку. Устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена через диод 3 с выходными выводами, шунтированными кенденсатором 4, Первичная обомотка трансформатора 1 включена последовательно с силовым транзистором 6 между входными выводами. При поступлении импульса с генератора 16 синхроимпульсов RS-триггер 9 приходит в нулевое состояние и запирает шунтирующий транзистор 7. Одновременно синхроимпульс через элемент задержки 15 и резисторы 13, 14 поступает.на базу силового транзистора 6 и отпирает его. Обмотка обратной связи 17 поддерживает силовой транзистор 6 в f открытом состоянии с момента насьщения сердечника трансформатора 1, после чего происходит запирание силового транзистора 6 и начинается процесс передачи энергии, накопленной

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) цц 4 Н 02 И 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 42701 72/24-07 (22) 29.04.87 (46) 28.02.89. Бюл, У 8 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) А.И.Кашуба, В.Т.Неретнн, А,И.Пономарев и Л.Г.Урусова (53) 621.314.58 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 680120, кл. Н 02 M 3/335, 1976.

Патент США N 4564393, кл. H 02 М 3/335 323-17, 10.12.72.

Авторское свидетельство СССР и 1053238, кл. H 02 M 3/335, 02.07.82 (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано. в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Пель— повышение надежности путем устранения перегрузки силового транзистора по току при запуске на короткоэамкнутую нагрузку. Устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена через диод 3 с выходными выводами, шунтнрованными кенденсатором 4. Первичная обомвтка трансформатора 1 включена последовательно с силовым транзистором 6 между входными выводамн. При поступлении импульса с генератора 16 синхроимпульсов RS-триггер 9 приходит в . нулевое состояние и-запирает шунтирующий транзистор 7. Одновременно синхроимпульс через элемент задержки

15 и резисторы 13, 14 поступает.на базу силового транзистора 6 и отпира:ет его. Обмотка обратной связи 17 поддерживает силовой транзистор 6 в открытом состоянии с момента насыше- . ния сердечника трансформатора 1, после чего происходит запнрание силово-. го транзистора 6 н начинается процесс передачи энергии, накопленной

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1462454 в трансформаторе 1, через выпрямительнай диод 3 в конденсатор 4 и нагрузку. При этом через RS-цепь 12 RSтриггер 9 устанавливается в единичное состояние и отпирает шунтирующий транзистор 7, предотвращая отпирание силового транзистора 6 в промежутках между поступлением импульсов четвертого 14 резисторов и эмиттером силового транзистора 6.

Однотактный преобразователь работает следующим образом..

На вход элемента 15 задержки от генератора 16 синхроимпульсов подаются короткие импульсы, синхронизирующие работу преобразователя.

10 В исходном состоянии силовой транзистор б закрыт, триггер 9 установлен в единичное состояние, т.е. на его выходе высокий уровень напряжения. Благодаря этому шунти15 рукиций транзистор 7 открыт и шунтирует базо-эмиттерный переход силового транзистора 6, поддерживая его в закрытом состоянии, независимо от колебаний напряжений на обмотке 17

20 обратной связи. При поступлении синхроимпульса от генератора 16 по переднему его фронту триггер 9 устанавливается в нулевое состояние, На его выходе устанавливается нулевой уро25 вень напряжения..Транзистор 7 закрывается и перестает шунтировать базоэмиттерный переход транзистора 6.

Входной синхронизирующий импульс поступает также на вход элемента 15 за30 держки. По истечении интервала времени (3-5 мкс), установленного элементом 15 задержки, импульс высокого уровня с его выхода через резистор

14 подается на обмотку 17 обратной

35 связи и через резистор 13 — на базу транзистора 6. В начальный момент действия импульса на выходе элемента

15 задержки сток через обмотку 17 связи не идет из-за достаточной ее

40 индуктивности. Т,Е. в этот момент времени обмотка 17 практически не шунтирует резистор 13 и весь ток

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. !!елью изобретения является повышение надежности однотактного преобразователя постоянного напряжения путем устранения перегрузки силового транзистора по току при запуске на короткозамкнутую нагрузку.

