Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, во вторичных источниках электропитания.

Известен однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения (а,с. СССР 13-96219,Н 02 М 3/335, 1988 г,), цепь обратной связи которого построена на операционном усилителе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения (прототип) по а.с. СССР 1159125.Н 02 М.3/335, 1983 г.

Данный преобразователь содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена через транзистор к входным клеммам преобразователя. Одна из вторичных обмоток через диод подключена к выходу преобразователя. Базовая обмотка через RC-цепь подсоединена параллельно эмит- терному переходу указанного транзистора. Дополнительная обмотка указанного трансформатора связана с входом цепи отрицательной обратной связи, содержащей источник опорного напряжения, резистив- ный делитель и операционный усилитель, выход которого подсоединен к базе транзистора.

Недостатком указанных аналогов и прототипа является недостаточно широкий диапазон стабилизации.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности путем расширения динамического диапазона стабилизации.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактном стабилизирующем преобразователе постоянного напряжения, содержащем входные клеммы для подключения источника питания, к которым подключены первый делитель напряжения и последовательно соединенные силовой ключ на транзисторе- с первичной обмоткой трансформатора, одна из вторичных обмоток которого через обратно включенный диод и емкостной фильтр подсоединена к выходным выводам, другая - через второй диод к плечу указанного делителя и тракту отрицательной обратной связи, состоящему из усилителя сигнала рассогласования на операционном усилителе, к первому входу которого подключен источник опорного напряжения, при это-м к плечу первого делителя напряжения подключены выводы питания операционного усилителя-и второй делитель напряжения, одно из плеч которого подключено ко второму входу операционного усилителя, введены управляемый частотно-импульсный модулятор-генератор на компараторе и управляющий каскад на транзисторе, при этом выводы питания частотно-импульсного модулятора-генератора подключены параллельно выводам питания операционного усилителя, управляющий вход соединен с выходом операционного усилителя, а выход связан через управляющий каскад на транзисторе с базовой цепью силового транзистора.

На чертеже приведена принципиальная

схема предлагаемого преобразователя.

0 К входным клеммам 1 для подключения источника питания подсоединены последовательно соединенные первичная обмотка 2 трансформатора 3 и силовой транзистор 4. Вторичная обмотка 5 указанного трансфор5 матора 3 через выпрямительный диод 6 и емкостной фильтр 7 связана с выходными клеммами 8. К входным клеммам 1 подсоединен емкостной делитель 9, к нижнему плечу 10 которого через диод 11 подключена

0 обмотка обратной связи 12. При этом упомянутые вторичные обмотки 12 и 5 по отношению к первичной 2 включены встречно. Параллельно плечу 10 подсоединены усили- . тель сигнала рассогласования на операци5 онн.ом усилителе 13, модулятор-генератор 14 на компараторе 15, источник опорного напряжения 16, соединенный с первым входом операционного усилителя 13,и второй делитель 17, одно из плеч которого подклю0 чено ко второму входу операционного усилителя 13.

Управляющий вход компаратора 15 соединен с выходом операционного усилителя 13, выход компаратора 15 связан с базовой

5 цепью 20 силового транзистора 4 через управляющий каскад 21 на транзисторе 22.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения на

0 входные клеммы 1 на нижнем плече 10 емкостного делителя 9 появляется напряжение, достаточное для запуска модулятора-генератора 14 на компараторе 15. При этом модулятор-генератор 14 начи5 нает вырабатывать в автоколебательном режиме импульсы напряжения со скважностью, близкой к двум. Через управляющий каскад 21 на транзисторе 22 и базовую цепь 20 эти импульсы обеспечивают 0 коммутацию силового транзистора 4, соеди - ненного последовательно с первичной обмоткой 2 трансформатора 3. При зтом во время открытого состояния силового транзистора 4 запасается энергия в магнитном 5 поле трансформатора 3. В момент запира- ния транзистора 4 эта энергия подается с обмотки 5 через открытый диод 6 на фильтрующий конденсатор 7 и выходные выводы 8. При этом через обмотку обратной связи 12 и диод 11 происходит подзаряд конденсатора 10, напряжением с которого обеспечивается питание операционного усилителя 13 и компаратора 15. Таким образом осуществляется подхват запуска преобразователя.

В установившемся режиме стабилизация выходного напряжения на клеммах 8 обеспечивается следующим образом,

Напряжение с обмотки обратной связи 12, выпрямленное диодом 11, делится дели- телем. 17 и с его плеча подается на вход операционного усилителя 13, на другой вход которого подается опорное напряжение от источника опорного напряжения 16. Напряжение рассогласования с выхода one- рационного усилителя 13 подается на. управляющий вход модулятора-генератора 14. При этом увеличение напряжения рассогласования соответствует увеличению скважности (т.е. понижению частоты) вы- ходных импульсов модулятора-генератора 14. Соответственно увеличивается скважность импульсов тока базы транзистора 4 и импульсов тока через обмотку 2 трансформатора 3, при этом среднее значение энергии, запасенной за период в трансформаторе 3, уменьшается.

В случае уменьшения величины напряжения обратной связи происходит обратный описанному процесс. Таким образом, выходное напряжение на выводах 8 остается неизменным.

. Следует отметить, что при изменении скважности импульсов управления транзистором 4 длительность его открытого состо- яния остается постоянной. Это обстоятельство предотвращает возможность насыщения трансформатора 3 во всех режимах работы, что повышает надежность преобразователя.

Использование метода частотно-импульсной модуляции (НИМ) позволяет получить сравнительно широкий динамический диапазон изменения скважности (отношение максимальной скважности к минималь-

ной может достигать 100 и более), что практически не достижимо в преобразователях с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Стабильность выходного напряжения обеспечивается при -многократном изменении входного напряжения преобразователя, чем обусловлено расширение динамического диапазона стабилизации .и повышение надежности работы преобразователя. Фор мула изобретения Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения содержащий входные кле.ммы для подключения источника питания, к которым подключены первый делитель напряжения и последовательно соединенные силовой ключ на транзисторе с первичной обмоткой трансформатора, одна из вторичных обмоток которого через обратно включенный диод и емкостной фильтр подсоединена к выходным выводам, другая через второй диод - к плечу указанного делителя и тракту отрицательной обратной связи, состоящему из усилителя сигнала рассогласования на операционном усилителе, к первому входу которого подключен источник опорного напряжения, при этом к плечу первого делите- ля напряжения подключены выводы питания операционного усилителя и второй делитель напряжения, одно из плеч которого подключено к второму входу операционного усилителя, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения надежности путем расширения динамического диапазона стабилизации, в него введены управляемый частотно импульсный модулятор-генератор на компараторе и управляющий каскад на транзисторе, при этом выводы питания частотно-импульсного модулятор-генератора подключены параллельно выводам питания операционного усилителя, выходы соединены с выходом операционного усилителя, который связан через управляющий каскад на транзисторе с базовой цепью силового транзистора.

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит силовой транзистор (4), емкостной делитель (9), трансформатор (3), обмотку обратной связи (12) и вторичную обмотку ( 5), модулятор-генератор (14). на компараторе (15), источник опорного напряжения (16). Увеличение напряжения рассогласования соответствует увеличению скважности, т.е. понижению частоты выходных импульсов модулятора-генератора (14), соответственно увеличению скважности импульсов тока транзистора (4) и через обмотку (2), при этом уменьшается среднее значение энергии, занесенной в трансформаторе (3). Использование метода частотно- импульсной модуляции позволяет получить широкий диапазон изменения скважности. 1 ил. ел С