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

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках электропитания.

Известен однотактный преобразователь напряжения, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель, фильтр, транзисторный ключ с пропорциональным токовым управлением и контур обратной связи в виде блока ограничения коллекторного -.ока. Стабилизация выходного напряжения преобразователя осуществляется с помощью контура обратной связи за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ) прямоугольного напряжения на обмотках силового трансформатора.

Недостатки данного устройства - низкий КПД и нестабильная частота преобразования

Наиболее близким к изображению является однотактный преобразователь напряжения,содержащийсиловой трансформатор, выпрямитель фильтр транзисторный ключ с пропорциональным токовым управлением и контур обратной связи в виде измерительного усилителя, компаратора, интегрирующей цепи и двух коммутирующих транзисторов. В этом преобразователе выходное напряжение стабилизируется за счет ШИМ, осуществляемой с помощью компаратора (сравнивающего) пиxj

4Х

4 vj

1 СП

лообразное напряжение на выходе интегрирующей цепи с выходным напряжением преобразователя.

Однако сложное схемотехническое решение канала обратной связи обусловливает низкую надежность известного устройства,

Цель изобретения - повышение надежности устройства путем упрощения схемы.

На фиг. 1, 2 изображены схемы однотак- тного преобразователя напряжения; на фиг. 3 - временные диаграммы процессов в его цепях; на фиг. 4 - схема однотактного преобразователя-прототипа.

Однотактный преобразователь напряжения (фиг. 1) содержит силовой трансформатор 1 с обмоткой 2 размагничивания, первичной 3 и вторичной 4 обмотками, диод 5 размагничивания,входной фильтр 6,транзисторный ключ 7, управляющий трансформатор 8 с первичной 9 и вторичной 10 обмотками и обмоткой 11 подмагничивания, дополнительный диод 12, выпрямитель 13, выходной фильтр 14, измерительный усилитель 15, усилитепь 16, причем управляющий трансформатор 9 может быть выполнен на двух сердечниках 17 и 18 с полуобмотками 19 и 20.

У силового трансформатора 1 обмотка размагничивания подключена через диод 5 размагничивания к выходным выводам, с которыми соединена вторичная обмотка 4 через выпрямитель 13 и выходной фильтр 14 Первичная обмотка 3 силового трансформатора 1 подключена к входному фильтру 6 через последовательно соединенные транзисторный ключ 7 и первичную обмотку 9 управляющего трансформатора 8, вторичная обмотка 10 которого соединена одним из выводов с базой транзисторного ключа 7, связанного своим эмиттером с анодом дополнительного диода 12. К выходным выводам преобразователя подключен вход измерительного усилителя 15, а его выход - к входу усилителя 16, соединенного своим выходом с обмоткой 11 подмагничивания управляющего трансформатора 8, вторичная обмотка 10 которого своим вторым выводом подключена к эмиттеру транзисторного ключа 7 База транзисторного ключа 7 соединена с катодом дополнительного диода 12 и является входом синхронизации.

При выполнении управляющего трансформатора 8 на двух сердечниках 17 и 18 на каждом из них располагается по одной полуобмотке 19 и 20, являющихся при последовательном встречном соединении обмоткой 11 подмагничивания, а первичная

9 и вторичная 10 обмотки являются общими для обоих сердечников 17 и 18.

Преобразователь работает следующим образом.

На вход синхронизации преобразователя поступает последовательность коротких запускающих импульсов, определяющих частоту преобразования. С этой частотой транзисторный ключ 7 подключает первич0 ную обмотку 3 силового трансформатора 1 к входному фильтру 6 и преобразует постоянное питающее напряжение в прямоугольные импульсы, которые следуют с вторичной обмотки 4 на выпрямитель 13 и

5 после сглаживания выходным фильтром 14 превращаются в постоянное напряжение, подаваемое на выходные выводы. Стабилизация этого напряжения осуществляется ШИМ прямоугольного напряжения на сило0 вом трансформаторе 1, т. е. за счет регулирования времени насыщенного состояния транзисторного ключа 7 при постоянном периоде коммутации

При поступлении короткого запускаю5 щего импульса (фиг За) начинается процесс включения транзисторного ключа 7 и в нем появляется коллекторный ток, протекающий по первичной обмотке 9 управляющего трансформатора 8 и первичной обмотке, 3

0 силового трансформатора 1 (фиг. Зд) Этот ток трансформируется во вторичную обмотку 10, по которой протекает в базу транзисторного ключа 7, полностью открывающегося за счет лавинообразного

5 процесса нарастания базового тока, связанного с коллекторным током (пропорциональное токовое управление). Коллекторный ток насыщенного транзисторного ключа 7 определяется нагрузкой и

0 его значение можно считать постоянным, т е. будет постоянным и ток во вторичной обмотке 10, складывающийся из тока базы транзисторного ключа 7 и намагничивающего тока управляющего трансформатора 8.

