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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно для питания радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, в частности переносных телевизоров, где требуется гальва- ническая развязка выходного и питающего напряжений.

Известен однотактный преобразова- тель постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовой транзистор, силовой трансформатор, выпрямитель, регулирующий транзистор и диод. Однако не обеспечивается ограничение напряжения на коллекторе силового транзистора, что приводит к снижению надежности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее сило- вой транзистор, силовой трансформатор выпрямитель, регулирующий транзистор, диод и элемент сравнения. При этом эмиттер силового транзистора связан с первым входным выводом, база под- ключена к выходу управления, а коллектор соединен с вторым входным выводом через первичную обмотку силового трансформатора. Его вторичная обмотка соединена через выпрямитель с выходными выводами. Вход управле- ния регулирующего транзистора связан с выходом элемента сравнения, имеющего первый входной и общий выводы.

В этом устройстве могут возникать перенапряжения на коллекторе силового транзистора при переходных режимах .(например, при полном сбросе нагрузки), что приводит к снижениию надеж- ности. .

Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения напряжения на коллекторе силового транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного, напряжения в постоянное, содержащий силовой транзистор, эмиттер которого присоединен к первому . входному выводу, база подключена к выходу управления, а коллектор соединен с вторым входным выводом через первичную обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель с выход- . ными выводами, последовательную цепь из диода и регулирующего транзистора, вход управления которого связан с

.

JQ . J5 ..

20 , 25 30 / 35

40

45

5055

выходом элемента сравнения, имеющего первый входной и общий выводы, введены конденсатор и дроссель, а элемент сравнения снабжен вторым входным выводом, присоединенным к второму входному выводу, соединенному через последовательную цепь из дросселя и конденсатора с первым входным выводом, подключенным к общему выводу элемента сравнения, первый вход-, ной вывод которого подключен к коллектору силового транзистора, соединенному через последовательную цепь из диода и регулирующего транзистора с точкой соединения дросселя-и конденсатора.

Элемент сравнения содержит первый :и второй резистивные делители напряжения, включенные соответственно, между первым и вторым входными выводами и общим выводом. Выход первого резис- тивного делителя напряжения присоединен к неинвертирующему входу компаратора, выходной вывод которого подключен к выходному выводу элемента сравнения. Инвертирующий вход компаратора подключен к выходу второго ре- зистивного:делителя напряжения и через резистор - к источнику опорного напряжения. ;

I Связь элемента сравнения с входом .... управлениярегулирующего транзистора осуществлена через трансформатор.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя|. на фиг, 2.- временные диаграммы напряжений.

Предлагаемый однотактный. преобра- . зователь постоянного напряжения в .постоянное (фиг.1) содержит силовой транзистор 1, силовой трансформатор 2 с первичной 3 и вторичной Ц обмотками, выпрямитель 5, последовательную цепь из диода 6 и регулирующего транзистора 7 и элемента 8 сравнения.

В преобразователь введены конденсатор 9 и дроссель 10.

При этом эмиттер транзистора 1 соединен с первым входным выводом 11, база подключена к выходу управления Едпр а коллектор соединен с вторым входным выводом 12 через первичную обмотку 3 трансформатора 2. Его вторичная обмотка k соединена через выпрямитель 5 с выходными выводами. Вход управления регулирующего транзистора 7 связан с выходом 13 элемента 8 сравнения, имеющего первый входной И и общий 15 выводы.

Элемент 8 сравнения снабжен вторым входным выводом 16, присоединен- ным к второму входному выводу 12. Он через дроссель 10 и конденсатор 9 соединен с первым входным выводом .11, подключенным к общему выводу 15 элемента 8 сравнения. Его первый вход- ной вывод подключен к,коллектору силового транзистора 1. Последний подключен через диод 6.и регулирующий транзистор 7 с точкой соединения дросселя 10 и конденсатора 9.

