Стабилизированный однотактный преобразователь Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника вторичного .электропитания различных устройств автоматики, электроники и вычислительной техники.

Цель изобретения - повышение надежности в работе путем повышения помехоустойчивости и обеспечения плавного запуска.

На- фиг.1 и 2 приведены схемы двух вариантов однотактного преобразователя напряженияi на фиг.З - временные диаграммы его работы.

Однотактный преобразователь содержит силовой транзистор 1, в коллектор которого включена первичная обмотка силового трансформатора 2, вторичная его обмотка через выпрямитель 3 и фильтр 4-подключена к нагрузке U и схеме 5 сравнения. Выход схемы 5 сравнения соединен с базой и эмиттером управляющего транзистора 6, к коллектору которого подключен управляющий диод 7, а к эмиттеру - управляющая обмотка 8 модулирующего трансформатора 9, Первичная обмотка 10 этого трансформатора соединена началом через ограничивающий резистор 11 с потендиаль- ным полюсом источника питания +Е,,, а концом через коллекторно-эмиттерный переход модулирующего транзистора 12 - с его общим полюсом. База транзистора 12 подключена к прямому вы

ходу Е , задающего генератора 13. Эмиттер первого дополнительного транзистора 14 соединен с общим полюсом источника питания, его коллектор - с катодом дополнительного диода 15. Эмиттер второго дополнительного транзистора 16 соединен с общим полюсом источника питания, а его база - с

Рассмотрим режим непрерывных т магнитного сердечника модулирующе трансформатора 9, так как только его наличии реализуется линейная дуляционная характеристика модуля

инверсным выходом задающего генератора 13. База транзистора 14 подключена 5 которая требуется для обеспечения к катоду первого разрядного диода 17 и через конденсатор 18 конденсаторко- резистивной цепи - к точке соединения анода второго разрядного диода 19 и резистора 20, другой конец которого 50 и катод диода 19 подключены к потенциальному полюсу источника питания

требуемых запасов устойчивости си мы стабилизации выходного напряже однотактного преобразователя.

В установившемся .режиме работы базу силового транзистора 1 с вых усилителя 21 импульсов поступает ледовательность импульсов, которой соответствии с характеристиками сх мы 5 сравнения соответствует опред ленное выходное напряжение U . Схе 5 сравнения вьграбатывает определе ный сигнал рассогласования, благод которому управляющий транзистор

+Efj, База силового транзистора Н соединена с выходом усилителя 21 импульсов, а эмиттер - с общим полюсом уси- лителя 21 и источника питания.

Анод дополнительного диода 15 (фиг.1) соединен с концом дополнительной выходной обмотки 22 транс

5

0 5 О

5

0

форматора 9, начало которой подключено к общему полюсу источника питания. Коллектор транзистора 16 соединен с входом усилителя 21 и с катодом диода, которым в этом варианте является выходной диод 23, анод которого подключен к началу выходной обмотки 24 модулирующего трансформатора 9, концом соединенной с началом обмотки 22 того же трансформатора.

Катод диода 25 (фиг.2) подключен- к коллектору первого дополнительного транзистора 16, а анод соединен с началом дополнительной выходной обмотки 26 трансформатора 9, концом подключенной к общему полюсу источника питания. Анод диода 15 соединен с катодом выходного диода 27 и концом выходной обмотки 28 трансформатора 9, а катод - с входом усилителя 21 импульсов. Начало обмотки 28 подключено к общему полюсу источника питания.

На фиг.З изображены эпюры; i

К12 J-AT- наток коллектора транзистора 12, ток через диод 7, выходное пряжение усилителя 21, Ug - напряжение на базе силового транзистора 1 (условно показано прямоугольной фор- мьО .

Однотактньш преобразователь напряжения работает следующим образом.

В установившемся режиме работы дополнительный транзистор 14 закрыт и не влияет на работу схемы. Аналогично закрыты диоды 17 и 19, по резистору 20 ток не протекает и конденсатор 18 заряжен примерно до напряжения Е,

Рассмотрим режим непрерывных токов магнитного сердечника модулирующего трансформатора 9, так как только при его наличии реализуется линейная модуляционная характеристика модулятора.

