Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/337 

« г1 to

(Л

сд to

модулятор длительности импульсов, состоящий из задающего генератора- мультивибратора на транзисторах 10, 11, измерительньм мост с конденсатором 38. Введение пусковых цепей 21, 22 и 28, 29, 30, счетного триггера

на транзисторах 12, 13, инвертирующих 19, 27 и согласующего 25 транзисторов позволяет обеспечить функционирование преобразователя при возникновении высокочастотных помех в системе управления, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения - повьшение помехозащищенности, КПД и упрощение. Преобразователь содержит накопительный дроссель с обмотками 6 и 7, два переключающих транзистора 4 и 5, выходной трансформатор с первичной 3 и вторичной 8 обмотками, диодный делитель входного напряжения на диодах 1 и 2,

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания различньгх радиотехнических систем.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и КПД, упрощение преобразователя.

На чертеже представлена принци- пиальная схема стабилизирующего преобразователя постоянного напряжения.

В преобразователе к плюсовому входному выводу подключен катод диода 1 делителя входного напряжения, анод которого соединен с катодом второго диода 2 делителя и выводом первичной обмотки 3 выходного трансформатора. Другой вывод первичной обмотки 3 соединен с эмиттерами переклю чающих транзисторов обратной проводимости п-р-п 4 и прямой проводимости ,р-п-р 5. Коллектор транзистора 4 соединен с концом обмотки 6 накопитель- ного дросселя, а начало этой обмот- ки - с плюсовым входным выводом. Коллектор транзистора 5 соединен с началом обмотки 7 дросселя, а конец этой обмотки - с анодом диода 2 и минусовым входным выводом.

К вторичной обмотке 8 выходного трансформатора подключен мостовой вьшрямитель 9. Плюсовой вывод последнего соединен с эмиттерами тран7 зисторов 10 и 11 типа р-п-р мультивибратора задающего генератора, с эмиттерами транзисторов 12 и 13 типа р-п-р счетного триггера - делителя частоты, через резисторы 14 и 15 - с коллекторами транзисторов 16 и 17 типа п-р-п нуль-органа, через резистор 18 - с базой переключающего транзистора 4 и коллектором инвертирующего транзистора 19 типа п-р-п.

Q

s о 5 0

0

5

через первые пусковые диод 20 в прямом направлении, резистор 21 и конденсатор 22 - с плюсовым входным выводом. Минусовой вывод мостового выпрямителя 9 соединен через резисторы с коллекторами транзисторов 10 и 11 мультивибратора, задающего генератора, через резисторы - с коллекторами транзисторов 12 и 13 триггера, через резистор 23 - с базой, а через резистор 24 - с коллектором согласующего транзистора 25 нуль-органа, че- ре з резистор 26 - с базой переключающего транзистора 5 и коллектором инвертирующего транзистора 27 типа ргп-р, через вторые пусковые диод 26 в прямом направлении, резистор 29 и конденсатор 30 - с минусовым выводом питания, через ограничительный резистор 31 - с анодом стабилитрона

32второго плеча моста и резистором

33третьего плеча измерительного моста.

Средняя точка вторичной обмотки 8 выходного трансформатора соединена с транзисторами 4, 5,19, 27,16, 17 и 25, Через стабилитрон 34 - с анодом диода 20, через стабилитрон 35 - с катодом диода 28, через резистор 36 - с базой транзистора 19, через резистор 37 - с базой тран- зистора 27, катодом стабилитрона 32, конденсатором 38 первого плеча моста формирования, пилообразного напряжения, зашунтированного резистором 39. Другой вывод конденсатора 38 соединен через резистор 40 четвертого плеча измерительного моста с резистором 33 третьего плеча моста и базой транзистора 17 нуль-органа и через регулируемый резистор 41 и диод 42 с выходом зависящего генератора (кол

лектором транзистора 10 мультивибратора) .

Выход нуль-органа (коллектор транзистора 16) соединен через резистор 43 с базой транзистора 19, через резистор 44 - с базой транзистора 17, через резистор 45 - с базой транзистора 25, а его база соединена с коллектором транзистора 17. Коллек тор транзистора 25 соединен через резистор 46 с базой транзистора 27,

База транзистора 19 соединена с анодом первого разделительного диода 47, база транзистора 21 - с катодом второго разделительного диода 48, канод диода 47 и анод диода 48 подключены к выходу счетного триггера (коллектор транзистора 12). Второй выход задающего генератора (коллектор транзистора 11 мультивибратора) соединен через конденсатор 49 с входом счетного триггера (аноды диодов 50 и 51, подключенных катодами к базам транзисторов 12 и 13 триггера), общая точка конденсатора 49 и анодов диодов 50 и 51 соединена через резистор 52 с плюсовым выводом выпрямителя .

Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При включении напряжения питания заряжаются пусковые конденсаторы 22 и 30 через пусковые резисторы 21 и 29 и стабилитроны 34 и 35. На стабилитронах 34 и 35 соответственно после диодов 20 и 28 появляется -напряжение питания задающего генератора мультивибратора с уровнем, устанавливаемым чуть меньше напряжения на выходе выпрямителя 9 в установившемся режиме работы. Запускается задающий генератор-мультивибратор на транзисторах 10 и 11. С коллектора транзистора 10 переменное напряжение прямоугольной формы со скважностью два поступает через диод 42 и резистор 41 на вход цепи формирования пилообразного напряжения, а с коллектора транзистора 11 - на входы симметричного триггера на транзисторах 12 и 13. Когда транзистор 11 мультивибратора закрыт, конденсатор 49 заряжается через резистор 52, при этом диоды 50 и.51 закрыты, В момент открытого состояния транзистора 11 конденсатор 49 разряжается и на базы транзисторов 12 и 13 триггера через дио

15

20

25

30

- IQ

-365292

ды 50 и 51 поступает импульс положительной полярности и малой длительности. Этот импульс не изменяет состояния закрытого транзистора триггера, но его открытый транзистор закрывается этим импульсом. В результате происходит регенеративный процесс опрокидывания триггера.в другое устойчивое состояние. Следующий импульс приводит триггер в первоначальное устойчивое состояние. Следовательно, триггер делит количество импульсов на два, т.е. является делителем частоты мультивибратора.

Рассматривают режим работы преобразователя при поступлении на базы инвертирующих транзисторов 19 и 27 управляющих импульсов только с триггера, условившись, что транзисторы 16 и 25 нуль-органа закрыты и на базы транзисторов 19 и 27 подаются через резисторы 14, 43 и 24, 46 отпирающие напряжения. Так как эмиттеры транзисторов.19 м 27 соединены со средней точкой обмотки 8 выходного трансформатора и стабилитронов 34 и 35, при закрытом состоянии транзистора 12 триггера с его коллектора поступает прямоугольный импульс отрицательной полярности, отпирающий только диод 47 и запирающий только инвертирующий транзистор 19 в течение всего первого периода переменного напряжения с мультивибратора. Так как транзистор 19 закрыт, переключающий транзистор открыт положительным напряжением, поступающим через резистор 18. В этот момент инвертирующий транзистор 27 открыт, шунтируя переход эмиттер - база переключающего транзистора 5, и последний закрыт.

В следующий период переменного 45 напряжения с мультивибратора транзистора 12 триггера открыт, соответственно уже на базу транзистора 27 через диод 48 поступает прямоугольный импульс положительной полярнос- 50 ти. Транзистор 27 закрывается, соответственно транзистор 5 открьшается, В этот момент наоборот транзистор 19 открывается транзистор 4 закрывается. Такой режим работы является 55 безопасным для работоспособности

35

40

нуль-органа. Кроме этого, исключается опасньй режим - одновременное нахождение транзисторов 4 и 5 в закрытом состоянии при любых помехах. В таком режиме работы через обмотки дросселя не проходит ток, преобразователь не потребляет электрической энергии и напряжение на первичной обмотке 3 выходного трансформатора равно нулю.

Другой режим работы. Пусть транзисторы 16 и 25 нуль-органа кратковременно открываются на время менее полупериода переменного напряжения с мультивибратора. Тогда инвертирующие транзисторы 19 и 27 оба закрываются, и запирающие импульсы с триг- ig запирающее напряжение, подаваемое

гера не изменяют состояния ни одного из них. Переключающие транзисторы 4 и 5 одновременно открьшаются, обмотки 6 и 7 накопительного дросселя соединяются последовательно (начало с концом), через них протекает ток, в дросселе накапливается магнитная энергия, при этом по-прежнему диоды 1 и 2 закрыты обратным напряжением источника питания, и напряжение на первичной обмотке 3 выходного трансформатора равно нулю.

