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

VJ .|

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

Известен 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 (1). Недостаток такого преобразователя связан с его относительной сложностью, предопределенной сложностью цепи стабилизации выходного напряжения, включающей узел обратной связи. Кроме того, известное устройство имеет высокий уровень пульсаций выходного напряжения, так как оно работает в режимах возбуждения и срыва Колебаний. Наконец, релейный принцип работы такого преобразователя приводит к неравномерности нагрузки элементов, в частности, транзисторов, во время его работы. Это, в свою очередь, является причиной снижения КПД и надежности устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является однотактный преобразователь постоянного напряжения (2).

Преобразователь содержит N транзисторов, многообмоточный дроссель, выпря- мительный диод, конденсатор, трансформатор, резистор, резистивный датчик тока, управляющий транзистор, источник постоянного напряжения, выпрямитель, стабилитрон и диод. Недостатком этого преобразователя является его относительная сложность, связанная с наличием в схеме устройства выпрямителя и диода, которые входят в цепь стабилизации выходного напряжения, а также с необходимостью размещения на многообмоточном дросселе .отдельной измерительной обмотки, Кроме того, увеличение напряжения на выходе выпрямителя при уменьшении нагрузки преобразователя может приводить к отпиранию управляющего транзистора не сигналом с резистивного датчика тока, а по цепи стабилизации выходного напряжения, что является причиной функциональных сбоев в работе устройства и, следовательно, снижает его надежность. Наконец, преобразователь имеет относительно высокий уровень пульсаций выходного напряжения, обусловленный релейностью работы цепи стабилизации выходного напряжения.

Цель изобретения - упрощение преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N силовых транзисторов, через которые первичная обмотка дросселя каждым своим выводом под- ключена соответственно к первому и

5 второму входному выводу преобразователя, выпрямительный диод, через который вторичная обмотка дросселя соединена с выходными выводами преобразозателя, между которыми включен фильтрующий

0 конденсатор, трансформатор, первичная обмотка которого через первый резистор соединена с управляющей обмоткой дросселя, а каждая из N вторичных обмоток подключена к входу соответствующего

5 силового транзистора, управляющий транзистор, коллектором подключенный к первому выводу управляющей обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выходным выводом выпря0 мителя, второй выходной вывод которого соединен с эмиттером управляющего транзистора, а вход подключен к измерительной обмотке дросселя, резистивный датчик то- . ка, включенный последовательно в цепь

5 первичной обмотки дросселя и соединенный первым выводом с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом подключенный к цепи базы управляющего транзистора, и стабилитрон, введен

0 второй резистор, включенный между эмиттером управляющего транзистора и первым входным выводом преобразователя, который через стабилитрон соединен с первым выводом выпрямителя.

5 Далее в указанный однотактный преобразователь постоянного напряжения могут быть введены три дополнительных диода. причем первый дополнительный диод включен последовательно в цепь базы управляю0 щего транзистора,а второй и третий дополнительные диоды включены параллельно второму резистору во взаимно противоположных направлениях.

Кроме того, в указанный однотактный

5 преобразователь постоянного напряжения может быть введен дополнительный конденсатор, подключенный параллельно второму резистору.

Введение в схему преобразователя вто0 рого резистора, включенного между эмипером управляющего транзистора и первым входным выводом преобразователя, который через стабилитрон соединен с первым выводом выпрямителя, позволяет по срав5 нению с устройством-прототипом (2) существенно упростить преобразователь благодаря упрощению цепи стабилизации выходного напряжения. Кроме того, благодаря введению в схему преобразователя

трех дополнительных диодов, устройство

имеет более высокую надежность, которая достигается посредством исключения возможности функциональных сбоев в работе преобразователя из-за отпирания управляющего транзистора по цепи стабилизации выходного напряжения. Наконец, введение в предлагаемый преобразователь дополнительного конденсатора способствует уменьшению пульсаций выходного напряжения за счет устранения релейности в работе цепи стабилизации выходного напряжения.

Таким образом, новая совокупность элементов и связей между ними, не встречающаяся ни в одном из известных преобразователей, обуславливает новые свойства устройства и соответствует критерию существенных отличий.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений.

