Импульсный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБШЖЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относи.тся к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различных радиотехнических устройств.

Известны импульсные стабилизированные преобразователи постоянного напряжения, совмещающие в одном устройстве функции стабилизации и преобразования напряжения источника питания 1.

Наиболее близким .по технической сущности к предлагаемому является импульсный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения , содержащий накопительный дроссель, выходной трансформатор, два переключающих транзистора, емкостный -делитель выходного напряжения, к средней точке которого подключен один из выводов первичной обмотки выходного трансформатора, модулятор длительности импульсов, подключенный входом к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора, одним выводом - к базе одного переключающего транзистора, а другим выходом - к базе другого переключающего транзистора.

Условием нормальной работы устройства является недопустимость одновременного закрытого состояния переключамдих транзисторов. В момент одновременного открытого состояния переключающих транзисторов

10 токи их коллекторов направлены через секции первичной обмотки трансформатора встречно. Поэтому напряжение на первичной обмотке отсутствует и все выходное напряжение при15кладывается к накопительному дросселю, что приводит к накоплению в нем магнитной энергии. При очередном запирании одного из переключающих транзисторов к соответствующей

20 секции первичной обмотки трансформатора прикладывается сумма ЭДС самоиндукции на дросселе и выходного напряжения питания. Если напряжение питания колеблется в широких пр делах, то, изменяя время .одновременного наховдения переключаюц№1х транзисторов в открытом состоянии (т.е. время перекрытия) при постоян ном периоде переключений, можно изменить ЭДС самоиндукции накопительного дросселя таким образом, что сумма ЭДС самоиндукции дросселя и выходного напряжения питания оставалась бы постоянной. Следовательно, Остаются постоянными амплитуда переменного напряжения на первинной обмотке трансформатора и выпрямленные напряжения на вторичных обмотках, уровень которых зависит от коэффициентов трансформации К недостаткам известного устрой ства относится то, что намагничива ние сердечника выходного трансформ тора из-за разности токов коллекторов переключакнцих транзисторов, находящихся одновременно в открыто состоянии (в рассматриваемом устройстве с целью выравнивания токов коллекторов в цепи эмиттеров перекл чакицих транзисторов включены вырав нивающие резисторы, что приводит к дополнительным потерям мощности), а также потери мощности на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора, когда переключающие транзисторы одновременно находятся в открытом состоянии, и увели ченные размеры трансформатора из-з наличия двух секций первичной обмотки трансформатора.Цель изобретения - исключение во можности намагничивания сердечника трансформатора и увеличение КЩ. Указанная цель достигается тем, что в устройстве накопительный дрос сель включен по автотрансформаторно схеме, крайние выводы накопительного дросселя через коллекторные переходы переключакщих транзисторов подключены к шинам питания с табилизатора, а средняя точка накопительного дросселя соединена с другим вы водом первичной обмотки выходного трансформатора. Модулятор длительности состоит из мультивибратора, используемого в качестве задающего генератора, дв ждущих мультивибраторов, соединенных входами с выходами мультивибратора через пусковые конденсаторы и именшщх управляемые сопротивления на транзисторах в цепях баз основны транзисторов мультивибратора, двух делителей на резисторах в цепях эмит- . теров транзисторов управляемых сопротивлений, источника опорного напряжения в цепях без транзисторов управляемых сопротивлений, подключенные к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора. На чертеже представлена принципиальная схема импульсного стабилизированного преобразователя постоянного напряжения. В устройстве накопительный дроссель 1 одним из крайних выводов подключен к коллектору переключающего транзистора, выполненного составным на транзисторах типап-р-п 2,3, при этом эмиттер переключающего транзистора 2 соединен с отрицательной шиной питания и отрицательным полюсом конденсатора 4 верхнего плеча емкостного делителя, а его база соединена с эмиттером согласукицего транзистора 3. Другим крайним выводом накопительный дроссель 1 подключен к эмиттеру переключакидего транзистора, выполненного составным на транзисторах типа п-р-п.5, 6, при этом коллектор переключающего тран- . зистора 5 соединен с положительной шиной питания, эмиттером согласующего транзистора 6 типар-п-ри положительным полюсом конденсатора 7 нижнего плеча емкостного деЛителя, а его база - с коллектором согласугацего транзистора 6. Средняя точка дросселя 1 подключена к выводу первичной обмотки 8 вькодного трансформатора, а другой вывод которой подключен к средней точке емкостного делителя на конденсаторах 4 и 7. К положительной шине питания подключены эмиттеры транзисторов 9 и 10 типар -п-р симметричного мультивиб- ратора 11, эмиттеры