Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

со со

00

о

4

О5

10

11398046

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания малой мощности, рассчитанных на применение в сетях постоянного тока с большим диапазоном изменения питающего напряжения,

Цель изобретения - повышение КПД и стабильности выходного напряжения,

На фиг. 1 приведена принципиальная схема.преобразователя; на фиг, 2 - диаграммы поясняющие работу схемы.

Стабилизирующий преобразователь содерядат трансформатор 1, имеющий первичную обмоТку 2, подключенную через транзистор 3 к входным выводам А преобразователя, вторичную обмотку 5, подключенную через первьш диод 6 к выходу 7 преобразователя, шунтиро- вайному первым конденсатором 8, базовую обмотку 9, подключенную через последовательно соединенные второй онденсатор 10 и резистор 11 параллельно эмиттерному переходу транзистора, дополнительную обмотку 12, подключенную через второй диод 13 к вхоу 14 отрицательной обратной связи, содержащей источник 15 опорного напряжения, резистивный делитель 30 16 и операционный усилитель 17, причем -выход последнего подключен через ограничивающий резистор 18 к базе- транзистора 3. Общая точка базовой и дополнительной обмоток соединена через четвертый конденсатор 19 с катодом третьего диода 20 и анодом чет йертого диода 21, катод которого сое динен с положительным выводом пита- Йия- операционного усилителя и выво- 4ом третьего конденсатора 22. Между базой и коллектором транзистора включен запускающий резистор 23. В цепь эмиттера транзистора могут быть вклю- чены резистор 24 и конденсатор 25, Положительный вывод питания операционного усилителя 17 подключен к входу цепи 14 обратной связи, а второй вывод конденсатора 22 - к отрицательному входному выводу преобразователя

t5 н

20 н

25 в

35

40

45

50

На фиг. 2 приведены следующгте диаграммы: , - напряжение-на коллекторе транзистора 3; Ij,j --ток коллек0

0

Стабилизирующий преобразователь работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения на входные выводы 4 возникает ток, протекающий через запускающий резистор 23 и базу транзистора 3. Вследствие регенеративного процесса, образующегося под воздействием положительной обратной связи, транзистор 3 насьщается (момент времени t), диаграмма 1, фиг. 2, питающее напряжение оказывается подключенным к первичной обмотке 2, создавая в ней ли-

5 нейно нарастающий ток (диаграмма 2, фиг.2), В базу транзистора течет экспоненциально спадающий ток (диаграмма 3, фиг,2) по цепи: обмотка 9, конденсатор 10, резистор 11. Экспо0 ненциальный спад тока базы объясняется зарядом конденсатора 10,, напряжение на котором показано на диаграмме 4 (фиг,2), Рост тока коллектора и уменьшение тока базы транзистора при5 водит к тому, что в момент времени t, транзистор выходит из области на- сьш(ения и входит в активньш режим. Ток коллектора (ток, протекающий че-. рез первичную обмотку трансформатора) уменьшается, что вызывает изменение полярности напряжения на обмотках трансформатора. В результате развивающегося регенеративного процесса транзистор запирается и энергия, запасенная в трансформаторе, через обмотку 5 и-диод 6 передается на выход преобразователя. Одновременно с этим запасенной энергии через обмотки 9 и 12 и диод 13 поступает на вход цепи обратной связи и из обмотки .9 через диод 20 - в конденсатор 19, К базе транзистора, начиная с момента t, , приложено отрицательное напряжение (диаграмма 5), равное сумме напряжений на конденсаторе 10 и обмотке 9, К моменту времени t заканчива

5

0

5

ется процесс перекачки энергии из трансформатора. Напряжение на обмотках трансформатора уменьшается до нуля, диоды 6, 13 и 20 закрыты обратным напряжением соответствующих заряженных конденсаторов (конденсаторы 8 19 источника 15 опорного напряжения соответственно), напряжение на

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных.источниках электропитания малой мощности. Цель изобретения - повышение.КПД и стабильности выходного напряжения. Стабилизирующий преобразователь содержит трансформатор 1, имеющий первичную 2, вторичную 5, базовую 9 и дополнительную 12 обмотки. Цепь отрицательной обратной связи 14 содеряД1т источник опорного напряжения 15, резистивный делитель 16 и операционный усилитель 17. Подключение выхода операционного усилителя 17 к базе транзистора 3 обеспечивает дополнительный ток перезаряда конденсатора 10 в базовой цепи от низковольтного источника, что позволяет существенно увеличить значение запускающего резистора 23 и тем самым снизить суммарные потери мощности. Переключение транзистора 3 происхо- дит под воздействием регенеративного процесса, форсированно, без ограничения запирающего напряжения, что уменьшает длительность выключения и потери в преобразователе. 2 ил. (Л

тора.транзистора; 1 ток базы тран- базе транзистора отрицательной поляри

00

зистора;

денсаторе 10; Uj базе транзистора питания,

- папряпение на - напряжение на

- напряжение

ности равно остаточному напряжению на конденсаторе 10,

Под действием тока, протекающего через резистор 23, конденсатор 10

ности равно остаточному напряжению на конденсаторе 10,

Под действием тока, протекающего через резистор 23, конденсатор 10

плавно разряжается, в напряжение на базе транзистора постепенно увеличивается, В момент времени t, (диаграмма) напряжение на базе транзистора

достигает порогового значения U ,

при котором транзистор из области отсечки переходит в активный режим. результате регенеративного процесса транзистор легко входит в насьицение, и вновь повторяются все процессы, рассмотренные, начиная с момента t. При очередном включении транзистора через диод 21 заряжается конденсатор 22 до напряжения, равного сумме на пряжений на конденсаторе 19 и обмотке 9. По истечении нескольких циклов повышается напряжение на выходе преобразователя, на входе цепи обратной связи и на конденсаторе 22. Причём напряжение на выходе, преобразователя и на входе цепи отрицательной обрат- ной связи однозначно связаны между собой по величине, и пропорциональны числам витков обмоток 5 и сумме витков обмоток 9 и 12 соответственно.