На фиг.l приведена электрическая схема однотактного преобразователя; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений и токов.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор 1, вторичная обмотка 2 которого соединена через диод 3 с выходными выводами, шунтированными конденсатором 4, а первичная обмотка

5 включена между входным выводом и.. коллектором силового транзистора б, параллельно баэо-эмиттерному переходу которого включен шунтирующий .транзистор 7, база которого соединена через первый резистор 8 с выходом

RS-триггера 9, S-вход которого шунтирован вторым резистором 10 и стабилитроном ll и соединен через последовательную RS""öåïü 12 с коллектором силового транзистора 6, база которого соединена через третий 13 и четвертый 14 резисторы с выходом элемента 15 задержки, вход которого присоединен к R-входу триггера 9 и к выходу генератора 16 синхроимпульсов, при этом обмотка 17 обратной связи трансформатора 1 включена между точкой соединения третьего 13 и с генератора 16 синхроимпульсов. При коротком замыкании в нагрузке или в обмотках трансформатора.l обмотка обратной связи 17 своим низким вход-. ным сопротивлением блокирует поступление отпирающих импульсов на базу силового транзистора 6 и устраняет

его перегрузку по току. 2 ил.

14624 импульса с выхода элемента 15 задержки течет через резисторы 13, 14 и переход база — эмиттер транзистора 6.

Транзистор 6 открывается, и пер" . вичная обмотка 5 трансформатора 1 оказывается подключенной к первичному источнику питания.. На обмотке 17 обратной связи наводится ЭДС такой )p полярности, что она складывается с напряжением синхроимпульса и еще больше способствует отпиранию транзистора 6. В первичной обмотке 5 начинает нарастать ток, который про- 15 текает через переход коллектор— эмиттер транзистора 6. После окончания действия синхроимпульса транзистор 6 остается в открытом .состоянии за счет ЭДС на обмотке 17 обратной 2р связи. При этом ток базы транзистора

6 ограничивается резистором 13. ЭДС на обмотке 2 имеет такую полярность, что диод 3 закрыт. В трансформаторе

1 накапливается энергия. При дости-. 25 женин тока через обмотку 5 величины, соответствующей насыщению магнитопровода трансформатора 1, происходит сначало уменьшение ЭДС на обмотке

17, а затем и изменение ее полярно-. вЂ, 30 сто. Происходит запирание транзистора 6, на его коллекторе возрастает напряжение. Это напряжение через последовательную RS-цепь 12 подается на вход S триггера 9, который переключается в единичное состояние, что приводит к отпиранию транзистора

7 и шунтированию базо-эмиттерного перехода транзистора 6. При этом на начале обмотки 2 создается минус, 40 а на ее конце плюс, .диод 3 открывается и происходит заряд конденсатора

4. Накопленная в трансформаторе 1 энергия передается в нагрузку., Токв катушке 2 постепенно уменьшается. 45

Когда ЭДС обмотки 2 становится меньше напряжения на конденсаторе 4, диод 3 закрывается и в трансформаторе .1 возникают высокочастотные колебания, обусловленные индуктивностями

его обмоток и емкостями диода 3 и транзистора 6. Однако преобразователь напряжения на может перейти в автогенераторный режим на высоких частотах, так как базо-эмиттерный переход транзистора 6 шунтируется открытым транзистором 7.

Диаграмма фиг,2 а показывает поступление эапускака их синхроимпуль54

4 сов с выхода генератора 16. На диаграмме фиг,2 Я показано, как меняется выходное напряжение триггера 9, который переключается в нулевое состояние по переднему фронту входного синхроимпульса.

Триггер 9 возвращается в единичное состояние (фиг. 2S) положительным выбросом напряжения на коллекторе транзистора 6 при его запирании (фиг.24). На диаграмме фиг.25 пока- . зань1 запускающие синхроимпульсы на выходе элемента 15 задержки. Величина времени задержки элемента 15 задержки устанавливается такой, чтобы запускающий импульс на его выходе появлялся после переключения триггера 9 в нулевое состояние и после полного закрытия шунтирующего транзистора 7.

По переднему фронту запускающего импульса (фиг. 2 ),поступающего с выхода элемента 15 задержки, начинает нарастать напряжение на обмотке

17 (фиг.2 ). Пo мере нарастания тока в обмотке 17 напряжение на ней начинает падать. По истечении времени задержки включения транзистора 6 он открывается и к обмотке 5 прикладывается полное напряжение питания.

В результате на обмотке 17 напряжение возрастает до максимального эачения, которое и удерживает транзистор 6 в открытом состоянии. Ток кол+ лектора транзистора 6 начинает возрастать (фиг..2e).

