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

Изобретение относится к электротехнике и касается создания полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности.

На рисунке приведена схема устройства, где на фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема формирователя.

Устройство содержит зажимы 1,2, силовой транзистор 3, МДП-транзистор 4, трансформатор 5 с вторичной обмоткой 6. выпрямительный диод 7. конденсаторный фильтр 8, нагрузку 9, первый источник 10 опорного напряжения, усилитель рассогласования 11. узел 12 гальванической развязки, первый токоограничительный резистор 13, формирователь 14 с вторым источником опорного напряжения, ограничитель 15 напряжения, резистор 16 первоначального пуска, дополнительный биполярный транзистор 17, второй токоограничительный резистор 18, дополнительную обмотку 19 трансформатора 5.

В эмиттерный цепи силового транзистора 3 установлены последовательно второй токоограничительный резистор 18 и МДП- транзистор 4, в коллекторной цепи - трансформатор 5 с обмотками 6 и 19, причем обмотка 6 через диод 7 и фильтр 8 подключена к нагрузке 9, а обмотка 19 включена последовательно с ограничителем 15 напря00

ю со

о

0

базой силового транзистора 3 и вторым зажимом В цени базы транзистора 3 между иззой и зажимом 1 включен резистор 16 первоначального пуска. Нагрузка 9 через первый источник 10 опорного напряжения подсоединена к входам усилителя 11 рассогласования, который через узел 12 гальванической развязки и первый токоограничительный резистор 13 подсоединен к затвору МДП-транзистора 4. Вход формирователя 14 подсоединен к коллекторной цепи транзистора 3, База транзистора 17 подключена к выходу формирователя 14, а коллектор и эмиттер подсоединены соответственно к затвору и истоку МДП- транзистора 4.

Устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения через резистор 16 в базу силового транзистора 3 задается отпирающий ток, транзистор приоткрывается. В это время на выходе узла 12 гальванической развязки имеется максимальный уровень напряжения, который через резистор 13 поступает на затвор МДП-транзистора и вводит его в насыщение. Под действием обмотки 19 ПОС силовой транзистор 3 пходит в насыщение, причем ток н его эмиттерной цеп , максимальный и ограничиваемся ьа безопасном уровне резисторов 18. Ток -. « ллекто oi j,p.nc, транзистора 3 ликейнс. нарсК1.:л (форм. тг.ка ь каждом иабочем гроу- ол ная) дог.,лжении ксм/ е тор - ым TU ком величины IK j( ti транзис op 3 начппйе выходить из насыщения, при юм нозрзста- ег напряжение на еги коллекторе. При воз- . тетании oTOio напряжения до уровня спорного нгппяхчвния второю формирователь 14 пыр бртываег импульс, отпирающий дополнительный транзистор 17, что привог .чг к запиранию МДП-гранзи- сгора 4. При лтом эми: герный к силового транзистора 3 прерывается. Коллекторный ток переключается в цепь базы, а потенциал базы ограничивается при помощи ограничителя 15 напряжения. Поскольку к моменту прерывания тока эмиттера избыточный заряд из базы и коллектора в основном выведен, то прекращение протекания тока в цепи коллектора силового транзистора 3 практически происходит без задержки.

При запирании силового транзистора 3 инвертируется полярность на обмотках 6,19 трансформатора 5, диод 7 открывается и начинается заряд конденсатора 8 и вывод накопленной в трансформаторе 5 энергии в нагрузку 9. Силовой транзистор при выводе энергии оказывается надежно запертым приложенным к его эмиттер-ному переходу обратным напряжением на обмотке 19. По0

5

0

5

0

1)

5

0

5

еле выр,од-з энергии из трангформа гора 5 диод 7 они irtaeicfl и вновь происходит смена полярности напряжения на обмотках трансформатора 5. На базе транзистора 5 появляется отирающий потенциал и начинается новый 1акт работы устройства.

По мере роста напряжения на нагрузке 9 в течение ряда последовательных тактов работы устройства происходит уменьшение напряжения на выходе усилителя 11 и узла 12 гальванической развязки, в результате МДП-транзистор 4 начинает закрывается. то есть увеличивается его сопротивление сток-исток. Через несколько рабочих тактов устанавливается стационарное значение сопротииления ок исток для конкретного входного напря ченмя и мощности нагрузки. Приуменьшении гок i ндфуз1 и или увеличения входного 1апря/.ения начинает возрастать напряжение ни нафузке, но за счет действия стабилизирующей обратной связи сппротипление сток-исток МДП-транзистора 4 возрастает, в результате длительность открыюго состояния силового транзистора

3уменьшается и уменьшается накопленная о трансформаторе 5 энергия, что приводит к умеиьшр.мик. напряжения на нафузке, то 2ч i L, ч п мгк ига u/,,111 put I d шпаною возму(- tns. ГlUinoiii iho осущеи Ь яется .. при у..сличении тока нагрузки или моныьении выходного напртжония.