Установившийся режим работы. На конденсатор 38 с коллектора транзис- тора 10 мультивибратора могут поступать через диод 42 только полуперио- ды положительной полярности переменного напряжения. На этом конденсаторе наблюдается постоянная составляющая напряжения, которая равна опорному напряжению на стабилитроне 32, и переменная составляющая напряжения пилообразной формы (пила). Нарастание переднего фронта пилы происходит в положительньм полупериод переменного напряжения с выхода мультивибратора, когда диод 42 открыт, а спад заднего фронта пилы - в отрицательный полупериод, когда диод 42 закрыт и конденсатор 38 разряжается через резистор 39. При равенстве уровней напряжения на стабилитроне 32 и конденсаторе 38 и равенстве плеч моста, резисторов 40 и 33, в диагонали моста, подключенной к входу нуль-органа напряжение равно нулю (если не учитывать прямого напряжения перехода база - эмиттер транзистора 17). При этом напряжение на конденсаторе 38 включено в отпирающем, а напряжение на стабилитроне 32 в запирающем направлениях по отношению к транзисто- РУ 17.

При спаде заднего фронта пи.пы, когда сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 станет меньше опорного напряжения на стабилитроне 32, транзистор 17 нуль- органа закрывается, а транзистор 16 соответственно открывается через резистор 15 (в практической схеме нуль- органа выполнен по схеме компаратора на операционном усилителе). Одновременно открывается согласующий транзистор 25 нуль-органа, так как снимается с базы этого транзистора

с резистора 45, поскольку последний оказывается соединенным с эмиттером транзистора 25 через транзистор 16.

Следовательно, инвертирующие транзисторы 19 и 27 закрываются, так как их переходы база - эмиттер зашун- тированы резисторами 36 и 37, а переключающие транзисторы 4 и 5 открыва- ются. Через последовательно соединенные обмотки 6 и 7 дросселя проходит

нитная энергия. Суммарное время открытого состояния транзисторов 4 и 5 определяется временем спада пилы, а затем после появления положительного полупериода переменного напряжения с мультивибратора временем нарастания пилы до уровня, когда сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 становится болье напряжения на стабилитроне 32. Затем транзистор 17 нуль-органа от

0

5

0

5

крывается, а транзисторы 16 и 25 закрываются. Однако, только один из транзисторов 19 и 27 открывается, так как в этот момент на базе одного из них присутствует запирающее напряжение с выхода триггера, при этом весь период переменного напряжения с мультивибратора. Допустим открывается транзистор 19, тогда другой транзистор 27 закрывается импульсом, с триггера. Соответственно закрывается только переключающий транзис- тор 4, т.е. его переход эмиттер - база зашунтирован транзистором 19. В результате обрыва цепи прохождения тока через обмотки дросселя на его обмотках возникает ЭДС самоиндукции противоположной полярности, т.е. напряжение на обмотке 7 накопительного дросселя через открытый транзистор 5 и открытый диод 2 прикладывается к первичной обмотке 3 выходного трансформатора.

Во вторичных обмотках выходного трансформатора (в том числе в обмотке 8) наводится ЭДС с амплитудами, прямо пропорциональными коэффициентам трансформации, С выпрямителя 9 на модулятор длительности поступает напряжение питания, по уровню больше чем на стабилитронах 34 и 35 и поэтому диоды 20 и 28 в установившемся режиме закрыты. Суммарное время такого состояния определяется временем продолжающегося нарастания пилы, а затем после появления отрицательного полупериода напряжения с выхода мультивибратора временем спада пилы до уровня, когда сумма постоянной и переменной составляющий на конденсаторе 38 становится меньше напряжения на стабилитроне 32, В результате транзистор 17 вновь закрьшается, транзисторы 16 и 25 открываются, транзисторы 19 и 27 закрываются, а

транзисторы 4 и 5 открываются и в J

дросселе вновь накапливается магнитная энергия.

