Однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: вторичные источники электропитания аппаратуры. Сущность изобретения: повышение КПД в широком диапазоне изменения нагрузок путем снижения потерь в цепях блокинг-генератора уменьшением частоты переключений коммутирующего транзистора . В преобразователе обеспечивается отключение цепи запуска коммутирующего транзистора от источника питания на время накопления и отда чи энергии в нагрузку и на интервале ожидания, увеличивающегося при увеличении сопротивления нагрузки. 1 ил.

ффффф 4 ь " ф» т, ф,л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLIИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

1 =Ь

4 (1 ) >

ГОСУДАРСТВЕН Н ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4847008/07 (22) 04.07.90 (46) 23.11.92.Бюл. М 43 (72) B.В. Архипов, А.Г.Сапрыкин и О.В.Матвейчук (56) Авторское свидетельство СССР

4 1365288. кл. H 02 М 3/335, 1988.

Авторское свидетельство СССР 1 1362219, кл. Н 02 М 3/335, 1988. (54) ОДНОТАКТНЬ! Й СТАБИЛИЗИРОВАННЫ 1

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННО! О НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: вторичные источИзобретение относится к электронике и может быть использовано как источник вторичного электропитания.

Известны аналогичные устройства (смотри а.с.СССР Г 1396219, 1988, а.с.СССР N" 1365288, 1988, заявки

Японии: N 59-37668, ИСМ, М 8, 1985, с.81, 59-32992, ИСМ. 1 6, 1985, с.88, N 60-31187, ИСМ, I»" 3, 1986, с.55), в ос«ову которых положен принцип преобразован я высокого питающего напряжения, обычно выпрямленного напряжения электрической сети

220 вольт, в одно или несколько низковольтных напряжений с помощью одно" тактного преобразователя постоянного напряжения (блокинг-генератора), Для стабилизации выходных напряжений используется принцип изменения длительности импульсов, формируемых блокинг-генератором при изменении сог ротивления нагрузки.

„„SU „„1777212 А1 ники электропитания аппаратуры. Сущность изобретения: повышение КПД в широком диапазоне изменения нагрузок путем снижения потерь в цепях блокинг-генератора уменьшением частоты переключений коммутирующего транзистора. В преобразователе обеспечивается отключение цепи запуска коммутирующего транзистора от источника питания на время накопления и отда чи энергии в нагрузку и на интервале ожидания, увеличивающегося при увеличении сопротивления нагрузки.

1 ил.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, описанный в а.с.СССР

V 1396219, ИСМ, N 1б, 1988, с.34.

Он содержит коммутирующий транзистор, импульсный трансформатор, резистор базового смешения, т.е. блокинггенератор, работающий в автоколебательном режиме, выпрямитель импульсного напряжения, емкостный накопитель и элементы цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения, ключевой каскад в цепи резистора запуска коммутирующего транзистора, разрывающий цепь запуска в интервалах накопления и отдачи энергии трансформатором.

Недостатком данного устройства является низкий КПД из-за увеличения частоты коммутации коммутирующего

1777?12 транзистора с увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода.

Цель изобретения — повышение КПД однотактного стаоилизированного преобразователя постоянного напряжения в широком диапазоне изменения нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что однота ктный стаЬилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого включена в коллекторную цепь коммутирующего транзистора, эмиттер которого подключен через датчик тока к общей шине питания, выходная оомотка трансформатора через выпрямитель соединена с накопительным конденсатором, с выводами для подключения нагрузки и с входом блока управления, выход которого соединен с базой регулирующего транзистора и через первый резистор подключен к эмиттеру коммутирую- 25 щего транзистора, эмиттер регулирующего транзистора подключен к общей шине питания, а коллектор — к базе коммутирующего транзистора, через второй резистор и базовую обмотку ЗО трансформатора — к общей шине питания и резистор запуска с выходом ключевого каскада, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутиоующего транзистора и положительной шиной питания, ко входу ключевого каскада через дополнительные резисторы подключен двухполупериодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме и соединенный с до- 4О полнительной оЬмоткой трансформатора, в него введено устройство регулирования паузы между импульсами, уменьшающее частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопро- 45 тивления нагрузки или в режиме холостого хода, содержащее стаоилитрон, катод которого соединен с дополнительным резистором и анодом диода двухполупериодного выпрямителя инверсного плеча, а анод - с первой обклад кой конденсатора, вторая обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питания.