5 которая требуется для обеспечения 0

которая требуется для обеспечения

требуемых запасов устойчивости системы стабилизации выходного напряжения однотактного преобразователя.

которая требуется для обеспечения

В установившемся .режиме работы на базу силового транзистора 1 с выхода усилителя 21 импульсов поступает последовательность импульсов, которой в соответствии с характеристиками схемы 5 сравнения соответствует опреде- ленное выходное напряжение U . Схема 5 сравнения вьграбатывает определенный сигнал рассогласования, благодаря которому управляющий транзистор

рлПо- -ает 1 intiieiiHOM режиме и эквива- легп ен активному резистору.

При включении модулирующего транзистора 12 сигналом синхронизации Е в коллекторной ог-мотке 10 трансформа тора 9 накаилп ается ток, .амплитуда импульса которого (коллекторного тока) определяется величиной Е и индуктивностью обмотки 10. После окончания импульса Е. транзистор 12 за- пирается, его коллекторный ток прекращается и в силу непрерывности магнитного потока накопленное значение тока открывает управляющий диод 7 (из-за смены полярности напряжения на обмотке 8). Оно прикладывается к работающему в линейном режиме управляющему транзистору, 6. Для режима непрерывных токов трансформатора 9 йремя полного разряда индуктивности обмотки 8 всегда больше чем длительность паузы между импульсами синхронизации . , поэтому к концу паузы магнитное поле сердечника трансформатора 9 не исчезает. Следующее вклю- чение транзистора 12 импульсом Е , а следовательно, и нарастание его коллекторного тока произойдет не с нулевого значения, а с величины остаточного тока обмотки 8. Это пока- зано на временнытс диаграммах фиг.З на эпюрах 1д7 Д величина соответствует начальному току коллектора транзистора 12, а остаточному току обмотки 8 трансфор- матора 9.

В зависимости от степени открытия управляющего транзистора 6 изменяется и значение тока I

АК

а следовательно, и 1, , что приведет к верти- кальному перемещению линии наклона разрядного тока вторичной обмотки 1д (на интервале времени t - см. фиг.З). Будет перемещаться и линия наклона тока колдектор-а i „ (на интервале t - см.фиг.З). Изменениями величины сигнала рассогласования схемы 5 сравнения можно регулировать это перемещение, что показано пунктирными линиями на временных диаграм мах фиг.З.

На входе усилителя 21 импульсов имеется напряжение, функционально зависящее от тока обмотки 10 (как напряжение на линейной индуктивности в последовательной активно-индуктивной цепи), а именно имеющее вид: показанный на эпюре U временных диаграмм фиг.З. Причем увеличению i,,j или, что равносильно А,Т соответствует уменьшение амплитуды импульса и . Выбором соответствующей величины порогового напряжения U,p (эпюра и 21 фиг.З) можно получить на выходе усилителя 21 широтно-модулированную последовательность импульсов, которая управляет работой силового транзистора 1 и показана на эпюре Ug временных диаграмм фиг.З (условно напряжение показано в прямоугольном виде). Как видно, длительность открытого состояния силового транзистора 1 составляет t (фиг.З) и в зависимости от величины выходного сигнала может меняться от t до нуля. Следовательно, изменения тока Л1д (эпюра 1,2 фиг.З) приводят к изменениям 41 (эпюра 1,2 фиг.З) тока коллектора транзистора 12, что влечет за собой изменения ди (эпюра U,j. фиг.З) выходного напряжения усилителя 21, а также время it широтно-модулирован ной последовательности импульсов (эпюра и ,фиг.З).

I

Схема, изображенная на фиг.2, работает аналогично, только эпюра напряжения и 2 (фиг.З) имеет другую (отрицательную) полярность.

В режиме-пуска управляющий транзистор 6 заперт. Амплитуда импульсов и,максимальная, следовательно, t t (временные диаграммы фиг.З). Модулятор работает с максимальной скважностью до тех пор, пока на выходе схемы 5 сравнения не появится напряжение, приоткрывающее управляющий транзистор 6. В этом режиме работающий с максимальной скважностью однотактный преобразователь стремится как можно быстрее зарядить конденсаторы выходного фильтра 4, а это приводит к возникновению больших пусковых токов преобразователя, а значи и СИ.ПОВОГО транзистора 1 .