Как только сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 опять станет больше напряжения на стабилитроне 32, транзисторы 16 .и 25 закрываются. Однако открывается уже другой инвертирующий транзистор, а именно транзистор 27, так как начинается уже второй период переменного напряжения с мультивибратора, и с выхода триггера - делителя частоты мультивибратора на два запирающее напряжение весь период прилагается к базе другого инвертирующего транзистора, а именно транзистора 19, Соответственно закрывается уже другой переключающий транзистор 5, в обмотках 6 и 7 дросселя возникает ЭДС самоиндукции, и напряжение с другой обмотки 7 через открытый транзистор 4 и открытый диод 1 при- кладьшается к первичной обмотке 3 выходного трансформатора, но полярность этого напряжения противоположна напряжению на обмотке 3 и предыдущем полупериоде. Таким образом, на обмотке 3 выходного трансформатора наблюдают переменное напряжение прямоугольной формы с паузами между полупериодами (в момент накопления магнитной энергии в дросселе) и час5

тотой, в два раза меньшей частоты задающего генератора - мультивибратора.

Стабилизация выходного напряжения осуществлется изменением соотношения времени открытого и времени закрытого состояний переключающих транзисторов 4 и 5, при этом они находятся в закрытом состоянии поочеQ редно. Допустим в установившемся режиме работы возрастает напряжение питания и соответственно напряжение на выходе выпрямителя 9, Тогда сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 превьш1ает уровень опорного напряжения на стабилитроне 32 по времени раньше, а уменьшается до уровня опорного напряжения позже, т,е, фактически возQ растает длительность поочередного закрытого состояния переключающих транзисторов 4 и 5, а открытого - уменьшается, В результате магнитной энергии в дросселе накапливаются то5 же количество и амплитуда ЭДС самоиндукции в обмотках 6 и 7 дросселя, а соответственно aмплиtyдa переменного напряжения на первичной обмотке 3 выходного трансформатора остает0 ся на прежнем стабилизирующем уровне.

Так как резистор 41 образует с резистором 39 делитель напряжения, изменяя величину сопротивления резистора 41, можно регулировать уровень постоянной составляющей на конденсаторе 38, т,е, тем самым регулировать стабилизируемый уровень напряжения на выходах преобразователя.

Амплитуда напряжения на первичной

0 обмотке 3 выходного трансформатора определяется по известной формуле

5

и.

пув« 3 Г- q

45

где

WHOH

0

5

UB.q w

HO к

выходное напряжение питания;

коэффициент заполнения импульсов (в диапазоне 0-1); число витков дросселя при накоплении энергии; число витков дросселя при рассеянии энергии. Так как число витков при накоплении в два раза больше, п 0,5 и

и .

2(1-q)

W,

росс

ормула

и

9 зоб

136

р е т е н и я

Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий накопительньш дроссель, выходной трансформатор, два переключающих транзистора, цепь из двух последовательно соединенных диодов, подключенную в обратном направлении к входным выводам, к точке соединения диодов подключен один из вьтодов первичной обмотки выходного трансформатора , задающий генератор, измерительный мост с конденсатором, зашунтирован- ным резистором в первом плече моста, последовательно соединенным с ним стабилитроном во втором плече моста и резисторами в третьем и четвертом плечах, причем точки соединения конденсатора и резистора четвертого плеча через регулирующий резистор и диод соединены с первым выходом задающего генератора, точка соединения

резисторов третьего и четвертого плеч 25 причем база инвертирующего транзиссоединена с входом нуль-органа, а точки соединения.конденсатора и стабилитрона - с общим вьшодом нуль-органа, причем точка соединения резистора третьего плеча и стабилитрона подключена через ограничительный резистор к одному из вьшодов выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке выходного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищеннос1365292

10

ти, кпд и упрощения, введены пуско- .вые цепи, счетный триггер, инвертирующий и согласующий транзисторы, «i переключающие транзисторы выполнены на транзисторах разного типа проводимости, точки соединения эмиттеров которых подключены к второму выводу первичной обмотки трансформатора,

Q общему выводу нуль-органа и отводу от средней точки указанной дополнительной обмотки выходного трансформатора, выпрямитель которой подключен к входным выводам через пусковые

5 цепи из последовательно соединенных пускового конденсатора, резистора и диода к шинам питания задающего генератора и введенного счетного триггера, вход которого соединен с втоQ рым выходом задающего генератора, а выход через разделительные диоды - с базами инвертирующих транзисторов, силовые переходы которых подключены к входам переключающих транзисторов.

тора обратной проводимости соединена с выходом нуль-органа непосредственно, а база инвертирующего транзистора прямой проводимости - через согласующий транзистор, при этом накопи- тельньй дроссель выполнен двухобмо- точным с равным числом витков в обмотках и каждая из обмоток дросселя включена между соответствующим входным вьшодом и коллектором переключающего транзистора.