Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к злектротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Известен стабилизированный источник питания, содержащий транзисторный ключ, многообмоточный дроссель, датчик тока, выпрямитель, пороговый элемент и цепь стабилизации напряжения. Это устройство имеет невысокую надежность при повышенных питающих напряжениях из-за чрезмерно высокого напряжения на транзисторном ключе. Кроме того, из-за больших динамических потерь мощности в пассивно запираемом транзисторном ключе устройство имеет невысокий КПД.

Известен также транзисторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный ключ, многообмоточный дроссель, выпрямитель, трансформатор и узел обратной связи. Это устройство wAeej относительно большие пульсации выходного напряжения, обусловленные тем, что оно работает в режимах возбуждения и срыва колебаний. Кроме того, отсутствие в схеме преобразователя цепи контроля и ограничения тока, протекающего через транзисторный ключ, а также его пассивное запирание на начальной стадии процесса выключения, предопределяют невысокие КПД и надежности устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N транзисторов, многообмоточный дроссель, выпрямительный диод, конденсатор, трансформатор, резистор, узел обратной связи, резистивный датчик тока, пороговый элемент и источник постоянного напряжения. Основной недостаток такого преобразователя связан с высоким уровнем пульсаций выходного напряжения, так как устройство работает; и режимах возбуждения и срыва колебаний. Кроме того,релейный принцип работы преобразователя приводит к неравномерности нагрузки элементов, в частности транзисторов, во время его работы. Это, в свою очередь, является причиной снижения КПД и надежности устройства.

Цель изобретения - уменьшение пульсаций выходного напряжения, повышение КПД и надежности за счет равномерной нагрузки элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N транзисто; ров, соединенных последовательно с первичной обмоткой дросселя, подключенной через упомянутые транзисторы к входным выводам преобразовггвлд, выпрямительный диод, через который зторичная обмотка дросселя соединена с выходными выводами преобразователя, шунтированного конденсатором, трансформатор, первичная обмотка которого соединена через резистор с управляющей обмоткой дросселя, а каждая из N вторичных обмоток подключена ко входу соответствующего транзистора, резистивный датчик тока, включенный последовательно в цепь первичной обмотки дросселя и шунтированный входом управляющего транзистора, который подключен между источником постоянного напряжения и управляющей обмоткой трансформатора, введены дополнительная обмотка дросселя, подключенная ко входу дополнительного выпрямителя, стабилитрон и дополнительный диод, причем выход дополнительного выпрямителя через стабилитрон подключен параллельно дополнительному диоду, который включен последовательно в цепь базы управляющего транзистора.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы.

Преобразователь содержит транзисторы 1 и 2, диоды 3 и 4, резистивный датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первичная обмотка 7 которого включена послёдо5 вательно с транзисторами 1, 2 и датчиком 5, а также трансформатор 8, первичная обмотка 9 которого через резистор 10 соединена ,с управляющей обмоткой 11 дросселя 6, а вторичные обмотки 12 и 13 подключены ко

0 входам транзисторов 1 и 2. Вторичная обмотка 14 дросселя б через выпрямитель 15 соединена с нагрузкой 16. В состав устройства входит также управляющий транзистор 17, управляющая обмотка 18 трансформатора 8и источник 19 постоянного напряжения, в качестве которого использован выпрямитель 20 с подключенной к его входу обмоткой 21 дросселя 6. Кроме того, устройство содержит дополнительную обмотку 22 дросселя 6, подключенную ко входу дополнительного выпрямителя 23, стабилитрон 24 и дополнительный диод 25, причем выход дополнительного выпрямителя 23 через стабилитрон 24 подключен параллельно

5 дополнительному диоду 25, который включен последовательно в цепь базы управляющего транзистора 17.

Преобразователь работает следующим образом.

0 Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи, осуществляемой по цепи транзисторы 1, 2 - обмотки 7, 11 дросселя 6 - резистор 10 - обмотки 9,12,13 трансформатора 8 - транзисторы 1, 2, уст5 ройство работает в режиме автогенератора.

В момент to |озбуждения колебаний транзисторы 1 и 2 открываются (см. фиг. 2) и через обмотку 7 дросселя 6 и датчик 5

0 начинает протекать линейно нарастающий ток, увеличивая напряжение Us на датчике 5. В момент ti, когда напряжение Us достигает заданного уровня Us, напряжение Ui7, приложенное ко входу управляющего транзистора 17, превышает величину Ui7, необходимую для отпирания транзистора 17. В результате этого транзистор 17 замыкает свою выходную цепь и на обмотке 18 трансформатора 8 напряжение изменяет полярность, становясь равным по величине напряжения источника 19. Аналогичным образом изменяется напряжение на обмотках 12,13 трансформатора 8 и на входы транзисторов 1 и 2 поступает запирающее напряжение. Активное запирание транзисторов 1 и 2 осуществляется на всех стадиях процесса их выключения. После запирания транзисторов 1 и 2 дроссель 6 начинает отдавать накопленную энергию в цепь нагрузки 16,

увеличивая напряжение Uie на нагрузке 16

и напряжение Uas на выходе выпрямителя 23.