транзисторов 12 и 13 типар-0-р ждущего мультивибратора 14 с времязадающим конденсатором 5, подключенным к коллектору транзистора 12 и другим выводом - к базе транзистора 13 и коллектору времязадающего сопротивления на транзисторе 16 типаг1-р-пи эмиттеры транзисторов 17 и 18 типар -п-р ждущего мультивибратора 19 с времязадающим конденсатором 20, подключенным к коллектору/транзистора 17 и другим выводом - к базе транзистора 18 и коллектору времязадающего сопротивления на транзисторе 21 типап-р-п. Коллектор транзистора 9 мультивибратора 11 соединен через пусковой конденсатор 22 с базой транзистора 17 ждущего мультивибратора 19, а коллектор транзистора 10 соединен через другой пусковой конденсатор 23 с базой транзистора 12 ждущего мультивибратора 14. Базы управляемых сопротивлений на транзисторах 16 и 21 соединены с катодом.стабилитрона 24 источника опорного напряжения, соединенного анодом с резисторами в цепях коллекторов транзисторов мультивибраторов 11, 14 и 19 и отрицательной шиной питания, а также пусковым резистором 25, соединенным с отрицательной шиной питания. Эмиттер управляемого сопротивления на транзисторе 16 соединен со средней точкой делителя на резисторах 26 и 27 измерительного элемента, при этом резистор 27 нижнего плеча делителя соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 28, подключенно го к вторичной обмотке 29 выходного трансформатора, и отрицательной шиной питания, а резистор 26 с положительным полюсом выпрямителя 29. Эмиттер управляемого сопротив ления на транзисторе 21 соединен со средней точкой другого делителя на резисторах 30 и 31 измерительного элемента, при этом резис- ор 31 нижнего плеча делителя соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 28 а резистор 30 - с положительным полюсом выпрямителя 28. База согласующего транзистора 3 подключена через резистор 32 смещения к коллектору транзистора I3 ждущего мультивибратора 14, а база согласукицего транзис тора 6 подключена через резистор 33 смещения к коллектору транзистора 17 ждущего мультивибратора 19. Импульсный стабилизированный пре- образователь постоянного напряжения работает следукяцим образом, При включении напряжения питания на базы управляемых сопротивлений на транзисторах 16 и 21 подается через пусковой резистор 25-положительное напряжение, отпирающее эти транзисторы, что приводит оба ждущих мультивибратора в устойчивое состояние, при. котором транзисторы 12 и 17 закрыты, а транзисторы 13 и 18 - открыты. Вследствие этого на базу согл сующего транзистора 6 с коллектора закрытого транзистора 17 через резистор 33 смещения поступает отрицательное напряжение, а на базу согласующего транзистора 3 с коллектора открытого транзистора 13 через резистор 32 смещения - положительное напряжение, в результате чего оба составных переключающих транзистора 2, 3, и 5, 6 открываются и входят в режим насыщения. В дросселе 1 появлдется ток и в нем накапливается магнитная энергия. Напряжение на обмотке 8 выходного трансформатора равно нулю, так.как потенциалы средних точек накопительного дросселя 1. и емкостного делителя на конденсаторах 4 и 7 равны. Переключающие транзисторы 2 и 5 находятся в открытом состоянии очень короткое время, так как одновременно запускается симметричный мультивибратор 11 {со скважностью импульсов, равной двум). Допустим, что в первый момент транзистор 10 мультивибратора 11 закроется, а транзистор 9 - откроется. В момент заряда пускового конденсатора 23 к базе транзистора 12 ждущего мультивибратора 14 будет приложено отрицательное напряжение и транзистор 12 откроется, а транзистор 13 закроется, т.е. произойдет запуск ждущего мультивибратора 14. Ждущий мультивибратор 19 остается в том же устойчивом состояНИИ,. Если же пусковой конденсатор 22 был уже предварительно заряжен, то напряжение на нем приложится к транзистору 17 и запирающем направлении и подтвердит его закрытое состояние. Так как транзистор 13 ждущего мультивибратора закроется, то закроется и составной переключающий транзистор 2, 3 (его база будет закоро-. чена через резистор 32 смещения и резистор в цепи коллектора транзистора 13 с минусовой шиной питания). В накопительном дросселе 1 возникнет ЭДС самоиндукции. В результате напряжение на нижней секции обмотки (определяемое коэффициентом автотрансформации) накопительного дросселя 1 будет складываться с напряжением на конденсаторе 7(равном поло- вине напряжения питания) и прикладываться к первичной обмотке 8 выходного трансформатора через открытый переключающий транзистор 5. Во вторичных обмотках выходногю трансформатора (в том числе на обмотке 29) наводятся ЭДС с амплитудами прямо пропорциональными коэффициентам трансформации. Через выпрямитель 28 зарядится конденсатор фил тра и на измерительный элемент моду лятора длительности (делители на резисторах 26, 27 и 30, 31 и источ ник опорного напряжения на стабилитроне 24) поступит напряжение. Посл разряда времязадающего конденсатора 15 (до напряжения отпирания транзис тора 13) транзистор 13 открывается, а транзистор 12 закрывается и вновь оба ждущих мультивибратора 14 и 19 будут находиться в устойчивом состоянии, а переключающие транзисторы 2 и 5 - в открытом состоянии, при этом в дросселе 1 будет накапливаться магнитная