Элемент 8 сравнения содержит первый 17 и .второй 1.8 резистивные делители напряжения, включенные между первым k и вторым 16 входными выводами и общим выводом 15. Выход делителя 17 присоединен к неинвертирующему входу компаратора 19, выходной вывод.которого подключен к выходному выводу 13 элемента 8 сравнения. Инвертирующий вход компаратора 19 подключен к выходу второго делителя 18 и через резистор 20 - к источнику 21 опорного напряжения.

Связь элемента 8 сравнения с входом управления регулирующего транзис тора 7 осуществлена через трансфер- матор;22.

Напряжение содержит, таким обПредлагаемый преобразователь (фиг.1) работает следующим образом. информацию.о. величинах напряВ момент Т, поступления управляю- „ ении питания опорного Е2 . Под- щего импульса Е,пр на базу транзис- бор величины коэффициента передачи К тора 1 он насыщается и через него и обмотку 3 трансформатора 2 начинается протекание тока I пилообразной формы от шины 12 (фиг.2а,б). Диод 40 в выпрямителе 5 при этом заперт,так как обмотки Зи включены встреч- но друг относительно друга. Напряжение на коллекторе транзистора 1 и напряжение Е а на выходе дели- 45 теля 17 в это время близки к нулю (фиг.2в). В течение интервала времени (Tf, Tj.) конденсатор 9 через дроссель 10 заряжается до напряжения

осуществляется с помощью резистора 20 и соотношения плеч делителя 18. На выходе компаратора 19 вырабатывается напряжения.

) (Е17- HIS )

, + nEs - Еп V Е2( )

.; л

К КСпЕу- Е2),

содержащее уже только необходимую информацию об отклонении величины выходного напряжения Еу от заданного

питания Е

п

(имеется в виду устауровня, определяемого значением Е2..

50 Здесь К - коэффициент передачи компаратора 19.

, повившееся значение этого напряже - ния). Транзистор 7 и диод 6 в течение указанного интервала времени остаются запертыми. В момент Т. импульс Еunp заканчивается, транзистор 1 запирается, а диод в выпрямителе 5 отпирается под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности обмотки 3 трансформатора

2. После этого начинается процесс передачи энергии, накопленной на интервале Т,, Т2 в индуктивности обмотки 3 в конденсатор фильтра выпрямителя 5 и во внешнюю нагрузку. Напряжение на коллекторе транзистора 1 и напряжение Е17 на выходе делителя 17 начинают возрастать (фиг.2в). Напряжение Е на коллекторе транзистора 1 на интервале времени Т, Tj определяется, как

ЕГ

ЕП +

пк;

0

5

гДе-Е„ Ег п 5

напряжение питания на шинахП, 12/ ,,; .

выходное напряжение выпрями.теля 5,

коэффициент трансформации

трансформатора 2. Напряжение Е, содержит таким образом информацию о величинах Еп и Ед Оно через делитель 17 с коэффициентом передачи К подается в виде напряжения Е(7 КЕ{ на неинвертирующий вход компаратора 19. На его инвертирующий вход через делитель 18 с таким же коэффициентом передачи К поступает суммарное напряжение

Е2(Е18опорное на

К(ЕП + Е,г,), где

пряжение от источника 21 (фиг.2в).

Напряжение содержит, таким образ° информацию.о. величинах напря ении питания опорного Е2 . Под- бор величины коэффициента передачи К

осуществляется с помощью резистора 20 и соотношения плеч делителя 18. На выходе компаратора 19 вырабатывается напряжения.

) (Е17- HIS )

, + nEs - Еп V Е2( )

.; л

К КСпЕу- Е2),

содержащее уже только необходимую информацию об отклонении величины выходного напряжения Еу от заданного

ении питания опорного Е2 . Под- бор величины коэффициента передачи К

уровня, определяемого значением Е2..

Здесь К - коэффициент передачи компаратора 19.