Предлагаемый однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения отличается от известного тем, что в него введено устройство регулирования паузы между импульсами. уменьшающее частоту коммутации коммутирующего транзистора г. увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода, содержащее стабилитрон, катод которого соединен с дополнительным резистором и анодом диода инверсного плеча двухполупериодного выпрямителя, а анод с первой обкпадкой конденсатора, вторая обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питания, Это позволило уменьшить частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода путем увеличения длительности паузы между импульсами, снизить величину среднего тока запуска коммутирующего транзистора и этим самым увеличить КПД устройства.

Указанные отличительные признаки предлагаемого устройства QT прототипа и приводят к положительному эффекту.

На чертеже представлена принципиальная схема однотактного стабилизированного преобразователя постоянного напряжения.

Устройство содержит трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого включена в коллекторную цепь коммутирующего транзистора 3, эмиттер которого подключен через датчик тока ч к общей шине питания, выходная оЬмотка 5 трансформатора через BblflpR митель 6 соединена с накопительным конденсатором 7, с выводами для подключения нагрузки 8 и с входом блока управления 9, выход которого соединен с базой регулирующего транзистора 10 и через первый резистор 11 подключен к эмиттеру коммутирующего транзистора 3, эмиттер регулирующего транзистора соединен с общей шиной питания, а коллектор — с базой коммутирующего транзистора, через второй резистор

12 и базовую обмотку 13 трансформатора с общей шиной питания и резистор запуска 11 с выходом ключевого каскада 15, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питания, к входу ключевого каскада через дополнительные резисторы 16 подключен двухполупериодный выпрямитель 17, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой 18 трансформа5 1/7721 тора, катод стабилитрона 19 соединен с дополнительным резистором и аногом диода инверсного плеча двухполупериодного выпрямителя, а анод с первой обкладкой конденсатора 20, вторая обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питания.

Функционирование однотактно"o стабилизированного преобразователя постоянного напряжения.

В предла гаемом однотактном преобразователе напряжения имеет место обратное включение выпрямительного диода 6, и интервалы накопления энергии в трансформаторе 1 разнесены во времени с интервалами передачи накопительной энергии в нагрузку. При подключении источника электропита- 2С ния к блокинг-генератору последний начинает генерировать импульсы. Период коммутации коммутирующего транзистора 3 складывается из трех временных интервалов: 2с

40 где t - время накопления энергии н в трансформаторе 1; 30

t и — время передачи энергии в нагрузку; время ожидания, когда коммутирующий транзистор 3 закрыт и вся накопленная трансформатором энергия передана в нагрузку.

С началом формирования каждого импульса эмиттерный: ток коммутирующего транзистора 3 создает нарастающее напряжение на датчике тока 4. При определенном напряжении на датчике тока 4 открывается регулирующий транзистор 1О, шунтирует базовую цепь коммутирующего транзистора 3, который запирается. Начинается пере- 45 дача накопленной энергии из трансформатора 1 через обмотку 5 и выпрямитель б в накопительный конденсатор 7 и нагрузку S. C увеличением напряжения на накопительном конденсаторе 7 до номинального значения блок управления 9 воздействует на управляющий транзистор 10 и уменьшает его порог отпирания. Благодаря этому транзистор 3 отпирается на меньшее время, сокращается интервал tz увеличением напряжения на накопительном конденсаторе 7 сокращается и время передачи энергии из трансфор2 6 матора 1 в накопительный кон енсатор

7, т.е. сокращается интерваг t, Ток через резистор 14 и ключевой каскад 15 протекает только в режиме запуска, а все остальное время, т.е. на интервалах „, с„ и t через них не протекает. Отсутствие токов через резистор 14 и ключевой каскад

15 на интервалах „, t è tz+ обеспечивается воздействием цепей 16, 17, 10, 19 и 20 путем открывания входного транзистора ключевого каскада

15 °

Нв этапе t!, с прямого плеча дополнительной обмотки 18 трансформатора

1 отрицательное напряжение через нижние диод 17 и резистор 16 отпирает входной транзистор ключевого каскада 15. Запирается основной (выходной) транзистор ключевого каскада 15 и ток через резистор запуска

14 не протекает.

На этапе ея отрицательное напряжение, отпирающее входной транзис-. тор ключевого каскада 15, подается с инверсного плеча дополнительной обмотки 18 трансформатора 1 через верхние диод 17 и резистор 16. Опять ток через основной (выходной) транзистор ключевого каскада 15 и резистор 14 отсутствует.