В схеме фиг.1 в режиме пуска при включении первичного напряжения Е происходит заряд конденсатора 18 через резистор 20. Появляется базовый ток дополнительного транзистора 14, который, открываясь, замыкает через диод 15 обмотку 22 (или 28 для схемы фиг.2) модулирующего трансформатора 9. Время замкнутого состояния ее и закон установления запирания транзистора 14 зависит от параметров резистора 20, конденсатора 18 и козффициента усиления траЕ{зистора 14. Этим транзистором имитируется замыкание управляющего транзистора 6 пока он находится в запертом состоянии.

Подбором параметров РС-цепи (20 и 18) 5 быть несколько. Для исключения этоможно выбрать такор режим изменения скважности в момент пуска преобразователя, что пусковые токи будут при- ведены к заданной норме. Таким образом, схема устраняет значительные JO пусковые токи однотактного преобразователя ,

При случайном или преднамеренном кратковременном пропадании первично- j го напряжения Е для быстрого разряго явления в схеме преобразователя имеется дополнительный транзистор 16, управляемьй инверсным импульсами синхронизации Е;, генератора 13. Управление происходит так, что открытым состоянием транзистора 16 замьжается или вход усилителя 21 (для схемы фиг.1), или шунтирующая обмотка 26 (для схемы фиг,2) на время t , Этим паразитные колебания после 0,5 периода шунтируются и исключаются принципиально из процесса функционирования схемы.

20 Таким образом, шунтированием обмотки модуЛирзлощего трансформатора 9 исключаются паразитные колебания и устраняется возможность их влияния на работоспособность однотактного

да конденсатора 18 служит цепь из разрядных диодов 17 и 19, разряжающих конденсатор 18 на источник питания с нулевым напряжением (или достаточно малым). Этим достигается воспроизводимость заданной пусковой характеристики преобразователя при отключениях первичного питания на любую длительность,даже очень малую, 5 преобразователя.

В некоторых режимах работы, напри- Следовательно, в предлагаемом уст- мер, при коммутации тока нагрузки, колебаниях питающего напряжения и т.п., управляющий транзистор 6 может быть полностью заперт. При этом дополнительный транзистор 14 тоже закрьп , так как процессы установления питания закончились. Индуктивность обмотройстве однотактного преобразователя достигается формирование пусковой характеристики определенной заданной 30 параметрически формы, достигается быстрое восстановление схемы формирования пуска, а также исключается появление ложных импульсов включения силового транзистора 1 .

ки 8 трансформатора 9 разряжается на очень большое активное сопротивление запертого транзистора 6. Время разряда индуктивности обмотки 8 ставится малым, существенно меньшим чем время

ройстве однотактного преобразователя достигается формирование пусковой характеристики определенной заданной 30 параметрически формы, достигается быстрое восстановление схемы формирования пуска, а также исключается появление ложных импульсов включения силового транзистора 1 .

35

Формула изобретения

1. Стабилизированный однотактный преобразователь, содержащий усилина обмотке 8 значительно увеличивает- Q тель импульсов, выходом соединенный ся. Образуется высокодобротный коле- с базой силового транзистора, в колt J. Амплитуда импульса напряжения

батальный контур, обусловленный индук тивностью намагничивания модулирующего трансформатора и емкостями запертых полупроводниковых приборов, монтажа и т.п. Возникает паразитный колебательный процесс, начинающийся от воздействия импульса большой амплитуды разряда индуктивности обмотки 8. Через 0,5 периода паразитных ко-, лебаний (в пределах времени t ) напряжение на обмотке 8 сменит свою полярность, что приведет к появлению на обмотке 24, а следовательно, и на входе усилителя 21 импульса напряжения, которьй будет по полярности, совпадать с полезным сигналом информации, возникающим во время t,. Это приводит к ложному включенг-по

лекторную цепь которого включена первичная обмотка силового трансформатора, а вторичная обмотка через

45 выпрямитель и фильтр подключена к цепи нагрузки и входу схемы сравнения, выход которой подключен к входу управляющего транзистора, подключенного черкез управляющий диод к уп50 равляющей обмотке модулирующего трансформатора, причем первичная обмотка модулирующего трансформатора подключена к потенциальному полюсу источника питания через ограничиваю55 щий резистор и модулирующий транзистор база которого подключена к прямому выходу задающего генератора, а выходная обмотка модулирующего трансформатора через диод подключена к входу усили-1

