Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M3/335 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, авто матики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение надежности однотактного преобразователя постоянного напряжения путем устранения перегрузки силового транзистора по току при запуске на короткозамкнутую нагрузку.

На фиг. приведена электрическая схема однотактного преобразователя; на фиг.2 - временные диаграм№1 на- пряжений и токов.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор 1, вторичная обмотка 2 кото рого соединена через диод 3 с выходными выводами, шунтированными конденсатором 4, а первичная обмотка 5 включена между входным выводом и коллектором силового транзистора 6, параллельно базо-эмиттерному переходу которого включен шунтирующий транзистор 7, база которого соединена через первый резистор 8 с выходом RS-триггера 9, S-вход которого шунти рован вторым резистором 10 и стабилитроном 11 и соединен через последовательную RS-цепь 12-с коллектором силового транзистора 6, база которого соединена через третий 13 и четвертый 14 резисторы с выходом элемента 15 задержки, вход которого присоединен к R-входу триггера 9 и к выходу генератора 16 синхроимпульсов, при этом обмотка 17 обратной связи трансформатора 1 включена между соединения третьего 13 и

O

5

о 5 о

5

0

четвертого 14 резисторов и эмиттером силового транзистора 6.

Однотактный преобразователь работает следующим образом..

На вход элемента 15 задержки от генератора 16 синхроимпульсов Подаются короткие импульсы, синхронизирующие работу преобразователя.

В исходном состоянии силовой транзистор 6 закрыт, триггер 9 установлен в единичное состояние, т.е. на его выходе высокий уровень напряжения. Благодаря этому шунтирующий транзистор 7 открыт и шунтирует базо-эмиттерный переход силового транзистора 6, поддерживая его в закрытом состоянии, независимо от колебаний напряжений на обмотке 17 обратной связи. При поступлении синхроимпульса от генератора 16 по переднему его фронту триггер 9 устанавливается в нулевое состояние. На его выходе устанавливается нулевой уровень напряжения. Транзистор 7 закрывается и перестает шунтировать базо- эмиттерный переход транзистора 6. Входной синхронизирующий импульс поступает также на вход элемента 15 задержки. По истечении инте рвала времени (3-5 мкс), установленного элементом 15 задержки, импульс высокого уровня с его выхода через резистор

14подается на обмотку 17 обратной связи и через резистор 13 - на базу транзистора 6. В начальный момент действия импульса на выходе элемента

15задержки сток через обмотку 17

связи не идет из-за достаточной ее индуктивности. Т.Е. в этот момент времени обмотка 17 практически не шунтирует резистор 13 и весь ток

импульса с выхода элемента 15 задержки течет через резисторы 13, 14 и переход база - эмиттер транзистора 6,

Транзистор 6 открывается, и пер-., вичная обмотка 5 трансформатора 1 оказывается подключенной к первичному источнику питания.. На обмотке 17 обратной связи наводится ЭДС такой полярности, что она складывается с напряжением синхроимпульса и еще больше способствует отпиранию транзистора 6. В первичной обмотке 5 начинает нарастать ток, который протекает через переход коллектор - . эмиттер транзистора 6. После окончания действия синхроимпульса транзистор 6 остается в открытом .состоянии за счет ЭДС на обмотке 17 обратной связи. При этом ток базы транзистора

6ограничивается резистором 13. ЭДС на обмотке 2 имеет такую полярность, что диод 3 закрыт. В трансформаторе

1 накапливается энергия. При дости-. жении тока через обмотку 5 величины, соответствующей насыщению магнито- провода трансформатора 1, происходит сначало уменьшение ЭДС на обмотке 17, а затем и изменение ее полярног сти. Происходит запирание транзистора 6, на его коллекторе возрастает напряжение. Это напряжение через последовательную RS-цепь 12 подается на вход S триггера 9, который переключается в единичное состояние, что приводит к отпиранию транзистора

7и шунтированию базо-эмиттерного перехода транзистора 6. При этом-на начале обмотки 2 создается минус,

а на ее конце плюс, -диод 3 открывается и происходит заряд конденсатора 4. Накопленная в трансформаторе 1 энергия передается в нагрузку.. Ток в катушке 2 постепенно уменьшается.

Когда ЭДС обмотки 2 становится . меньше Зиапряжения на конденсаторе 4, диод 3 закрывается и в трансформаторе .1 ..возникают высокочастотные колебания, обусловленные индуктивностями его обмоток и емкостями диода 3 и транзистора 6. Однако преобразователь напряжения на может перейти в автогенераторный режим на высоких частотах, так как базо-эмиттерный переход транзистора 6 щунтируется открытым транзистором 7.