энергия. В следующий полупериод формирования переменного напряжения на первичной обмотке закроется транзис тор 9, а транзистор 10 мультивибратора 11 откроется. Соответственно, транзистор 17 ждущего мультивибратора 14 откроется,так как через пус ковой конденсатор 22 к базе транзистора 17 прикладывается отрицательное напряжение. }Кцущий мультивибратор 14 остается в том же устой чивом состоянии. В результате переключаннций составной транзистор 5, 6 закроется, так как его база будет закорочена через резистор 33 смещения и открытый транзистор 17 на положительную шину питания. В накопительном дросселе 1 возникнет ЭДС самоиндукции и напряжение на верхней секции его обмотки (определяемое коэффициентом автотрансформации) будет складывать ся с напряжением на конденсаторе 4 (равным половине напряжения питания и прикладываться к первичной обмотк 6 выходного трансформатора через открытый переключанщий транзистор 2. Полярность напряжения на первичной обмотке будет противоположной п лярности напряжения в предьщущем полупериоде. После разряда времязадающего кон денсатора 20 (до напряжения отпирания транзистора 18) транзистор 18 открывается, а транзистор 17 закрывается и вновь оба ждущих мультивиб ратора 14 и 19 будут находиться в устойчивом состоянии, а переключающие транзисторы 2 и 5 - в открытом состоянии, а в дросселе 1 накапливаться магнитная энергия. В следующий полупериод весь процесс повторится и на первичной обмотке 8 будет наблюдаться переменное напряжение с паузами между импульсами. Если в установившемся режиме работы возрастает напряжение питания и, соответственно, напряжение на выходах выпрямителей (в том числе выпрямителя 28), подключенных к вторичш 1м обмоткам выходного трансформатора, то увеличатся падения напряжений на резисторах 27 и 31 измерительного элемента (два делителя на резисторах установлены с целью подбора режима работы управляемых сопротивлений на транзисторах 16 и 21 при различии их параметров). Токи коллекторов управляемых сопротивлений на транзисторах- 16 и 21 уменьшатся, так как резисторы 27 и 31 находятся в цепях их эмиттеров, а потенциал их баз постоянен и определяется стабилитроном 24. Поэтому времязадающие конденсаторы 15 и 20 будут разряжаться медленнее. Вследствие этого трацзкстор 13 будет находиться в закрытом состоянии, а транзистор 17 - в открытом большее время. Соответственно, переключающие транзисторы 2 и 5 будут поочередно находиться в закрытом состоянии большее время, а одновременно в открытом состоянии меньшее время. В результате этого в дросселе 1 будет накапливаться меньше магнитной энергии и напряжение на секциях обмотки его (когда один из переключаняцих транзисторов закрыт) будет меньшей амплитуды и сумма этого напряжения с напряжением на конденсаторе 4 или 7не изменится. Таким образом, к первичной обмотке 8выходного трансформатора будет прикладываться сумма напряжений на верхней секции обмотки дросселя 1 и на конденсаторе 4 в один из полупериодов и сумма напряжений, по другой полярности, на нижней секции обмотки дросселя 1 и на конденсаторе 7 в другой из полупериодов. При изменекии входного напряжения амплитуда импульсов напряжения на первичной обмотке 8 выходного трансформатора останется постоянной, но изменяется длительность пауз между имп льсаИспользование предлагаемого изобретения позволяет устранить намагничивание сердечника трансформатора и увеличить КПД на 3% : Формула изобре.тения 1. Импульсный стабилизированный преобразователь постоянного на пряжешгя, .содержащий накопительный дроссель, выходной трансформатор, два переключакяцих транзистора, ем костный делитель выходного напряже ния, к средней точке которого подключен один из выводов первичной обмотки выходного тргшсформатора, модулятор длительности импульсов подключенный входом к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора, одним выходом - к базе одного переключающего транзистора, а другим выходом - к базе другого переключаницего транзистора, отличающийся тем, что, с целью исключения намагничивания сердечника трансформатора и увеличения КПД, накопительный дроссел . включен по автотрансформаторной сх ме, крайние выводы накопительного дросселя через коллекторные перехо ды переключающих транзисторов под ключены к шинам питания стабилиза10тора, а средняя точка накопительного дросселя соединена с другим выводом первичной обмотки выходного трансформатора. 2. Преобразователь по п. i, о. ч а ю щ и и с я тем, что модулятор длительности импульсов состоит из мультивибратора,- используемого в качестве задающего -генератора, двух ждущих мультивибраторов,- соединенных входами с выходаьи мультивибратора через пусковые конденсаторы и имеюв х управляемые сопротивления на транзисторах в цепях- без основных транзисторов-мультивибраторов, двух делителей на резисторах в цепях эмиттеров .транзисторов управляемых сопротивлений, источника опорного напряжения в цепях без транзис торов управляе1« 1х сопротивлений, подключенных к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора. Источники, информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 591845, кл. G 05 F 1/56, 1975. 2.Электронная техника и автоматика. Сб. статей Под ред. Ю.И.Конева, ., Советское радио, 1972, вып. 3, с. 137.