Вниопненме формирователя 14 (фь 1}ъ

4-де PCU-ц ,. 1,2° i,/ послед

.дельно включенных сгзЬи/,ифонов 23, 24,

ОРДНЯЯ очка которых через треги.й токбог- рс«ьичи1ельн,|(/ . резистоп 25 подключена к г.зо дополнительно, о биполярного транзи- 1 рз 17, г-з г-ляет повысить надежность тчк к ч к г ги-д1аппчкой формируется траекто- р.ч пепеключечия силог ого транзистора 3, гогс,, сл г гили ооь 24 резистор 25 нормализуют речкчм отпирония транзистора 1, Элементы RCD-цепочки выбирают таким образом, чтобы дополнительный транзистор 17 находился в насыщении до момгта окончания фронта напряжения при запирании силового транзистора 3, при эгом стабилитрон 23 является вторым источником опорного напряжения формирователя 14. В момент окончания фронта напряжения дополнитс-льный биполярный транзистор 17 запирается и МДП-транзи стор 4 входит в активный режим.

В случае необходимости ограничитель 15 напряжения может быть зэшунтирован встречно-параллельным диодом, иереэ который осуществляется запирание силового транзистора 4. Ь таком случае ограничитель 15 напряжения может быть выполнен в видо

нескольких погледовательно включенных диодов.

Устройство выгодно отличается от известных простотой схемной реализации и надежностью. Повышение надежности достигается путем ограничения резистором 18 максимального тока силового транзистора 3 при пуске, оптимизацией управления запиранием МДП-транзистора 4 при помощи дополнительного биполярного транзи- стора 17, а также тем, что во время вывода энергии в нагрузку 9 (во время паузы) силовой транзистор 3 надежно закрыт обратным напряжением на обмотке 19 трансформатора 5. Наличие обмотки 19 приводит также к упрощению устройства, так как при ее помощи автоматически задается постоянный эмиттерный ток в данном рабочем такте на время открытого состояния силового транзистора 3, при этом не требуется применения внешнего источника питания со средней точкой.

Узел 12 гальванической развязки может быть выполнен в виде оптрона, фототранзистор (фотодиод) которого включен параллельно затвору-истоку МДП-трзнзистора 4, причем отпирание МДП-транзистора 4 осуществляется при помощи запитывяемого через резистор ст .иловой цепи тпания устройг гi а дополнительно, о г i абилитрона, который подключен к сагвэру МДЛ-гранзи- сторй 4 ччрез токоограмнительный резистор 13. При таком построении узла 12 по мере увеличения засветки фототранзисгора уменьшаема напряжение на затворе МДП- транзистора 4, что приводит к увеличению сопротивления сток-исток и уменьшению тока эмиттера силового транзисторы 3.

Формула изобретения

Однотактный стабилизирующий преоб- разова гель напряжения с обратным включе- ниом выпрямительного диода, имеющий

0

Q с

5 0 5

0

первый и второй зажимы длг подключения к внешнему источнику питан.-л м содержащий биполярный силовой ор, вклю- ченный по схеме с общей базой, в эмиттерной цепи которого устаноЕлено управляемое сопротивление на МДП-транзи- сторе, а в коллекторной цепи трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямительный диод и конденсаторный фильтр подключена к цепи нагрузки, подсоединенной через первый источник опорного напряжения к входам усилителя рассогласования, подключенного через узел гальванической развязки и токоограни- чительный резистор к затвору МДП-транзистора, затвор и исток которого подключены соответственно к коллектору и эмиттеру до- полнитепьного биполчрного транзистора, формирователь с вторым источником опорного напряжения, вход которого подсоединен к коллекторной цепи силового транзистора, ограничитель напряжения и резистор первоначального пуска, включенные в иепь базы силопого транзистора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, трансформатор

BbiriOJ r-fCH С. ДОПОЛНИТ, Л;,МРИ ОБМОТКОЙ ПОЛОЖИ ильной об,, -.. ни включенной по- с 0, j.d .di ег г.но с пгр;.ццч;/телем ив ичлегил междх баоой силового транзи- cront, и oropi M ;3х мпм источника пита- Hi гок ДП грамг клор-з чере, второй токомр- ж м .лл1,ныг ,:едис-ор подключен и эмиперу силового «рамзистсра а форми- ровотзль выгюлн Б виде устяновленных между коллектором силового транзистора и вторым зажимом источчн-а питания RCD- цепочки и двух последовательно включенных стабилитронов, оредняя точка которых через третий токоогра 1ичительный резистор подключена к оэзе дополнительного транзистора.

;

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется путем изменения величины этого сопротивления. Устройство обладает повышенной надежностью за счет выключения силового транзистора прерыванием тока эмиттера при запирании МДП-транзистора (4). Запирание осуществляется при выходе силового транзистора (3) из насыщения путем шунтирования затвора-истока МДП-транзистора дополнительным биполярным транзистором (17). Пусковой ток силового транзистора ограничен на безопасном уровне дополнительным резистором (8). Эмиттерный ток силового транзистора задается обмоткой обратной связи, напряжение на которой во время паузы запирает силовой транзистор. В формирователе (14) применена RCD-цепь формирования траектории переключения силового транзистора, объединенная с устройством управления дополнительным биполярным транзистором. 2 ил. w fe