В результате такого сравнения при ( на выходе компаратора 19 и на выходе 13 элемента 8 в течение интервала времени Т, 1-4 появляется импульс Eg, который через трансформатор 22 подается на базу ре гулирующего транзистора 7 и насыщает его (фиг.2г). В момент Тэ напряжение Е на коллекторе транзистора 1 превышает напряжение Ел на конденсаторе 9. В результате диод 6 и транзистор 7 отпираются и избыточная энергия из индуктивности обмотки 3 трансформатора 2 передается в конденсатор 3. Напряжение на обмотке 3 при этом уменьшается. Благодаря этому диод в выпрямителе 5 запирается и выходное напряжение Е5 фиксируется на заданном уровне, Т,

начиная

с момента 1. Напряжение на конденсаторе 9 после момента Т начинает возрастать до значения большего, чем Еп (фиг.2в , сплошные линии). В момент времени Т., когда напряжение ошибки Е становится равным нижнему порогу срабатывания компаратора 19, импульс Eg на выходе элемента 8 заканчивается и транзистор 7 запирается. После этого избыточная энергия из конденсатора 9 передается через дроссель 10 в источник питания Ёп. Напряжение на конденсаторе 9 становится тогда вновь равным Е,,. При поступлении очередного импульса Е упр описанные процессы повторяются.

В отсутствии ограничения напряжение на коллекторе транзистора 1 может значительно возрасти, особенно при полном сбросе нагрузки. Это может вызвать пробой транзистора 1.

Итак, при работе преобразователя с гальванически развязанным входом и выходом обеспечивается ограничение напряжения на коллекторе силового транзистора на уровне, линейно зависящем от величины выходного напряжения EJ,

Формула изобретен и я

1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовой транзистор, эмиттер которого присоединен к первому

7253 08

входному выводу, база подключена к выходу управления, а коллектор соединен с вторым входным выводом через первичную обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель с выходными выводами, последовательную цепь из диода и регулирующего

Ю транзистора, вход управления которого связан с выходом элемента сравнения, имеющего первый входной и общий выводы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что с целью повышения надежноJ5 сти путем ограничения напряжения на коллекторе транзистора, введены конденсатор, дроссель, а элемент сравнения снабжен вторым входным выводом, присоединенным к второму входному выводу, соединенному через последовательную цепь из дросселя и конденсатора с первым входным выводом, подключенным У общему выводу элемента сравнения, первый входной вывод которого подключен к коллектору силового транзистора, соединенному через последовательную цепь из диода и регулирующего транзистора с точкой соединения дросселя и конденсатора.

30 2. Преобразователь по п. 1, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что элемент сравнения содержит первый и второй резйстивные делители напряжения, включенные соответственно между пер35 вым и вторым входными выводами и общим выводом, выход первого резистив- ного делителя напряжения присоединен к неинвертирующему входу компаратора, -выходной вывод которого подключен к

40 выходному выводу элемента сравнения, а инвертирующий вход подключен к выходу второго резистивного делителя напряжения и через резистор - к источнику опорного напряжения.

45 3. Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что связь элемента сравнения с входом управления регулирующего транзистораvосуществляется через трансформатор.

20

25

Фиг. 2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках втооицного электропитания. Цель - повышение надежности путем ограничения напряжения на коллекторе транзистора. Устр-во содержит силовой транзистор 1, силовой трансформатор 2, выпрямитель 5, регулирующий транзистор 7 и элемент 8 сравнения. После запирания силового транзистора 1 напряжение на его коллекторе повышается до момента срабатывания элемента 8 сравнения, который отпирает регулирующий транзис-. тор 7. Включенный регулирующий транзистор 7 отводит часть запасенной в силовом трансформаторе 2 энергии в конденсатор 9 и тем ограничивает амплитуду напряжения на коллекторе силового транзистора 1, одновременно стабилизируя выходное напряжение преобразователя. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. fe