Стабилизированный однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/338 

(21)4216829/24-07

(22)30.03.87

(46) 07.09.88. Бюл, № 33

(71)Всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно- исследовательский институт энергетических систем и электрических сетей Энергосетьпроект

(72)В.Л.Шаповалов, Ю.П.Лясковский и П.В.Внуков

(53)621.314.632(088.8)

(56)Патент США (J 4481564, кл. Н 02 М 3/335, 1984.

Европейский патент № 0170944, кл. Н 02 М 3/338, 1987.

(54)СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания, в том числе во вторичных источниках питания. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения

плавного запуска и снижения тока короткого замыкания. Это обеспечивается тем, что в преобразователь введен резистор 16, включенный последовательно между дополнительной об- моткой 4 трансформатора 3 и диодом 17, а датчик тока 12 в эмиттерной цепи транзистора (Т) 1 выполнен в виде шунтированного конденсатором 24 нелинейного элемента, состоящего из двух последовательно включенных резисторов 21, 22 и диода 23, соединенного последовательно с первым резистором 21 и параллельно с вторым резистором 22. При этом в схеме запирания Т 1 эмиттер первого транзистора 13 соединен с эмиттером Т 1, коллектор Т 14 соединен с базой Т 1, а эмиттер Т 14, фототранзистор оптрона 9 и второй вывод конденсатора l5 соединены с отрицательным потенциалом входного напряжения и с общей точкой дополнительной 4 и вторичной 5 обмоток трансформатора 3. 1 ил.

СЛ

7Г

Изобретение относится к электро- .технике и может быть использовано в источниках питания, в том числе во вторичных источниках питания радиоэлектрической аппаратуры.

Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения плавного запуска и снижения тока короткого замыкания.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема стабилизированного однотактного преобразователя постоянного напряжения.

Стабилизированный однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит силовой транзистор 1, схему 2 ограничения выброса напряжен ия, трансформатор 3 с дополнительной 4 и вторичной 5 обмотками, выпрямитель 6, фильтр 7, усилитель 8 ошибки, оптрон 9, RCD-цепочку 10, резистор 11 смещения, датчик 12 тока, схему запирания силового Транзистора на двух транзисторах 13 и 14, базовый 15 и зарядный

16резисторы, развязывающий диод 17, конденсатор 18, резисторы 19 и 20 делителя напряжения, резисторы 21

и 22 датчика тока, диод 23 датчика тока и шунтирующий конденсатор 24.

Ваза силового транзистора 1 через резистор 11 смещения соединена с положительным выводом источника входного напряжения и через RCD-цепочку 10 - с вторичной обмоткой 5 трансформатора 3. Коллектор транзистора 1 соединен с первичной обмоткой трансформатора 3 и схемой 2 ограничения выброса напряжения. Эмиттер транзистора 1 через датчик 12 тока соединен с отрицательным выводом источника входного напряжения. Схема запирания ключевого транзистора 1 состоит из транзисторов 13 типа р-п-р и 14 типа п-р-п. Эмиттер транзистора 13 соединен с эмиттером.ключевого транзистора 1, коллектор транзистора 13 - с базой транзистора 14. Коллектор транзистора 14 соединен с базой ключевого транзистора 1.

Дополнительная обмотка 4 тр анс- форматора 3 через резистор 16 и диод

17связана с конденсатором 18, который соединен с делителем напряжения, состоящим из последовательно включенных резисторов 19 и 20, средняя точка последних соединена с коллектором фототранзистора оптрона 9 через резистор 15 - с базой транзис

5 0 5

0

5

5

0

5

0

тора 13. Эмиттер транзистора 14, резистор 20 и змиттер фототранзистора оптрона 9 соединены с общей точкой дополнительной 4 и вторичной 5 обмоток трансформатора 3, а также отрицательным выводом источника входного напряжения.

Датчик 12 тока состоит из последовательно включенных резисторов 21 и 22, шунтированных конденсатором 24, и диода 23, включенного последовательно с резистором 21 и параллельно с резистором 22.

Стабилизированный однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

(-.

