Стабилизированный преобразователь напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

И

с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания радиоэлектронной аппаратуры, измерительной и вычислительной техники. Цель изобретения повышение качества стабилизации и надеж ности путем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышение КПД за счет оптимизации работы ключа. Введение регулятора порога защиты от перегрузки на переменном резисторе 13, второго транзистора 12 узла обратной связи, датчика тока 6, ограничительного резистора 15 обеспечивает достижение цели. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается за счет преобразования разноггноги напря жения между базами транзисторов 11 и 12, а также глубиной положительной обратной связи по току узла обратной связи по сигналу с датчика тока 6 и через выходной делитель на резисторах 7, 8. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания радиоэлектронной аппаратуры, измерительной и вычислительной техники.

Цель изобретения - повышение качества стабилизации и надежности путем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышение КПД за счет оптимизации работы ключа.

На фиг. 1 приведена схема стабилизированного преобразователя напряжения; на фиг,2 приведены выходные характеристики преобразователя.

Стабилизированный преобразователь напряжения содержит блокинг-генератор 1, включающий в себя ключевой транзистор 2 и трансформатор 3, одна из выходных обмоток которого через выпрямитель 4 и фильтр 5 подключена к выходной клемме и общей

шине. Регулируемый датчик тока 6 схемы сравнения подключен одним выводом к выходной клемме, а другим к выходному рези- стивному делителю напряжения, выполненнему на резисторах 7 и 8, один из которых переменный для регулировки выходного напряжения.

Делитель выходного напряжения подключен между датчиком 6 тока узла обратной связи и общей шиной. Стабилитрон 9 одним выводом подключен к общей шине, а другим через резистор 10 к входной клемме, точка соединения стабилитрона 9 с резистором 10 соединена с базой первого транзистора 11 узла сравнения, коллектор- транзистора 11 подключен к точке соединения датчика 6 тока и делителя на резисторах 7 и 8. а эмиттер соединен с эмиттером второго транзистора 12 узла обратной связи, база которого соединена с точкой соединео ел о о

ния резисторов 7 и 8 делителя выходного напряжения, а коллектор через переменный резистор 13 регулятора порога защиты соединен с точкой соединения конденсатора 14 и базовой обмотки трансформатора 3.

Обкладка конденсатора 14 подключена к общей шине. Между общей шиной и эмиттером ключевого транзистора 2 включен ограничительный резистор 15, а между базой транзистора 2 и другим выводом базовой обмотки включен резистор 16.

Стабилизированный преобразователь напряжения работает следующим образом. При включении входного напряжения через резистор 10 начинает протекать ток, который разветвляется на стабилитрон 9 и в базу транзистора 11. С базы первого транзистора 11 ток разветвляется через переход база - коллектор и датчик б тока на выходную клемму, через резисторы 7 и 8 на общую шину, а через переход база - эмиттер в эмиттер второго транзистора 12. С эмиттера транзистора 12 ток разветвляется в базу и далее через резисторы б, 7, 8 на выходную клемму и общую шину, а также в коллектор, с которого через переменный резистор 13 на конденсатор 14.

Пока выходное напряжение отсутствует, цепи, связанные с базой первого транзистора 11, шунтируют стабилитрон 9, который из-за этого не может выйти на режим стабилизации напряжения.

Ток, поступающий на конденсатор 14, заряжает его до напряжения смещения базового перехода ключевого транзистора 2, после чего через базовую обмотку трансформатора блокинг-генератора, резистор 16, переход база - эмиттер транзистора 2 и ограничительный резистор 15 начинает протекать ток, и транзистор 2 открывается. Развивается блокин-процесс, транзистор 2 входит в режим насыщения Напряжение, приложенное к переходу база - эмиттер транзистора 2, представляет разность между напряжением базовой обмотки трансформатора блокин-генератора и суммы падений напряжений на резисторах 15, 16 и заряжающейся емкости конденсатора 14 под действием напряжения базовой обмотки. Ток с резистора 13 значительно меньше тока, обеспечиваемого базовой обмоткой, и его влиянием в этот момент можно пренебречь.

Ток через коллектор-эмиттер транзистора 2 из-за индуктивного сопротивления трансформатора 3 нарастает по пилообразному закону, такого же вида и напряжение на резисторе 15. В результате напряжение, прикладываемое к переходу база - эмиттер, уменьшается, что уменьшает и ток базы.

Идущие одновременно два процесса - увеличение тока коллектора и уменьшение тока базы продолжаются до того момента, пока транзистор 2 не начнет выходить из режима насыщения в активный режим

Прекращение роста тока коллектора вызовет в трансформаторе ЭДС самоиндукции, в результате полярность напряжения на обмотке меняется, развивается блокинг- 0 процесс, переводящий транзистор 2 в режим отсечки. Изменение полярности напряжения на выходной обмотке приводит к открыванию диода 4, и запасенная в трансформаторе энергия передается в на- 5 грузку и конденсатор 5. После окончания отдачи энергии транзистор 2 находится в отсечке за счет напряжения запирающей полярности с конденсатора 14 до тех пор, пока не произойдет перезаряд конденсато- 0 ра 14 частью тока с резистора 10, как описано выше, после чего процессы повторяются. От цикла к циклу напряжение на конденсаторе 5 начинает повышаться. Приложенное к коллектору транзистора 11 через 5 датчик 6 тока узла обратной связи напряже- ни вызывает ток через коллектор-эмиттер этого транзистора, прекращая протекание тока через базу-коллектор транзистора, шунтирование стабилитрона 9 уменьшается 0 и последний выходит на режим стабилизации Увеличение напряжения на выходной клемме приводит к увеличению тока по цепи: датчик 6 тока, коллектор-эмиттер транзистора 11, эмиттер-коллектор транзистора 5 12, резистор 13 на конденсатор 14. Это вызывает ускорение перезаряда конденсатора 14 и уменьшение времени нахождения транзистора в отсечке, что увеличивает частоту импульсов и мощность, отдаваемую в 0 нагрузку.