Диаграмма фиг.2 а показывает по- отупление запускающих синхроимпуль

, 30

;

сов с выхода генератора 16. На диа грамме фиг.25 показано, как меняется выходное напряжение триггера 9, который переключается в нулевое состояние по переднему фронту входного синхроимпульса.

Триггер 9 возвращается в единичное состояние (фиг. 2) положительным

10 выбросом напряжения на коллекторе транзистора 6 при его запирании (фиг.2). На диаграмме фиг.2Ь пока- V залы запускающие синхроимпульсы на выходе элемента 15 задержки. Величи15 на времени задержки элемента 15 задержки устанавливается такой, чтобы запускающий импульс на его выходе появлялся после переключения триггера 9 в нулевое состояние и после пол20 ного закрытия шунтирующего транзистора 7.

По переднему фронту запускающего импульса (фиг. 2 ),поступающего с выхода элемента 15 задержки, начина25 ет нарастать напряжение на обмотке 17 (фиг.2 ). По мере нарастания тока в обмотке 17 напряжение на ней начинает падать. По истечении времени задержки включения транзистора 6 он открывается и к обмотке 5 прикладывается полное напряжение питания. В результате на обмотке 17 напряжение возрастает до максимального за- чения, которое и удерживает транзистор 6 в открытом состоянии. Ток кол. лектора транзистора 6 начинает возрастать (фиг. .2е).

Напряжение на обмотке 2 принимает отрицательное значение (фиг. 2), 40 диод 3 заперт и в трансформаторе 1 происходит накопление энергии. По мере насьпцения серденника трансформатора 1 напряжение на обмотке 17 начинает падать (фиг. 2г), транзис- лс тор 6 начинает перекрываться,а напряжение на его коллекторе возрастать (фиг. 2q). Затем транзистор 6 полностью закрывается и напряжение на его коллекторе резко возрастает. На- CQ пряжение на обмотке 17 становится

отрицательным (фиг. 2г), а на обмотке 2 - положительным (фиг. 25к). При этом накопленная в трансформаторе 1 энергия через обмотку 2 и диод 3 передается в конденсатор 4 и нагрузку.

Когда энергия, запасенная в трансг форматоре 1, уменьшится до такой . величины, что нап1 яжение на обмотке

35

55

2 станет меньше напряжения на кон- ; денсаторе 7, диод 3 запирается и в трансформаторе возникают высоко- ча стотные колебания. Частота этих колебаний обуславливается индуктивностью обмоток 2, 5 и 17, их межвит- ковыми емкостями, а также емкостью .коллекторного перехода закрытого I транзистора 6, Высокочастотные коле- i бания напряжений на обмотке 17 I (фиг.2;1) не могут привести к вклю ь чению силового транзистора 6, так как открыт шунтирующий транзистор 7 напряжением, поступающим с выхода триггера 9 (фиг. 25). При этом преобразователь напряжения находится в режиме ожидания. При поступлении следующего синхронизирукщего импульса все процессы в преобразователе напряжения повторяются.

Стабилитрон 11 ограничивает выбросы напряжения на входе S триггера 9. Если вход S используемого триггера не боится повышенных входных напряжений, то стабилитрон 11 может быть исключен из схемы или заменен диодом. Резисторы 14 и 8 ограничивают выходные токи элемента 15 задержки и триггера 9, Если выходные сопротивления триггера 9 и элемента 15 задержки имет соответствующие значения, то сопротивления резисторов 14 и 8 может быть равно нулю. При выборе триггера 9 с соответствующими характеристиками и определенном напряжении питания резистор 10 может быть исключен из схемы, а сопротивление резистора RS-цепи 12 может быть равно нулю.

Время задерлп и элементом 15 за- жержки устанавливается равным или больше времени;сзадержки распространения импульса в триггер 9 и времени запирания транзистора 7. Если время задержки импульса синхронизации.элементом 15 задержки будет меньше, ток моменту прихода переднего фронта запускающего импульса с выхода элемента 15 задержки на базу транзистора 6 шунтирующий транзистор 7 еще будет открыт и будет шунтировать базо-эмиттерный переход транзистора

все в большей степени станет шунтировать переход база - эмиттер транзистора 6. В результате к моменту

g запирания шунтирующего транзистора 7 ток, протекающий через резистор 13 и переход база - эмиттер транзистора 6, становится недостаточным для его отпирания и запуска преобра10 зователя.

