Однотактный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема однотактно- го стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 - эпюры напряжений в характерных точках устройства,

Однотактный стабилизатор постоянного напряжения состоит из силового транзистора 1, в коллекторную

цепь которого включена первичная обмотка выходного трансформатора 2, а в цепь эмиттера - первый датчик 3 тока, вторичная обмотка включена через выпрямитель на диодах 4 и 5 ta LC-фильтр на дросселе 6 и конденсаторе 7 к шинам 8 и 9 нагрузки, база силового транзистора 1 соединена с общей шиной через вторичную обмотку трансформатора 10 управления и параллельно через резистор 11 утечки, первого 12 и второго 13 транзисторов управления, у которых коллекторы соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора 10

О 01

4sfe

ео

ESOOt i

управления, а средний вывод через резистор 14 соединен с выводом для подключения источника вспомогательного питания, эмиттеры первого 12 и второго 13 транзисторов управления соединены с общей шиной, диода 1, который катодом через дополнитель- яый транзистор 16 и второй датчик 17 тока соединен с общей шиной, а анодом - с коллектором силового транзистора 1( блока 18 управления, построенного по принципу ШИМ-регулиро- ванчя, вход которого соединен с выходным выводом 8, первый выход (выход а) блока 18 управления соединен с базой транзистора 12 управления, а второй выход (выход Ь) соединен с S-входом RS-триггера 19, R-вход триггера 19 соединен с выходом датчика 1 тока, элемента И 20, у которого первый вход соединен с выходом триггера 19 и базой транзистора 13 управления, второй вход соединен с выходом датчика 3 тока, выход элемента И 20 соединен с базой дополнительного транзистора 16,

Устройство работает следующим образом.

Силовой транзистор 1 периодически включается и коммутирует постоянное напряжение источника питания Еп на первичную обмотку выходного трансформатора 2. Импульсы напряжения, возникающие на вторичной обмотке и модулированные по длительности, -через выпрямитель на диодах 4 и 5 и LC- фильтр 6, 7 поступают на выход устройства.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью цепи обратной связи, в которую входят блок 18 управления, транзисторы 12 и 13 управления и трансформатор 10 управления , Блок 18 управления преобразует выходное напряжение устройства в последовательности импулнсов, которые модулированы по ширине ширЪтно- импульсным модулятором, входящим в состав блока 18 управления. Управление длительностью выключенного состония силового транзистора 1 осущест-. вляется с помощью транзистора 12 управления, на вход которого поступа- ет последовательность импульсов (фиг. 2а)- с первого выхода блока 18 управления. Формирование длительност включающего импульса управления осуществляется с помощью транзистора 13

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Переключение тока в цепи базы силового транзистора 1 происходит в три этапа.

На первом этапе транзистор 12 управления открыт сигналом широтно-им- пульсного модулятора блока 18, а транзистор 13 управления закрыт сигналом RS-триггера 19. В этом случае в первичной обмотке протекает ток источника вспомогательного напряжения Е„ через резистор 14. Этот ток трансформируется во вторичную обмотку трансформатора 10 управления и вызывает запирающее напряжение на базе силового транзистора 1. Величина этого напряжения определяется резистором 11. Включение силового транзистора 1 происходит в моменты времени, когда с выхода b блока 18 управления на S-вход RS-триггера 19 поступает импульс напряжения положительной полярности (фиг. 26). В результате этого скачка напряжения на выходе RS-триггера 19 (фиг. 2в) возникает импульс положительной полярности, который обеспечивает включение транзистора. 13 управления. Транзистор 12 управления включается импульсами с выхода а блока 18 управления. Изменение состояний транзисторов 12 и 13 управления вызывает в обмотке трансформатора 10 изменение полярности напряжения. В результате такого переключения напряжения силовой транзистор 1 переходит из выключенного состояния в режим глубокого насыщения и в первичной обмотке выходного трансформатора 2 возникает импульс напряжения, который определяется величиной напряжения источника питания Еп.

Такое состояние в схеме длится до тех пор, пока на выходе с| блока 18 управления возникает перепад напряжения положительной полярности (фиг. 2а), который вызывает включение транзистора 12 управления. Так как транзистор 13 управления при этом удерживается во включенном состоянии импульсом управления (фиг,2в) с выхода RS-триггера 19, то в обмотке трансформатора 10 напряжение отсутствует.

Состояние схемы, при котором о&а транзистора 12 и 13 управления открыты,1 характеризует второй этап работы устройства. На этом этапе

за счет отсутствия напряжения на переходе база - эмиттер силового транзистора 1 происходит рассасывание неосновных носителей и разряда емкости перехода через резистор 11, что приводит к выравниванию потенциала вдоль поверхности базы. После выхода силового транзистора 1 из режима глубокого насыщения напряжения на его переходе коллектор эмиттер начинает возрастать и схема переходит в состояние третьего этапа работы.