Ограничение скорости перезаряда конденсатора 14 резистором 13 обеспечивает плавный выход на режим стабилизации. Дальнейшее увеличение напряжения на вы- 5 ходе увеличивает и напряжение с выходного делителя на резисторах 7 и 8 на базе транзистора 12, и когда оно достигает разности напряжений между напряжением на стабилитроне 9 и напряжением смещения пе- 0 реходов база - эмиттер транзисторов 11 и 12, последние начинают прикрываться, выходят из насыщения в активный режим. Преобразователь переходит из пускового режима в режим стабилизации. Дальней- 5 шее увеличение напряжения на выходе приводит к закрытию транзисторов, уменьшению скорости перезаряда конденсатора 14, снижению частоты и отдаваемой мощности, что приводит к компенсации увеличения напряжения.

При увеличении тока через нагрузку свыше значения (см. фиг.2) увеличение скорости перезаряда конденсатора 14 для компенсации уменьшения выходного напряжения не может произойти из-за огра- ничения тока перезаряда резистором 13. Это вызовет снижение выходного напряжения, что повлечет дальнейшее снижение тока перезаряда. Процесс развивается лавинообразно (см. фиг.2, пунктио), и пре- образователь переходит из режима стабилизации в режим, аналогичный пусковом /. Потребляемая и отдаваемая преобразователем мощность резко уменьшается, и такой режим может продолжаться сколь угодно долго, не вызывая выхода из строя элементов преобразователя и нагрузки. При уменьшении нагрузки преобразователь рновь выйдет на режим стабилизации.

Ограничение броска базового тока транзистора 2 для повышения надежности, достигается резистором 16. оптимизация скорости спада базового то ка транзистора 2 для уменьшения коммутационных потерь на коллекторе транзистора 2 и повышение КПД достигается варьированием номинала резистора 15.

Изменение выходного напряжения достигается переменным резистором 8, изменение порога защиты достигается переменным резистором 13. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается узлом обратной связи на транзисторах 11 и 12 за счет преобразования разносг.ого напряжения между базами транзисторов 11 и 12 в выходной ток с коллектора транзистора 12.

Крутизна преобразования определяется усилительными параметрами транзисторов 11 и 12, а также глубиной положительной обратной связи по току узла обратной связи, сигнал которой снимается с регулируемого датчика 6 тока и через выходной делитель на резисторах 6, 7 и 8 подается в базу транзистора 12.

Изменением сопротивления датчика 6 тока достигается регулировка коэффициента стабилизации (кривые А и Б на фиг.2). Подключение опорного стабилитрона 9 и выходного резистивного делителя на рези- сторах 7 и 8 к базам транзисторов 11 и 12 благодаря высокому входному сопротивлению транзисторов минимизирует влияние

узла обратной связи на опорный стабилитрон 9 и делитель выходного напряжения в режиме стабилизации.

Таким образом, устройство обеспечивает регулировку порога защиты от перегрузки, минимизацию коммутационных потерь на ключевом транзисторе, защиты перехода база - эмиттер ключевого транзистора от опасных бросков тока, минимальное влияния узла обратной связи на делитель выходного напряжения, положительную обратную связь по току и эз счет этого более высокий коэффициент стабилизации, КПД, надежность и удобство эксплуатации.

Формула изобретения Стабилизированный преобразоратель напряжения, содержащий блокинг-генера- тор на ключевом транзисторе и трэнсформя- iOpe с силовой обмоткой и базовой обмоткой, соединенной с общей шиной че- рг 1 конденсатор, и выходной обмоткой, которая через выпрямитель подключена к зыходной клемме и общей шино. /зел обратной связи, выполненный н выходном ре- зистивном , стабилитроне и первом транзисторе, база которого подключена к входному делителю я -иловчя цепь - между входом выходного делители и базовой цепью ключевого тран зисторг. о т л ,-- чающийся тем, что, с целью повышения качества стабилизации и надежное: и путем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышения КПД за счет стабилизации работы ключа, в него введены датчик тока, второй транзистор с обратной проводимостью относительно первого транзистора, регулятора порога защиты на переменном резисторе, резистор ограничения, подключенный в цепь эмиттера ключевого транзистора, база второго транзистора соединена с выходом выходного резигтивного делителя, а силовая цепь включена последовательно с силовой цепью первого транзистора и через переменный резистор подключена ко второму выводу конденсатора, входной делитель выполнен на последо- вательно соединенных резисторе и стабилитроне, который одним выводом подключен к общей шине, а вторым выводом к базе первого транзистора, датчик тока подключен между выходной клеммой и входом выходного резистивного делителя.

Фм.г

Jmffx 3