После подачи входного напряжения через резистор 11 смещения и переход база-эмиттер транзистор 1 начинает протекать начальный ток, одновременно через первичную обмотку трансформатора. 3 протекает коллекторный ток этого транзистора. Напряжение, индуцируемое при этом на вторичной обмотке 5 трансформатора 3, через RCD-цепочку 10 прикладывается к базе транзистора 1 и переводит его в открытое состояние, ток транзистора 1 нарастает во времени со скоростью, определяемой индуктивностью первичной обмотки трансформатора 3 и величиной входного постоянного напряжения. В начальный момент времени база транзистора 13 находится под нулевым потенциалом, так как конденсатор 18 разряжен. Вследствие нарастания напряжения на датчике 12 тока происходит отпирание транзистора 13, одновременно коллекторный ток транзистора 13 открывает транзистор 14, который обеспечивает запирание транзистора t, при этом полярность сигналов на обмотках трансформатора 3 изменяется на обратную. Выброс напряжения на коллекторе транзистора 1 ограничивается схемой 2, Энергия, запасенная в трансформаторе 3 за время открытого состояния транзистора 1j выводится через выходной выпрямитель и обеспечивает заряд выходных емкостей фильтра 7. Напряжение на дополнительной обмотке 4 трансформатора 3 через резистор Iff и диод 17 обеспечивает заряд конденсатора 18, при этом увеличивается напряжение на базе транзистора 13. После тоЛ, , как запасенная энергия выведется из трансформатора,происходит спад нап31422328

ряжений на всех его обмотках и тран- 16, диод 17, конденсатор 18, резис- зистор 1 вновь открывается. Так как в предыдущем цикле напряжение на

5

10

15

конденсаторе 18 увеличилось, то соответственно возрастает уровень тока силового ключа,- при котором происходит его запирание, а следовательно, возрастают время открытого состояния и энергии, запасаемая в трансформаторе 3. Таким образом, при запуске источника обеспечивается постепенное нарастание выходного тока и напряжен|1я, что облегчает режим работы элементов и повышает надежность преобразователя.

Резистор 16 устраняет влияние импульсных помех, возникающих при запирании силового транзистора 1 на дополнительной обмотке 4 трансфор- 20 матора 3, на.напряжение на конденсаторе 18.

После того, как выходное напряжение достигает номинального уровня включается в работу усилитель 8 ошибки, который обеспечивает стабилизацию напряжения на выходе.

В зоне стабилизации при уменьшении выходного напряжения снижается ток через светодиод 9 оптронной развязки, уменьшается проводимость фототранзистора оптрона 9,соответственно увеличивается напряжение на базе транзистора 13 и, следовательно,дпитель- ность открытого состояния транзистора 1,а также уровень мощности,передаваемый в нагрузку. При уменьшении сопротивления нагрузки действие описанной отрицательной обратной; связи обеспеторы 19, 20 15, база -транзистора 13 осуществляется положительная обратная связь ПО напряжению.

При коротком замыкании выходной ток значительно меньше максимального так как напряжение на конденсаторе 18 в этом случае равно нулю. Это обеспечивает повьщение надежности работы преобразователя и улучшает его эксплуатационные характеристики. ..

Датчик 12 -тока имеет нелинейную вольтамперную характеристику, что обеспечивает расширение диапазона до пустимых токов нагрузки и уменьшение выходного тока короткого замыкания.

Конденсатор 24 увеличивает помехоустойчивость схемы преобразователя

Таким образом, в стабипизирован ном однотактном преобразователе пос тоянного напряжения повышена надежность за счет обеспечения плавного 5 запуска, а также снижения токовых и тепловых перегрузок элементов в режиме короткого замыкания.

30

35

Формула изобретения

Стабилизированный однотактный преобразователь постоянного напря- жен,ия, содержащий трансформатор с силовым п-р-п-транзистором, эмиттер которого через датчик тока соединен с отрицательным выводом источника входного напряжения, а коллек тор - Со схемой ограничения выброса напряжения и первичной обмоткой

чивает стабилизацию выходного напряже- Q трансформатора, выходная обмотка

ния посредством уменьшения тока через светодиод 9 оптронной развязки. Максимальный ток, достигающийся при определенной величине сопротивления нагрузки, соответствует полностью заперто- дс му состоянию фототранзистора оптрона 9 и определется данными обмоток трансформатора 3, величинами резисторов 19 и 20 и параметрами элементов дат-- чика 12 тока.

Дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки приводит к снижению напряжения на вторинных обмотках, уменьшаются напряжение на конденсаторе 18 и базе транзистора 13, максимальный ток силового транзистора 1 и ток, отдаваемый в нагрузку. Таким образом, через цепь: дополнительная обмотка 4 трансформатора 3, резистор

50

55

трансформатора через выпрямитель, и фильтр соединена с усилителем ошибки выходными выводами, вто ричная обмотка трансформатора чере RCD-цепочку соединена с базой сил вого транзистора, связанной через резистор смещения с положительным выводом источника входного напряж ния и соединенной со схемой зап рания силового транзистора на дву транзисторах, управляющий вход Kot рой связан через резистор с фототр зисторрм оптрона, светодиод которо соединен с усилителем ошибки, а фо тотранзистор оптрона - с резисторн делителем напряжения, шунт.ированны конденсатором, и через диод - с допонительной обмоткой трансформат ра, отличающийся тем.

16, диод 17, конденсатор 18, резис-

торы 19, 20 15, база -транзистора 13 осуществляется положительная обратная связь ПО напряжению.

При коротком замыкании выходной ток значительно меньше максимального, так как напряжение на конденсаторе 18 в этом случае равно нулю. Это обеспечивает повьщение надежности работы преобразователя и улучшает его эксплуатационные характеристики. ..

Датчик 12 -тока имеет нелинейную вольтамперную характеристику, что обеспечивает расширение диапазона до пустимых токов нагрузки и уменьшение выходного тока короткого замыкания.

Конденсатор 24 увеличивает помехоустойчивость схемы преобразователя.

Таким образом, в стабипизирован- ном однотактном преобразователе постоянного напряжения повышена надежность за счет обеспечения плавного запуска, а также снижения токовых и тепловых перегрузок элементов в режиме короткого замыкания.

Формула изобретения

Стабилизированный однотактный преобразователь постоянного напря- жен,ия, содержащий трансформатор с силовым п-р-п-транзистором, эмиттер которого через датчик тока соединен с отрицательным выводом источника входного напряжения, а коллектор - Со схемой ограничения выброса напряжения и первичной обмоткой

с

0

5

трансформатора через выпрямитель, и фильтр соединена с усилителем ошибки выходными выводами, вторичная обмотка трансформатора через RCD-цепочку соединена с базой силового транзистора, связанной через резистор смещения с положительным выводом источника входного напряжения и соединенной со схемой запирания силового транзистора на двух транзисторах, управляющий вход Koto- рой связан через резистор с фототран- зисторрм оптрона, светодиод которого соединен с усилителем ошибки, а фо- тотранзистор оптрона - с резисторным делителем напряжения, шунт.ированным конденсатором, и через диод - с допонительной обмоткой трансформато-н ра, отличающийся тем.

5142

что, с целью повышения надежности путем обеспечения Плавного запуска и снижения тока короткого замыкания, в него дополнительно введен резистор, включенный последовательно между до- iполнительной обмоткой трансформатора и диодом, а датчик тока выполнен в ;виде шунтированного конденсатором |нелинейного элемента, состоящего из flByx последовательно включённых резис JTOpoB и Диода, соединенного последова тельнЬ с первым резистором и парал- Ьельно второму, при этом в схеме , запирания силового транзистора

эмиттер

первого транзистора.

тип

проводимости которого р-п-р, соединен с эмиттером силового транзистора, коллектор второго транзистора, тип проводимости которого п-р-п, соединен с базой силового транзистора, база - с коллектором первого транзистора, а эмиттер второго транзистора, фототранзистор оптрона и второй вывод коенденсатора соединены с отрицательным выводом источника входного напряжения и с общей точкой дополнительной и вторичной обмоток трансформатора.