Напряжение на обмотке 2 принимает отрицательное значение (фиг, 2ж), диод 3 заперт и в трансформаторе 1 происходит накопление энергии, По мере насыщения сердечника трансформатора 1 напряжение на обмотке 17 начинает падать (фиг. 2g), транзистор 6 начинает перекрываться, а напряжение на его коллекторе возрастать (фиг. 2 ). Затем транзистор 6 полностью закрывается и напряжение на

его коллекторе резко возрастает. Напряжение на обмотке 17 становится отрицательным (фиг. 22), а на обмотке 2 — положительным (фиг, 2 к). При этом накопленная в трансформаторе 1 энергия через обмотку 2 и диод 3 передается в конденсатор 4 и нагрузкув

Когда энергия, запасенная в транст форматоре 1, уменьшится до такой величины, что напряжение на обмотке

14624

2 станет меньше напряжения на конденсаторе 7, диод 3 запирается и в трансформаторе возникают высокочастотные колебания. Частота этих колебаний обуславливается индуктивностью обмоток 2, 5 и 17, их межвитковыми емкостями, а также емкостью ,коллекторного перехода закрытого транзистора 6; Высокочастотные коле- 10 бания напряжений на обмотке 17 (фиг.2: ) не могут привести к включению силового транзистора 6, так как открыт шунтирующий транзистор

7 напряжением, поступающим с выхода триггера 9 (фиг. 2Q . При этом преобразователь напряжения находится в режиме ожидания. При поступлении следующего синхронизирукюцего импульса все процессы в преобразователе 20 напряжения повторяются, Стабилитрон 11 ограничивает выбросы напряжения на входе S триггера

9. Если вход S используемого триггера не боится повышенных входных напряжений, то стабилитрон 11 может быть исключен иэ схемы или заменен диодом. Резисторы 14 и 8 ограничивают выходные токи элемента 15 задержки и триггера 9. F.ñëè выходные сопротивления триггера 9 и эяемента

15 задержки имет соответствующие значения, то сопротивления резисторов 14 и 8 может быть равно нулю.

При выборе триггера 9 с соответствующими характеристиками и определенном напряжении питания резистор

10 может быть исключен из схемы, а сопротивление резистора RS-цепи

12 может быть равно нулю.

Время задержки элементом 15 зажержки устанавливается равным или больше времениизадержки распространения импульса в триггер 9 и времени запирания транзистора 7. Если время задержки импульса синхронизации..элементом 15 задержки будет меньше, ток моменту прихода переднего фронта запускающего импульса с выхода элемента 15 задержки на базу транзисто ра 6 шунтирующий транзистор 7 еще будет открыт и будет шунтировать базо-эмиттерный переход транзистора

6. Запуск преобразователя не произойдет, потому что с течением времени действия импульса с выхода элемента ,15 задержки будет нарастать ток в обмотке 17 обратной связи, которая

54 все в большей степени станет шунтировать переход база - эмиттер транзистора 6. В результате к моменту запирания шунтирующего транзистора

7 ток, протекающий через резистор

13 и переход база — эмиттер транзистора 6, становится недостаточным для его отпирания и запуска преобразователя, При коротком замыкании в нагрузке затягивается время передачи энергии из трансформатора 1 через обмотку

2 и диод 3 в цепь нагрузки. В результате этого при поступгении некоторых синхронизирующих импульсов диод 3 находится еще в открытом состоянии, индуктивность обмотки 17 в эти моменты времени резко уменьшается и она настолько шунтирует переход база— эмиттер транзистора 6, что запуск преобразователя не происходит ° Только после запирания диода 3 происходит запуск преобразователя. При этом не происходит увеличение импульсного коллекторного тока транзистора 6.

В случае короткого замыкания в обмотках трансформатора 1 преобразователь вообще не запускается. Это происходит потому, что при этом резко падает индуктивность обмотки

17 и усиливается ее шунтирующее действие базо-эмиттерного перехода транзистора 6, Это свойство преобразователя повышает его надежность.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямительный диод с выходными выводами, шунтированными конденсатором, а первичная обмотка включена между первым выводом.и коллектором силового транзистора, эмиттер которого присоединен к второму входному выводу, база —— к коллектору шунтирующего транзистора, эмиттер которого подключен к второму входному выводу, а база соединена через первый резистор с выходом RS-триггера, К-вход которого присоединен к выходу генератора синхроимпульсов, последовательная

RC-цепь, второй и третий резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения перегрузки силового транг) е) ж) О

Фк3. 2

Составитель В.Ежов

Редактор O.cïåñèâûõ Техред А. Кравчук Корректор Л.Зайцева

Подписное

Тираж 645

Заказ 733/54

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

7 ° 1462454 8 зистора по току при запуске на корот- этом вход элемента задержки присоекозамкнутув нагрузку, введен элемент динен к R-входу RS-триггера, S-вход задержки, стабилитрон, обмотка обрат- которого, шунтированный вторым рекой связи и четвертый Резистор, вклю- зистором и стабилитроном, соединен ченный между выходом элемента задерж- через RC-цепь.с коллектором силово5 ки и первым выводом обмотки обратной го транзистора, база которого соеди связи, второй вывод которой присаеди-: иена через третий резистор с- первым нен к второму входному выводу, при выводом обмотки обратной связи, г