Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

Изобретего1е относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем обеспечения Боэможности синхронизации от внешнего генератора и повышение на- IQ дежности запуска.

На фиг. 1 приведена электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 ным конденсатором 24. К первой вторичной обмотке 32 трансформатора 6 тока подключены пятый резистор 33 и через четвертьЕЙ диод 34 шестой резистор 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. Вре- мязадающий конденсатор 39 подключен

временные диаграм -1ы, поясняющие работу15 к входным клемнам 3 и 4 через стаби- устройства в режиме стабилизации вы- лизатор 40 тока и пороговый элемент ходных напряжений; на фиг. 3 - то же в режиме перегрузки (индексы при переменных соответствуют номеру элемен41, содержащий транзистор 42, угфавл ющий вход которого шунтирован туннельным диодом 43 и через резистор 4 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 Т опорного напряжения, а другой вход - к времязадающему конденсатору 39. Синхронизирующий вход 48 через разделительный диод 49 подключен v. управляющему входу транзистора 46 2Q компаратора 8.

та 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 б тока и силовой транзистор 7,к управляющему входу которого подключены выход дополнительного 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 чер ез запирающий транзистор 19,к управляющему входу которого через первый резистор 20 подключен выход компаратора 21, выполненного по схеме аналога однопе- .реходного транзистора. К измерительной обмотке 22 выходного трансформатора 1 через третий диод 23 подключен измерительньй 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 6 тока подключены пятый резистор 33 и через четвертьЕЙ диод 34 шестой резистор 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. Вре- мязадающий конденсатор 39 подключен

5 к входным клемнам 3 и 4 через стаби- лизатор 40 тока и пороговый элемент

0

35

41, содержащий транзистор 42, угфавля- ющий вход которого шунтирован туннельным диодом 43 и через резистор 44 подключен к минусовой клемме 4. Первый вход компаратора 8, выполненного на транзисторах 45 и 46, соединенных по схеме аналога однопереходного транзистора, подключен к источнику 5 Т опорного напряжения, а другой вход - к времязадающему конденсатору 39. Синхронизирующий вход 48 через разделительный диод 49 подключен v. управляющему входу транзистора 46 Q 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 сгвуют 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 цепи: конденсатор 39 - компаратор 8 - резистор 9 - управляющий переход силового транзистора 7. При спадании тска разряда конденсатора 39 ниже уровня, удерживающего транзисторы 45 и 46 в открытом состоянии, транзисторы 45 и 46 закрьшаются и процесс заряда конденсатора 39 повторяется.

Открытие силового транзистора 7 выходным импульсом компаратора 8 в

45

0

55

момент времени t (фиг. 2) приводит к появлению тока через первичную обмотку 5 трансформатора 6 тока и первичную обмотку 2 выходного трансформатора 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 истркового повторителя 31.

Напряжение на обмотках 32 и 38 трансформатора 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 напряже я 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 пр.оисхо- дит срабатывание компаратора 21, что ;ведет к появлению тока через управляющий переход запирающего транзисг

.

а о

я8е

3288964

тора 19. 11оследнр1Й открывается и напряжение накопительного конденсатора 18 прикладывается к управляющему переходу силового транзистора 7, который форсированно закрьшается.

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 .

10

15

20

С момента времени t энергия, накопленная в выходном трансформаторе 1, передается в конденсаторы 14 и 24 и в нагруэку 15. Одновременно от25 крывается транзистор 26, шунтирующий через резистор 25 измерительный конденсатор 24. Напряжения на сглаживающих конденсаторах 14 и измерительном конденсаторе 24 пропорциональны

30 коэффициентам трансформации между обмотками 12 и 22 (за вычетом падений напряжений на диодах 13 и 23). Под- грузка измерительного конденсатора 24 резистором 25 на время передачи энергии от выходного трансформатора 1 в нагрузку 15 устраняет его подза- ряд за счет коммутационных всплесков напряжений на обмотках трансформатора 1, а следовательно, устраняет

40 вносимую при этом ошибку в точность поддержания выходных напряжений.

К моменту времени t энергия, накопленная в выходном трансформаторе 1, полностью передается в нагрузку 15 и конденсаторы 14. Б момент tj напряжение на обмотках 2,10,12,16 и 22 выходного трансформатора 1 становится равным нулю, и транзистор 26 закрьшается.

35

45

50

55

В момент времени t, силовой транзистор 7 открьшается 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 от51328896

крытого состояния силового транзистора 7 и уменьшению (увеличению) ггнер- гии, накапливаемой в выходном трансформаторе 1, и, соответственно, к уменьшению (увеличению) напряжений j на выходных каналах преобразователя.