5 Из-за постепенного возрастания намагничивающего тока происходит уменьшение базового тока (фиг Зв), который после перехода через нулевое значение становится обратным В результате транзисторный ключ

0 7 в идет из насыщения (перейдет в активный режим), напряжение на обмотках управляющего трансформатора 8, а вместе с ним и напряжение на переходе база-эмиттер изменят полярность и произойдет ип5 тенсивное запирание ключа (фиг. 36). Сразу же начинается перемагничивание сердечников силового 1 и управляющего 8 трансформаторов. Первый из них отдает накопленную энергию через обмотку 2 размагничивания и диод 5

размагничивания в нагрузку. Управляющий трансформатор 8 перемагничивается током, протекающим через дополнительный диод 12 от вторичной обмотки 10 (фиг. Зг).

Скорость спада базового тока транзисторного ключа 7 определяется индуктивностью намагничивающего контура управляющего трансформатора 8. По этой причине время насыщенного состояния ключа будет зависеть от индуктивности намагничивающего контура, с уменьшением которой ток спадает резче и длительность интервала насыщения сокращается. Регулирование интервала насыщенного состояния транзисторного ключа 7 осуществляется с помощью обмотки 11 под- магничивания, по которой протекает посто- янный ток, изменяющий магнитную проницаемость сердечника и, как следствие, индуктивность намагничивающего контура управляющего трансформатора 8. Такая регулировка позволяет стабилизировать выходное напряжение преобразователя. Так, если это напряжение увеличилось, то возрастут напряжение на выходе измерительного усилителя 15 и ток на выходе усилителя 16, сильнее подмагничивающий сердечник управляющего трансформатора 8. Произойдет уменьшение магнитной проницаемости сердечника и индуктивности намагничивающего контура, базовый ток будет спадать резче и интервал насыщенного состояния транзисторного ключа 7 сократится. Длительность импульсов на обмотках силового трансформатора 1 уменьшится а выходное напряжение преобразователя снизится до прежнего уровня.

Управляющий трансформатор 8, выполненный на двух сердечниках 17, 18, позволяет аналогичным образом осуществлять стабилизацию выходного напряжения путем подмагничивания обоих сердечников с помощью полуобмотик 19 и 20.

Таким образом, повышение надежности устройства достигается путем упрощения схемы (исключены интегрирующая цепь, компаратор и коммутирующие транзисторы), а также повышением помехоустойчивости, так как в устройстве отсутствует процесс компарирования выходного напряжения, содержащего пульсации и помехи, с пилообразным напряжением, снимаемым с интегрирующей цепи. А при таком компарировании были возможны сбои в процессе коммутации транзисторного ключа, которые снижали надежность преобразователя. Встречное

включение полуобмоток в обмотке подмагничивания управляющего трансформатора компенсирует переменные составляющие напряжения на этих полуобмотках и исключает проникновение помех из базовой цепи

транзисторного ключа по каналу обратной связи на выходные выводы преобразователя, что также увеличивает его надежность. Формула изобретения

1.Однотактный преобразователь на- пряжения, содержащий силовой трансформатор с обмоткой размагничивания, соединенный с диодом размагничивания, и с первичной обмоткой, подключенной к входному фильтру чепез последовательно

соединенные транзисторный ключ и первичную обмотку управляющего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена одним из выводов с базой транзисторного ключа, связанного своим эмиттером с анодом дополнительного диода, а вторичная обмотка силового трансформатора подключена через выпрямитель и выходной фильтр к выходным выводам, к которым подсоединен вход измерительного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства путем упрощения схемы, преобразователь снабжен усилителем, соединенным своим входом с выходом измерительного усилителя, а

выходом - с обмоткой подмагничивания управляющего трансформатора, вторичная обмотка которого другим выводом подключена к эмиттеру транзисторного ключа, база которого, являющаяся входом синхронизации, соединена с катодом дополнительного диода, причем обмотка размагничивания силового трансформатора подключена через диод размагничивания к выходным выводам встречно по отношению к вторичной

обмотке того же трансформатора.

2.Преобразователь поп. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что управляющий трансформатор содержит два сердечника, на каждом

из которых расположены по одной полуобмотке, являющихся при последовательном встречном соединении обмоткой подмагничивания, а первичная и вторичная обмотки являются общими для обоих сердечников.

-bo-pY-ч

tie.

и

Использование: источники вторичного электропитания. Существо изобретения: ус- тройстьо содержит силовой трансформатор 1 с первичкой обмоткой, транзисторный ключ 7 и первичную обмотку 9 управляющего трансформатора 8, вторичная обмотка 10 которого подсоединена параллельно управляющему переходу ключа 7 и зашунтирова- на обратным диодом 12. Вторичная обмотка силового трансформатора подключена через выпрямитель и выходной фильтр к выходным выводам. Контур обратной связи образован измерителем отклонения 15 выходного напряжения и подключенным к его выходу усилителем 16, выход которого соединен с обмоткой подмагничивания 11 управляющего трансформатора. Повышение помехоустойчивости преобразователя достигнуто за счет регулирования тока в обмотке подмагничивания, пропорционального величине отклонения выходного напряжения и предназначенного для изменения магнитных свойств сердечника уп- равляющеготрансформатора. Индуктивность намагничивающего контура этого трансформатора, зависящая от тока подмагничивания, определяет форму базового тока транзисторного ключа и длительность его насыщенного состояния. 2 з. п. ф-лы, 4 ил. со С

к транзисторнопу ключу

Фиг. 2

Ј±L / k

0

ztfj

A

0