Если выходное напряжение преобразователя еще не достигло заданной величины, определяемой соответствую- щим выбором напряжения источника 15 И соотношением резисторов делителя 16, то на выходе операционного уси- . лителя 17 возникнет положительньгй потенциал, и через резистор 18 в крн- денсатор 10 поступает дополнительный ток, ускоряющий рост напряжения на базе транзистора (пунктирные линии на диаграммах, фиг.2). В результате время выключенного состояния транзистора сокращается, а частота его .пере ключения увеличивается. Увеличение частоты коммутации транзистора приводит к росту напряжения на выходе преобразователя, а также на входе цепи

14 и конденсаторе 22, что способству-: с значительно меньшим питающего. Кроме ет еще большему увеличению частоты того, в предлагаемом преобразователе и

коммутации и, следовательно,росту указанных напряжений. При достижении выходным напряжением заданного значения положительный потенциал на выходе усилителя 17 уменьшается, рост частоты коммутации прекращается, и преобразователь работает в режиме стабилизации напряжения на входе цепи 14 отрицательной обратной связи,: а следовательно, будет стабильным и выходное напряжение преобразователя. Всякое изменение питающего напряжения или других дестабилизирзп(щих факто50

55

уменьшены коммутационные потери мощности за счет сильного форсирования тока базы транзистора. Повьш ение стабильности выходного напряжения дости гается применением операционного уси теля, обладающего большим коэффициентом усиления и тем, что питание- усилителя и источника опорного пряжепия осуществляется ста ильным напряжением.

Формула и 3 о б р е т е 1 и я Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения.

ров, влияющих на выходное напряжение ; преобразователя, вызывает соответствующее изменение выходного напряжения усилителя 17, которое корректирует частоту преобразования таким образом, чтобы напряжение на входе цепи 14 (на выходе преобразователя) оставалось неизменным.

0 В случае возникновения чрезмерной перегрузки или короткого замыкания на выходе преобразователя -происходит резкое уменьшение напряжений на всех обмотках трансформатора на интервале

5 времени выключенного состояния транзистора. В результате уменьшаются напряжения на входе цепи отрицательной обратной связи и на положительном выводе питания усилителя. Умень0 шается и становится близким к нулю напряжение на выходе усилителя 17, скорость перезаряда конденсатора 10 определяется лишь током через резистор 23, что приводит к резкому умень5 шению частоты коммутации транзистора, и преобразователь ра ботает в режиме малых токов потребления до снятия перегрузки.

С целью повышения устойчивости

0 преобразователя и уменьшения влияния величины питающего напряжения на ам- плитуду коммутируемых транзистором,. токов, в цепь его эмиттера могут быть включены резистор 2-4 и конденсатор 25, выполняющие роль местной отрицательной обратной связи по току.

Пpeдлaгae G Iй стабилизирующий преобразователь обладает более высоким КПД и стабильнрстью выходного напря0 жения. Повьш1ение КПД достигается жением мощности в запускающем резисторе путем обеспечения дополнительного тока перезаряда конденсатора базовой цепи от источника С напряжением.

5

значительно меньшим питающего. Кроме того, в предлагаемом преобразователе

уменьшены коммутационные потери мощности за счет сильного форсирования тока базы транзистора. Повьш ение стабильности выходного напряжения достигается применением операционного уси- теля, обладающего большим коэффициентом усиления и тем, что питание- усилителя и источника опорного пряжепия осуществляется ста ильным напряжением.

Формула и 3 о б р е т е 1 и я Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения.

содержащий трансформатор с первичной обмоткой, подключенной через транзис- toT к входным выводам лреобразовате- ля, вторичной обмоткой, подключенной :через первьй диод к выходу преобразователя, шунтированному первым конденсатором, базовой обмоткой, подключенной через последовательно соединенные второй конденсатор и резистор параллельно эмиттерному переходу транзистора, дополнительной обмоткой, подключенной через второй диод к входу Цепи отрицательной обратной связи, с;одержащей источник опорного напря- ж|ения, резистивный делитель и усили- т|ель сигнала рассогласования, третий и; четвертый диоды и запускающий ре- з сстор, отличающийся тем.

, с целью повышения КПД и стабиль- 20 запускающий резистор включен

н1ости выходного напряжения преобразо- ,- введены третий и четвертый

межд,у коллектором зистора,

и базой тран

0

конденсаторы, ограничивающий резистор, усилитель сигнала рассогласования выполнен на операционном усилителе, отрицательный вывод питания которого подключен к аноду второго диода, а положительньй вывод через третий конденсатор - к отрицательному выводу входа преобразователя, выход операционного усилителя через ограничивающий резистор соединен с базой транзистора, базовая и дополнительные обмотки соединены между собой последовательно, а их общая точка соединена через четвертый конденсатор с катодом третьего и анодом четвертого диодов, при этом катод четвертого диода соединен с положительным выводом питания операционного усилителя.

межд,у коллектором зистора,

и базой тран