В момент t2 дроссель 6 полностью отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 16 и под действием положительной обратной связи снова изменяется полярность напряжения на обмотках дросселя 6 (см. фиг. 2 зависимость U7(t7) и трансформатора 8. Это приводит к открыванию транзисторов 1 и 2 и процесс повторяется.

Далее преобразователь работает аналогичным образом до тех пор, пока напряжение U23 на выходе дополнительного выпрямителя 23 не достигает в момент тз значения U24, равного по величине напряжению стабилизации стабилитрона 24, после чего начинается рост напряжения U25 на дополнительном диоде 25 (см. фиг. 2 - пунктирная линия на зависимости Un (t).

Напряжение Ui7, прикладываемое ко входу управляющего транзистора 17, при этом определяется соотношением Ui Us + +U25, из которого следует, что увеличение напряжения U25 автоматически приводит к уменьшению величины напряжения Us, необходимой для отпирания транзистора 17. Поэтому в момент t4, когда после очередного этапа отдачи энергии дросселем 6 в нагрузку 16 снова изменяется полярность напряжения на обмотках дросселя 6 и трансформатора 8 и открываются транзисторы 1 и 2, ток через обмотку 7 дросселя 6 и датчик 5 нарастает до меньшей величины, причем эта величина тем меньше, чем больше напряжение U2S.

В момент ts транзисторы 1 и 2 снова закрываются и дроссель 6 отдает меньшую, чем ранее, величину запасенной энергии в цепь нагрузки 16. В результате этого рабочая частота Ьреобразователя увеличивается, а рост напряжения Uie на нагрузке 16 прекращается.

Далее преобразователь работает в автогенераторном режиме аналогично тому, как это было показано выше, осуществляя стабилизацию напряжения Ui6 на нагрузке 16 на заданном уровне ивых.

Таким образом, в предлагаемом устройстве отсутствует релейный режим работы.

основанный на возбуждении и срыве колебаний преобразователя. Предлагаемое устройство работает только в режиме автогенератора, повышая частоту преобразования при стабилизации выходного напряжения на заданном, уровне. При этом устройство имеет меньшие пульсации выходного напряжения по сравнению с пульсациями, характерными для релейного

режима работы. Кроме того, устранение релейного режима работы способствует повышению равномерности нагрузки элементов схемы устройства во время его работы, что, в свою очередь, приводит к повышению

КПД и надежности преобразователя.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N последовательно соединенных транзисторов, через которые первичная обмотка дросселя подключена к входным выводам преобразователя, выпрямительный диод, через который вторичная обмотка дросселя соединена с выходными выводами преобразователя, шунтированными конденсатором, трансформатор, первичная обмотка которого через резистор соединена с управляющей

обмоткой дросселя, а каждая из N вторичных обмоток подключена ко входу соответствующего транзистора, резистивный датчик тока, включенный последователь но в цепь первичной обмотки дросселя и шунтированный входом управляющего транзистора, который включен межДу источником постоянного напряжения и управляющей обмоткой трансформатора, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения пульсаций

выходного напряжения, повышения КПД и надежности за счет равномерной нагрузки элементов, введены дополнительная обмотка дросселя, подключенная ко входу дополнительного выпрямителя, стабилитрон и

дополнительный диод, причем выход дополнительного выпрямителя через стабилитрон подключен параллельно дополнительному диоду, который включен последовательно в цепь базы управляющего транзистора.

ф1/-г.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - уменьшение пульсаций выходного напряжения, повышение КПД и надежности засчет равномерной нагрузки элементов. Преобразователь выполнен по однотактной самовозбуждающейся схеме с трансформатором 8 в цепи положительной обратной связи. Вторичная обмотка 12 трансформатора 8 подключена к транзистору 1. Первичная обмотка 7 дросселя 6 подключена к входным выводам преобразователя. Для стабилизации выходного напряжения в силовую цепь последовательно включен рези- стивный датчик тока 5, падение напряжение на котором суммируется с напряжениеги на выходе дополнительного выпрямителя 23 и сравнивается с опорным напряжением стабилитрона 24. Разностное напряжение приложено к входу управляющего транзистора 17, который при отпирании, воздействуя через трансформатор 8, запирает транзисторы 1, 2, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения. 2 ил.слс

,:2Г