Преобразователь содержит силовые транзисторы 1 и 2, диоды 3 и 4, резистивный датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первичная обмотка 7 которого включена последовательно с транзисторами 1 и 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 входам транзисторов 1 и 2. К вторичной обмотке 14 дросселя 6 через диод 15 параллельно подключены конденсатор 16 и нагрузка 17. В состав устройства также входит управляющий транзистор 18, управляющая обмотка 19 трансформатора 8 и выпрямитель 20, подключенный входом параллельно измерительной обмотке 21 дросселя 6. Кроме того, устройство содержит второй резистор 22, который через стабилитрон 23 подключен параллельно выходу выпрямителя 20. Далее устройство может содержать дополнительные диоды 24 и 25, подключенные параллельно второму резистору 22, а также последовательно с этим резистором 22 может быть включен дополнительный диод 26. Дополнительные диоды 24, 25 и 26 могут быть представлены стабилитронами, Наконец, в состав устройства может входить дополнительный конденсатор 27, включенный параллельно второму резистору 22.

Преобразователь работает следующим образом.

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

В момент to возбуждения колебаний транзисторы 1 и 2 открываются (см.фиг.2) и через обмотку 7 дросселя 6 и датчик 5 начинает протекать линейно нарастающий ток.

увеличивая напряжение Us на датчике 5. В момент XL когда напряжение Us достигает заданного уровня Us, напряжение Uis, приложенное ко входу управляющего транзистора 18, превышает величину Uia,

необходимую для его отпирания. В результате этого транзистор 18 замыкает свою БЫ ходную цепь и на обмотке 19 трансформатора 8 напряжение изменяет полярность, становясь равным по величине

напряжению на выходе выпрямителя 20. Аналогичным образом изменяется напряжение на обмотках 12,13 трансформатора 8 и на входы транзисторов 1 и 2 поступает запирающее напряжение. После запирания

транзисторов 1 и 2 дроссель 6 начинает отдавать накопленную энергию в цепь нагрузки 17, увеличивая напряжение Ui на нагрузке 17 и напряжение Uao на выходе выпрямителя 20.

В момент 12 дроссель 6 полностью отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 17 и под действием положительной обратной связи снова изменяется полярность напряжения на обмотках дросселя 6 (см.фиг.2 зависимость U(t))n трансформатора 8. Это приводит к открыванию транзисторов 1 и 2 и процесс повторяется.

Далее преобразователь работает аналогичным образом до тех пор, пока напряжение U20 на выходе выпрямителя 20 не достигает в момент t3 значения U23- равного по величине напряжению стабилизации стабилитрона 23, после чего начинается рост напряжения U22 на резисторе 22 в результате протекания тока по цепи: выпрямитель 20 - стабилитрон 23 - резистор 22 - выпрямитель 20 (см.фиг.2 - пунктирная линия на зависимости Uia(t).

Поскольку напряжение Uie, прикладываемое ко входу управляющего транзистора 18, определяется при отсутствии в схеме диода 26 соотношением Ui8 Us+U22, то увеличение напряжения U22 автоматически

приводит к уменьшению величины напряжения Us, необходимой для отпирания транзистора 18. Поэтому в момент t4, когда после очередного этапа отдачи энергии дросселем 6 в нагрузку 17 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 U22

В момент ts транзисторы 1 и 2 снова закрываются и дроссель 6 отдает меньшую, чем ранее, величину запасенной энергии в цепь нагрузки 17. В результате этого рабочая частота преобразователя увеличивается, а рост напряжения Ui на нагрузке 17 прекращается.

Далее преобразователь работает в автогенераторном режиме аналогично тому как это было показано выше, осуществляя стабилизацию напряжения Ui на нагрузке

17на заданном уровне ивых.