На этом же этапе с„ отрицательное напряжение с инверсного плеча дополнительной обмотки 18 трансформатора через верхний диод 17 прикладывается к последовательно включенным стабилитрону 19 и конденсатору 20.

Стабилитрон отпирается и конденсатор

20 подзаряжается.

По окончании этапов t н и воздействие на ключевой каскад 15 со стороны дополнительной обмотки 18 трансформатора 1 прекращается. Однако конденсатор 20, подэаряженный на этапе t„ начинает разряжаться по цепи: верхняя обкладка конденсатора

20, переход эмиттер-база входного транзистора ключевого каскада 15 верхний резистор 16, стабилитрон 19, нижняя обкладка конденсатора 20.

Так как стабилитрон 19 для тока разряда конденсатора 20 находится в flpRмои (диодном) включении, то конденсатор 20 разряжается почти полностью.

Разряжающийся конденсатор 20 удерживает входной транзистор ключевого каскада 15 в открытом состоянии, что обеспечивает закрытое состояние ос177721? новного (выходного) транзистора клю чсвого каскада 15 и отсутствие тока через резистор запуска 14. Так формируется этап tz<. Па всех этапах

t„ и tz< для обеспечения непротекания тока через ключевой каскад

15 и резистор запуска 14 имеется воздействие на ключевой каскад 15.

С увеличением сопротивления нагруз 10 ки 8 или же при ее полном отключении (режим холостого хода) интервалы и т > существенно сокращаются и блокинг-генератор стремится работать с большей частотой, что увеличивало бы потребление энергии цепями запуска и, как следствие снижение КПД.

Кроме того, с уменьшением t,„ и длительность фронтов становится соизмеримой с длительностью импульсов, что увеличивает паразитный расход энергии во всех цепях блокинг-генератора.

Однако с увеличением сопротивления нагрузки 8 и увеличением, как 25 следствие, напряжения на накопительном конденсаторе 7 увеличивается амплитуда импульсов напряжения на выходной обмотке 5,а следовательно, и на инверсной части дополнитель- 30 ной обмотки 18 трансформатора 1 в интервале tz передачи энергии из трансформатора 1 в накопительный конденсатор 7. Дальнейшее увеличение напряжения на накопительном конденса- gg торе 7 приводит к,увеличению напряжения на конденсаторе 20, что приводит к увеличению интервала t д„, и, в конечном итоге, к снижению частоты срабатывания блокинг-генератора. С 4р уменьшением частоты срабатывания блокинг-генератора уменьшается паразит. ное потребление энергии блокинггенератором, что увеличивает КПД устройства. 45

Введение в устройство стабилитрона

19 с конденсатором 20 существенно увеличивает КПД преобразователя в режимах большого сопротивления нагрузки или холостого хода. Проведен- р ные лабораторные испытания подтверждают изложенное. Т „, потребляемый устройством в режиме холостого хода, с введением предлагаемых элементов, уменьшается на (15-25)4. формула и з о б р е т е н и я

Однотактный стабилизированный пр=образователь постоянного напряжен ;я, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого включена а коллекторную цепь коммутирующего транзистоI.à, эмиттер которого подключен через датчик тока к общей шине питания, выходная оомотка трансформатора через выпрямитель соединена с накопительным конденсатором,с выводами для подключения нагрузки и с входом блока управления, выход которого соединен с базой регулирующего транзистора и через первый резистор подключена к эмиттеру коммутирующего транзистора. эмиттер регулирующего транзистора соединен с общей шиной питания, коллектор - с базой коммутирующего транзистора, а через второй резистор и базовую обмотку трансформатора — с общей шиной питания, и резистор запуска — с выходом ключевого каска да, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питания, к входу ключевого каскада через дополнительные резисторы подключен двухполупериодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой трансформатора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД в широком диапазоне изменение нагрузок, в него введены стабилитрон и конденсатор, п.ричем катод стабилитрона соединен с дополнительным резистором и анодом диода инверсного плеча двухполупериодного выпрямителя, а анод — с первой oGкладкой конденсатора, вторая обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питания.

1777212

Составитель В,Архипов

Редактор Т,Куркова Техреду И.Иоргентал Корректор Н.Ревская

Заказ ч126 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытилм при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гвгарина,101