силогзого транзистора 1 , В зависимости от параметров паразитнот о колебательного контура таких ложных вклто- чений силового транзистора 1 может

го явления в схеме преобразователя имеется дополнительный транзистор 16, управляемьй инверсным импульсами синхронизации Е;, генератора 13. Управление происходит так, что открытым состоянием транзистора 16 замьжается или вход усилителя 21 (для схемы фиг.1), или шунтирующая обмотка 26 (для схемы фиг,2) на время t , Этим паразитные колебания после 0,5 периода шунтируются и исключаются принципиально из процесса функционирования схемы.

преобразователя.

Таким образом, шунтированием обмотки модуЛирзлощего трансформатора 9 исключаются паразитные колебания и устраняется возможность их влияния на работоспособность однотактного

преобразователя.

Следовательно, в предлагаемом уст-

ройстве однотактного преобразователя достигается формирование пусковой характеристики определенной заданной параметрически формы, достигается быстрое восстановление схемы формирования пуска, а также исключается появление ложных импульсов включения силового транзистора 1 .

35

Формула изобретения

лекторную цепь которого включена первичная обмотка силового трансформатора, а вторичная обмотка через

45 выпрямитель и фильтр подключена к цепи нагрузки и входу схемы сравнения, выход которой подключен к входу управляющего транзистора, подключенного черкез управляющий диод к уп50 равляющей обмотке модулирующего трансформатора, причем первичная обмотка модулирующего трансформатора подключена к потенциальному полюсу источника питания через ограничиваю55 щий резистор и модулирующий транзистор, база которого подключена к прямому выходу задающего генератора, а выходная обмотка модулирующего трансформатора через диод подключена к входу усили-1

теля импульсов, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повьпиения надежности в работе путем повышения помехоустойчивости и обеспечения плавного запуска, в него введены дополни- тельная выходная обмотка модулирующего трансформатора с диодом и два дополнительных транзистора, каждый из которых через диод подключен к соответствующей выходной обмотке моду- лирующего трансформатора, причем база, первого из них через последовательную введенную RC-цепь соединена

потенцяаль - ым полюсом источника

питания, а база второго - с инверсным выходом задающего генератора.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что введены два разрядных диода, один из которых включен параллельно резистору указанной RC-цепи, а другой - параллельно управляющему переходу первого транзистора, причем оба диода включены в направлении, обратном по отношению к управляющему переходу второго транзистора.

Vtiz. 2

LKI

4//f

U7

n

/4

fM-f

t

ШЗигу Кзвл

Редактор С.Патрушева

Составитель И. Войтович

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 7282/55 Тираж 661 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

ipLiz.3

Изобретение относится к элек т рсг технике и молсет быть использовано в системах вторичны х источников пита : - /.. - -, J 21 lit 7 I. /5 --{«liSJ 7p- I i . о -с- -- сг I ргть :: o iT eTC i:i i - повышение ;./. г пеобразоЕаталя путем по- :ч: :г,;: ;;:-хоус ; омчивости и обеспе,,--1янс о Устр-во со- - -ч. транзистор (Т) 1. вы- :: ba -JC- bopf-OTOp (Тр) 2, Широт- : ; :ье-п- 1 модулятор с Тр 9 управ- проуодимостью Т 6 через схему ; ;Я 5 и обеспечивает гальвани- развязку зыхоцного напряжения лу обратной связи от источника , Изменение проводимости Т 6 сгепечь подмагничивания Тр-9, скважность импульсов ;, ;1раг;. -: ниил Т к стабилизируется вы- xo;u;: jc на;Т|ЭЯАение. В устр-во введены допо: н; Т льная обмогка 22 Тр 9, трак- ЗНС7СОЫ 14 и 16 5 формирзлоаще плавную пусковую характерглстику и исключающие j oKHbie иьшульсы включения Т 1, обрг зующпеся в некоторых режимах ра- ботьь i з.п.ф-лы, 3 ил, ,,..,„...., а СП ,..,..-.-O f5r II f.r ..«i1, 1 (,. 1 Т