Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M3/335 G05F1/64 

Изобретение относится к электрорадйотехнике, а именно к источникам питания и мсй жет быть использовано в системах питайия устройств автоматики и вычислительной техники. Известны стабилизированные преобразователи, содержащие силовые транзисто- ры, трансформатор, выпрямитель, фильтр, регулирующий элемент, блок управления 1, 2. Наиболее близким к изобретению техническим решением является стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно двухтактный генератор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, регулирующий транзистор, подключенные к входу двухтактного генератора ко вторичной обмотке выходного трансформатора которого, подсоединен со входом регулирующего транзистора 2. Недостатком этого устройства является то, что он имеет низкий коэффициент полезного действия, как и все вторичные источники питания с непрерывным регулированием, что ограничивает его область применения и возможности микроминиатюризации.. Целью изобретения является повышение КПД. Это достигается тем, что в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения, содержащем включенные последовательно двухтактный генератор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, регулирующий транзистор, подключенный к входу двухтактного генератора, ко вторичной обмотке выходного трансформатора которого, подсоединен выпрямитель с фильтром, блок управления-, выход которого соединен со входом регулирующего транзистора, дополнительно введены пороговый узел на п+1 состояний в каждое плечо двухтактного генератора л силовых и п + 1 управляющих транзисторов, а в каждую половину первичной обмотки, выходного трансформатора последовательно п дополнительных секций обмоток, при этом эмиттеры силовых транзисторов подключены к одному входному выводу, коллекторы к соответствующий введённым секциям первичной обмотки выходного трансформатора.

средняя точка .которого подключена к общей шине источника питания ггороговогб; узла, базы силовых транзисторов каждого плеча двухтактного генератора через переход эмиттер-коллектор соответствующего управляющего транзистора, соединены с выходом введенного задающего генератора, а каждая база симметрично расположенных в плечах управляющих транзисторов через последовательно включенные развязывающий диод и резистор подключена к соответствующему выходу порогового узла, входы которого подключены к средним точкам резисторного делителя, подсоединенного параллельно входным выводам.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизированното преобразователя.

Преобразователь содержит двухтактный генератор 1 с выходным трансформаторам 2 на силовых транзисторах 3, регулирующий транзистор 4, выпрямитель с фильтром 5, блок управления 6, пороговый узел 7, дополнительные секции 8 выходного трансформатора 2, управляющие транзисторы 9, задающий- генератор 10, развязывающие диод 11 и резистор 12, транзисторы 13, 14 15 триггеров Шмидта трансформатор 16 задающего генератора 10, дополнительная, обмотка 17 трансформатора 2, обмотки 18 и 19 и 20 трансформатора 16.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении напряжения питания срабатывает тот триггер Шмидта пороговый узел 7, напряжение срабатывания которого соответствует заданному уровню напряжения питания, и включает два тех симметрично расположенных в каждом плече управляющих транзистора 9, базы которых черев диод И и резистор 12 подключены к выходу этого триггера (коллекторы транзисторов 13, 14, 15). При этом при минимальном напряжении питания срабатывает всегда транзистор 13, а при максимальном- транзистор 15, подключая с помощью пары управляющих 9 и силовых транзисторов 3 соответствующие данному напряжению питания секции 8 первичной обмотки выходного трансформатора 2.

Двухтактный генератор 1 возбуждается, так как регулирующий транзистор 4 открывается напряжением, снимаемым с об.мотки 19 трансформатора 16 и начинает работат }. та пара силовых транзисторов 3, симметрично расположенных в плечах, в базах которых включились управляющие транзисторы 9, управляемые тем выходом порогового узла 7, уровень напряжения питания, а следовательно и напряжения на входе которого соответствует напряжению срабатывания.

При этом оказываются подключенными та пара секций 8 первичной обмотки выходного трансформатора 2, напряжения которых соответствуют расчетному напряжению питанйй и устанавливается напряжение на выходе обмотки 17.

Начинает расти выходное напряжение преобразователя, которое поступает на вход схемы управления 6. С выхода схемы управления 6 напряжение поступает на вход регулирующего транзистора 4 В запирающий этот транзистор полярности. Транзистор 4, подзапМраясь, увеличивает сопротивление в базовых цепях, работающих в данный момент силовых транзисторов 3. Силовые транзисторы подзапираются и напряжение на выходе преобразователя поддерживается постоянным с известной ошибкой.