Из приведенного принципа работы предлагаемого преобразователя следует, что в работе устройства возможны такие режимы, когда при определенных параметрах датчика 5, резистора 22 и транзистора

18возможно отпирание последнего не сигналом с датчика 5, а напряжением U22 на резисторе 22. Это приводит к функциональным сбоям в работе устройства и снижению его надежности. Введение в схему преобразователя диодов 24 и 25, посредством которых задается максимальное значение U22 напряжения U22 на резисторе 22, и диода 26 позволяет исключить возможность опасного нарастания напряжения U22, так как значение U22 задается таким, чтобы всегда выполнялось неравенство U22 Uie+U26, где напряжение на диоде 26. Поскольку в этом случае напряжение Die, прикладываемое к входу тоанзистора 18, определяется соотношением Ui8 U5+U22 U26. то с учетом вышеприведенного неравенства исключается возможность отпирания транзистора 18 напряжением LJ22 на резисторе 22. Отпирание транзистора 18 всегда происходит только сигналом с датчика 5.

Кроме того, устранение релейности в работе цепи: выпрямитель 20 - стабилитрон 23 - резистор 22 - выпрямитель 20, которое достигается благодаря введению в преобразователь конденсатора 27, позволяет получить плавное изменение напряжения U22 на резисторе 22 и в результате этого уменьшить пульсации выходного напряжения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом существенно упрощена цепь стабилизации выходного напряжения. При этом устройство имеет большую надежность благодаря устранению возможности функциональных сбоев в процессе его работы из-за отпирания управляющего транзистора по цепи стабилизации выходного

напряжения. Наконец, в предлагаемом устройстве уменьшены пульсации выходного напряжения благодаря устранению релейности в работе цепи стабилизации выходно- го напряжения.

Формула изобретения

1.Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N силовых

транзисторов, через которые первичная обмотка дросселя каждым своим выводом подключена соответственно к первому и второму входному выводу преобразователя, выпрямительный диод, через который вторичная обмотка дросселя соединена с выходными выводами преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, трансформатор, первичная обмотка которого через первый резистор

соединена с управляющей обмоткой дросселя, а каждая из N вторичных обмоток под- ключена к входу соответствующего силового транзистора, управляющий транзистор, коллектором подключенный к первому выводу управляющей обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выходным выводом выпрямителя, второй выходной вывод которого соединен с эмиттером управляющего транзистора, а вход подключен к измерительной обмотке дросселя, резистивный датчик тока, включенный последовательно в цепь первичной обмотки дросселя и соединенный первым выводом с первым входным

выводом преобразователя, а вторым выводом подключенный к цепи базы управляющего транзистора, и стабилитрон, отличающийся тем, что. с целью упрощения, введен второй резистор, включенный между

эмиттером управляющего транзистора и первым входным выводом преобразователя, который через стабилитрон соединен с первым выходным выводом выпрямителя.

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что введены три дополнительные диода, причем первый дополнительный диод включен последовательно в цепь базы управляющего транзистора, а второй и третий дополнительные диоды включены параллельно второму резистору во взаимно противоположных направлениях.

3. Преобразователь по п.1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что введен дополнительный конденсатор, подключенный параллельно

второму резистору.

Фиг. 2

.

-4 LS

Использование: преобразование постоянного напряжения в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: благодаря положительной обратной связи преобразователь работает в режиме автогенератора. При достижении напряжением на резистивном датчике тока 5 определенного значения происходит отпирание управляющего транзистора 18, в результате чего изменяется полярность напряжения на обмотках 12, 13 трансформатора 8 и на входы силовых транзисторов 1, 2 поступает за- пирающее напряжение. После полной отдачи энергии, накопленной в дросселе 6, в нагрузку 17 силовые транзисторы 1 и 2 открываются и процесс повторяется до тех пор, пока напряжение на выходе выпрямителя 20 не достигает значения, равного по величине напряжению стабилизации стабилитрона 23. Благодаря падению напряжения на резисторе 22 после очередного этапа отдачи энергии дросселем 6 в нагрузку 17 напряжение на резистивном датчике тока 5 нарастает до меньшей величины. Далее преобразователь работает в автогенераторном режиме, осуществляя стабилиза-; цию напряжения на нагрузке 17 на заданном уровне. Введение в устройство диодов 24, 25 и 26 позволяет устранить возможность отпирания управляющего транзистора 18 напряжением на резисторе 22. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.