При коротком замыкании в нагрузке затягивается время передачи энергии из трансформатора 1 через обмотку 2 и АНОД 3 в цепь нагрузки. В резуль15 тате этого при поступлении некоторых синхронизирующих импульсов диод 3 находится еще в открытом состоянии, индуктивность обмотки 17 в эти моменты времени резко уменьшается и она

20 настолько шунтирует переход база - эмиттер транзистора 6, что запуск преобразователя не происходит. Только после запирания диода 3 происходит запуск преобразователя. При этом

25 не происходит увеличение импульсного коллекторного тока транзистора 6. В случае короткого замыкания в обмотках трансформатора 1 преобразователь вообще не запускается. Это

30 происходит потому, что при этом резко падает индуктивность обмотки 7 и усиливается ее шунтирукхцее действие базо-эмиттерного перехода транзистора 6. Это свойство преобра35 зователя повышает его надежность.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь пос- 40 тоянного напряжения, содержащий

трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямительный диод с выходными выводами, шунтированными конденсатором, а первич- 45 ная обмотка включена между первым выводом.и коллектором силового транзистора, эмиттер которого присоедине к второму входному выводу, - - к коллектору шунтирующего транзисто- 50 Р эмиттер KOTOpqro подключен к

вт орому входному выводу, а база соединена через первый резистор с выходом RS-триггера, R-вход которого присоединен к выходу генератора

6. Запуск преобразователя не произой- gg синхроимпульсов, последовательная . дет, потому что с течением времени RC-цепь, второй и третий резисторы,

действия импульса с выхода элементаотличающийся тем, что,

15 задержки будет нарастать ток Е:с целью повьш1ения надежности путем

обмотке 17 обратной связи, котораяустранения перегрузки силового транвсе в большей степени станет шунтировать переход база - эмиттер транзистора 6. В результате к моменту

запирания шунтирующего транзистора 7 ток, протекающий через резистор 13 и переход база - эмиттер транзистора 6, становится недостаточным для его отпирания и запуска преобразователя.

При коротком замыкании в нагрузке затягивается время передачи энергии из трансформатора 1 через обмотку 2 и АНОД 3 в цепь нагрузки. В результате этого при поступлении некоторых синхронизирующих импульсов диод 3 находится еще в открытом состоянии, индуктивность обмотки 17 в эти моменты времени резко уменьшается и она

настолько шунтирует переход база - эмиттер транзистора 6, что запуск преобразователя не происходит. Только после запирания диода 3 происходит запуск преобразователя. При этом

не происходит увеличение импульсного коллекторного тока транзистора 6. В случае короткого замыкания в обмотках трансформатора 1 преобразователь вообще не запускается. Это

происходит потому, что при этом резко падает индуктивность обмотки 7 и усиливается ее шунтирукхцее действие базо-эмиттерного перехода транзистора 6. Это свойство преобразователя повышает его надежность.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь пос- тоянного напряжения, содержащий

трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямительный диод с выходными выводами, шунтированными конденсатором, а первич- ная обмотка включена между первым выводом.и коллектором силового транзистора, эмиттер которого присоединен к второму входному выводу, - - к коллектору шунтирующего транзисто- Р эмиттер KOTOpqro подключен к

вт орому входному выводу, а база соединена через первый резистор с выходом RS-триггера, R-вход которого присоединен к выходу генератора

зистора по току при запуске на корот- козамкнутую нагрузку, введен элемент . задержки, стабилитрон, оомотка.обратной связи и четвертый резистор, включенный между к 1ходом элемента задержки и первым выводом обмотки обратной связи, второй вывод которой присоединен к второму входному выводу, при

этом вход элемента задержки присоединен к R-входу RS-триггера, S-вход которого, шунтированньй вторым резистором и стабилитроном, соединен через КС-цепь с коллектором силового транзистора, база которого соеди- нена через третий резистор с- первым выводом обмотки обратной связи.

Изобретение относится к злек- тротехиике и может быть использовано в источниках вторичного -злектропита- ния систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Цель - повышение надежности путем устранения перегрузки силового транзистора по току при запуске на короткозамкнутую нагрузку. Устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена через диод 3 с выходными выводами, шунтированными кенденсатором 4, Первичная обомотка трансформатора 1 включена последовательно с силовым транзистором 6 между входными выводами. При поступлении импульса с генератора 16 синхроимпульсов RS-триггер 9 приходит в нулевое состояние и запирает шунтирующий транзистор 7. Одновременно синхроимпульс через элемент задержки 15 и резисторы 13, 14 поступает.на базу силового транзистора 6 и отпира- ет его. Обмотка обратной связи 17 поддерживает силовой транзистор 6 в f открытом состоянии с момента насьще- ния сердечника трансформатора 1, после чего происходит запирание силового транзистора 6 и начинается процесс передачи энергии, накопленной

О

0

1

Составитель В.Ежов Редактор 0.Спесивых Техред А. Кравчук Корректор Л.Зайцева

Заказ 733/54

Тираж 645

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

п

п

t t

л/

ZZt

)л

Фи2.2

Подписное