Итак, при изменении питающего напряжения стабилизация выходного напряжения осуществляется пороговым узлом 7, подключающим с помощью управляющих 9 и силовь х 3 транзисторов соответствующие секции 8 первичной обмотки выходного трансформатора 2, так, что выходное напряжение остается постоянным с известной ошибкой. Величина этой ошибки и КПД преобразователя зависит от числа дополнительно включенных транзисторов 3 и 9 и от диапазона изменения питающего напряжения. Чем больше число дополнительных транзисторов, тем выше коэффициент полезного действия и выше коэффициент стабилизации. Чем больше диапазон изменения питающего напряжения, тем больше число дополнительных транзисторов необходимо для сохранения высокого КПД преобразователя.

В промежутках между переключениями и при сбросе нагрузки стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью регулирующего транзистора 4, работающего в линейном режиме и управляемого схемой управления 6, на вход которой поступают выходное напряжение преобразователя и напряжение с обмотки 17 трансформатора 2. Регулирующий транзистор 4 в про-. межутках между переключениями порогового элемента 7 управляет силовыми транзисторами 3 таким образом, что выходное напряжение преобразователя поддерживается постоянным с известной для непрерывного регулирования ошибкой.

Процессы в стабилизированном преобразователе не изменяются, если двухтактный генератор 1 выполнен с самовозбуждением, т. к. без задающего генератора 10, когда обмотки 18 и 19 являются обмотками трансформатора 2, либо когда обмотка 20 трансформатора 16 подключена к коллекторам 2-х транзисторов 3 разных плеч.

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства состоит в том, что повышается его коэффициент полезного действия и появляется возможность его микроминиатюризации, т. е. повышаются удельные массогабаритные характеристики и одновременно улучшаются энергетические характеристики - основные характеристики вторичных источников питания. При этом в предлагаемом устройстве сохраняются высокие статические и динамические характеристики прототипа, как линейной амплитудно-Импульсной системы регулирования (стабилизации), и сохраняется/относительно низкая по амплитуде и постоянная по спектру излучаемых частот помеха, не требующая установки громоздких фильтров для ее подавления, как это имеет место в системах с шйротно-импульсной модуляцией или релейного типа. Некоторое усложнение схемы за счет установки дополнительных элёментбв, особенно силовых транзисторов не ведет к увеличению массы и габаритов устройства, так как компенсируется это тем, что все эти элементы рассеивают малую мощность и микроминиатюризируемы, т. е. могут быть использованы в бескорпусном исполнении, и к тому же, работая поочередно, пбвыщают срок службы и надежность устройства. КПД устройспва высокий и в зависимости от числа дополнительно включенных силовых транзисторов и диапазона изменения напряжения питания достигает КПД обычного нерегулируемого преобразователя постоянного напряжения достигающего ЭО /оВысокий КПД предлагаемого устройства достигается тем, что при увеличении нйпрй- жения питания падение напряжения на силовых транзисторах выходного двухтактйого каскада сохраняется на заданном уровне, т. к. этот перепад напряжения дискретно переносится с силовых транзисторов на дополнительные секции первичной обмотки выходного трансформатора с помощью порогового устройства, следящего за величиной напряжения питания и воздействующего на управляющие и силовые транзисторы .выходного каскада. Формула изобретения 1. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно двухтактный генератор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, регулирующий транзистор, подключенный к входу двухтактного генератора, ко вторичной обмотке выходного трансформатора которого подсоединен выпрямитель с фильтром, блок управления, выход которого соединен со входом регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД дополнительно введены пороговый узел на n+l состояний, в каждое плечо двухтактного генератора п силовых и п+1 управляющих транзисторов, а в каждую половину первичной обмотки выходного трансформатора последо; вательно п дополнительных секций обмоток, при этом эмиттеры силовых транзисторов подклзочены к одному входному выводу, коллекторы - к соответствующим введенным секциям первичной обмотки выходного трансформатора, средняя точка которого, подключена к общей шине источника питания и порогового узла, базы силовых транзисторов каждого плеча двухтактного генератора через переход эмиттер-коллектор соответствующего управляющего транзистора соединены с выходом введенного задающего генератора, а каждая база симметрично расположенных в плечах управляющих транзисторов через последовательно включенные развязывающий диод и резистор подключено к еоотТветСтВуйУЩейувыходу порогового узла, входы которого пЬд1к:лючёны к средним точкам резисторного делителя, подсоединенного параллельно входным выводам. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что пороговый узел выполнен в виде п триггеров Шмидта, выход каждого из которых подсоединен ко входу соответствующего управляющего транзистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 581465, кл. G 05 F 1/64-77. 2.Авторское свидетельство СССР JVb 351205, кл. G 05 F 1/64-68.