До перехода схемы в состояние третьего этапа транзистор 16 по цепи база - эмиттер находится в состоянии Включено, так как положительный перепад напряжения с выхода RS- тркггера 19 и сигнал с выхода датчика 3 тока обусловливает наличие положительного напряжения на выходе элемента И 20. Увеличение напряжения на коллекторе силового транзистора 1 до величины, превышающей прямое падение напряжения на диоде 15 и переходе коллектор - эмиттер транзистора 16, вызывает прохождение по ним тока. Этот ток, протекая по входной цепи датчика 17 тока, вызывает на его выходе появление импульсного напряжения (фиг. 2г), которое воздействует на R-ЕХОД RS-триггера 19, В результате такого воздействия триггер переходит в нупевое состояние и силовой транзистор 1 и транзистор 16 запираются.

После запирания силового транзистора 1 схема находится в состоянии третьего этапа работы, который является исходным для повторения режима переключения. На этом этапе за счет включенного состояния транзистора 12 управления к базе силового транзистора 1 приложено запирающее напряжение через трансформатор 10. Форма напряжения на вторичной обмотке трансформатора 10 приведена на фиг.2д.

Повышение надежности работы устройства обеспечивается за счет устранения локальной динамической пере- грузки кристалла силового транзистора.

Ступенчатое запирание силового транзистора вызвано необходимостью рассасывания леосновных носителей заряда без подачи форсирующего импульса запирания. На этапе запира

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ния в момент окончания рассасывания зарядов начинает активно работать вся рабочая плоскость кристалла, что не вызывает градиента потенциала.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в увеличении коммутируемого постоянного напряжения при максимальных токах с уровня граничного, указываемого в технических условиях, до максимального, которое обычно превышает граничное почти в 2 раза. При этом повышается надежность работы силового транзистора не менее чем в 2 раза.

Таким образом, в предложенном техническом решении коммутация максимальных рабочих токов возможна при максимальных уровнях напряжений. Обеспечение высоких технико-экономических характеристик обусловлено тем, что форсированное запирание силового транзистора обеспечивается после выравнивания потенциала поверхности базы, т.е. запирание обеспечивается при нулевом градиенте потенциала. Формула изобретения

Однотактный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные между входным выводом и общей шиной первичную об - мотку выходного трансформатора, силовой транзистор и первый датчик тока, вторичная обмотка выходного трансформатора через выпрямитель с фильтром соединена с выходным выводом, первый и второй транзисторы управления, коллекторы которых соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора управления, выполненной со средним выводом, вторичная обмотка трансформатора управления одним из выводов соединена с базой силового транзнстора5 эмиттеры трак- зисторов управления соединены с 067 щей шиной, блок управления, построенный по принципу широтно-импульсного регулирования, вход которого соединен с выходным выводом, первый выход - с базой первого транзистора управления, первый резистор, один из выводов которого соединен с выводом для подключения источника вспомога- тельного напряжения, и диод, отличающийся тем, что, с s целью повышения надежности работы, в него введены элемент И, второй датчик тока, RS-триггер, дополнительный транзистор и второй резистор, при этом коллектор силового транзистора через диод, дополнительный транзистор и второй датчик тока соединен с общей шиной, первый вход элемента И соединен с выходом первого датчика тока, выход элемента И соединен с базой дополнительного транзистора, второй выход блока управления соединен с S-входом RS-триггера, R-вход

которого соединен с выходом второго датчика тока, а выход - с базой второго тр анзистора управления и вторым входом элемента И, второй вывод вторичной обмотки трансформатора управления соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора управления, а второй резистор включен между базой силового транзистора и общей шиной.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ. Цель изобретения - повышение надежности работы. В цепь ,управления силовым транзистором 1 преобразователя напряжения вводится нелинейная обратная связь между выходом силового транзистора 1 и его базой в виде последовательной цепи из диода 15, дополнительного транзистора 16 и датчика 17 тока. При этом вход дополнительного транзистора 16 через двухвходовой элемент И 20 соединен с выходом датчика тока 3 в цепи силового транзистора 1 и с его входом, который соединен с выходом RS-триггера 19, а входы RS- триггера 19 соединены с выходом блока 18 управления и выходом датчика 17 тока. Такое включение элементов обеспечивает наиболее оптимальный режим переключения силового транзистора 1. Использование изобретения в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом позволяет повысить надежность работы за счет увеличения коммутируемых напряжений от уровня граничных до уровня максимальных. 2 ил. ё

Выход