Таким образом осуществляется стабилизация выходных напряжений предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения,Ш

При увеличении (уменьшении) входного напряжения увеличивается (уменьшается) скорость нарастания тока в первичной обмотке 2 выходного трансформатора 1 и в обмотке 5 трансфор- 5 матора 6 тока, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости спадания напряжения на первом входе компаратора 21 и уменьшению (увеличению) длительности открытого состояния силового 20 транзистора 7, гтропорционально изменению входного напряжения. Таким образом обеспечивается инвариантность выходных напряжен1п преобразователя относительно входного напряжения и падения напряжения на силовом транзисторе.

Срабатывание компаратора 21 происходит в момент времени при равенстве напряжений на его входах,т.е.

где Т - период работы преобразователя; R приведенное к первичной обмот; ке выходного трансформатора 1 сопротивление нагрузки выходных каналов; L - индуктивность выходного трансформатора 1.

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

BbW

(К„ +R,c)W,,

.(5)

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

При перегрузке преобразователя выходные напряжения, а следовательно.

30

и 31 и.т

и.

35

(1)

где Ug, - выходное напряжение истоко- вого повторителя 31; Ug- - опорное

Чг,

напряжение источника 29; U. женйе на резисторе 35,

- напряи напряжение на выходе истокового пов- повторителя 31 ниже номинального, и срабатывание компаратора 21 и закры- 25 тие силового трансформатора 7 происходят при достижении напряжением обмотки 38 трансформатора 6 тока напряжения на первом входе компаратора 21 в момент времени Ц, (фиг.З).

В результате этого происходит ограничение тока в первичной цепи преобразователя на допустимом уровне.

Во время запуска преобразователя при относительно медленном нараста- 35 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 открьтается и 45 конденсатор 39 начинает заряжаться цепи: плюсовая клемма 3 - транзистор 42 - стабилизатор 40 тока - конденсатор 39 - минусовая клемма 4.

Частота преобразования преобразообмоток, 5 и 32 трансформатора 6 тока; 50. вателя постоянна и может быть синхро- Ii - ток в первичной обмотке 2 выходного трансформатора 1; падение напряжения на диоде 34.

Из равенства потребляемой и отдаваемой в нагрузку энергии, без учета 55 потерь в трансформаторе 1,

и.,:к,и,ь

(2)

где - приведенное к первичной обмотке трансформатора 1 напряжение выходных каналов преобразователя.

тт R-ii - . т - U2. 35 TR..+ R,. )У,„ R,.+R3sj3)

33

Rj5 )W3.

зэ

,где Rjj, Rjb сопротивление резис- торов 33 и 35; Wj , Wj,- числа витков

низироваиа внешними импульсами.

Устройство надежно запускается при плавном нарастании входного напряжеНИН.

Формула изобретения

И.м. Т. I1L С 2

(4)

где Т - период работы преобразователя; R приведенное к первичной обмот; ке выходного трансформатора 1 сопротивление нагрузки выходных каналов; L - индуктивность выходного трансформатора 1.

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

BbW

(К„ +R,c)W,,

.(5)

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

При перегрузке преобразователя выходные напряжения, а следовательно.

вателя постоянна и может быть синхро-

низироваиа внешними импульсами.

Устройство надежно запускается при плавном нарастании входного напряжеНИН.

Формула изобретения

Однотактньш преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор с п выходными выпрямителями с емкостными фильтрами, первичная обмотка которого включена в коллекторную цепь силового транзистора, к управляющему входу кото- рого подключена базовая обмотка чере базовый резистор, управлякяцая обмотка через первый диод подключена к накопительному конденсатору, соединенному с управляюпщм входом силового транзистора через запирающий транзистор, к управляющему входу которого через первый резистор подключены .выход компаратора, первый вход которого через первый разделительный ди- од соединен с выходом истокового повторителя, подключенного к управляющей обмотке через второй диод, измерительная обмотка соединена одним выводом с управлякнцей обмоткой и через третий диод подключена к измерительному конденсатору,- соединенному с . входом истокового повторителя и чере 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 ,

ч.

Ш

диод., времязадающий конденсатор, второй источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью распшрения 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 опорн-ого напряжения, а выход соединен с управляющим входом силового транзистора через седьмой ре- зистор.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вторичных источниках питания, Цель изобретения - расширение функци- ональнык 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, 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 компара- тора 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

,17

изг

Фиг.

Редактор Н.. Тупица

Составитель И. Никитин

Техред Л.СердюковаКорректор А. Тяско

Заказ 3495/55Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

V.. ..«,...,,«,.,„«....««« ж. . .,« ..««.««,ш.. ЛЛ «-« W. «..«« «HI . .«.. «.ПМ.«....

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