Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения

 

1. СТАБИЛИЗИРУЙЩЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1ЮСТОЯННОГО НАПРЯЖЕШЯ, содержащий однотактный транзистор .ный конвертор, коллектор силового транзистора которого через первичнуй обмотку силового трансформатора соединен с одной из входных клемм, а эмиттер - с второй входной клеммой , входная цепь силового транзистора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной связи и через пусковой резистор - с выходной клеммой, вторичная обмотка силового трансформатора через обрат;но включенньй диод соединена с выходными клеммйми, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход блока сравнения, второй вход которого соединен с.выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, расширения функциональных возможностей и уменьшения уровня излучаемых помех, первый вход блока сравнения соединен с одним выводом вторичной обмотки силового трансформатора через введенный резистор, а с другим выводомчерез введенный конденсатор, кроме того, выход блока сравнения соеди (Л нен с управляющим входом введенного магнитно-транзисторного блока гальванической развязки, силовые входы которого соединен с выходными клеммами, а вторичная обмотка выходного трансформатора блока гальванической развязки через выпрямитель соединена с входом силового транзистора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (}9) (! }}

4(51) Н 2 М 3 335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ilO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3657126/24-07 (22) 31.10..83 (46). 30.05.85. Бюл. В 20 (72) А.А.Бас (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621 316.722.1(088.8) (56) 1. Патент США 11 4283759, кл. Н 02 И 3/335, 11.08.81.

2.. Заявка Японии 1} 56-53944, кл. Н 02 И 3/335, 22.12.81 °

3, Авторское свидетельство СССР В 760334, кл; Н 02 И 3/335, 1980. (54)(57) 1. СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАЦРЯЖЕНИЯ, содержащий однотактный транзистор,ный конвертор, коллектор силового транзистора которого через первичную обмотку силового. трансформатора соединен с одной иэ входных клемм, ° а змиттер — с второй входной клеммой, входная цепь силового транзис" тора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной связи и через пусковой резистор — с выходной клеммой, вторичная обмотка силового трансформатора через обратно включенный диод соединена с выходными клеммами, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, расширения функциональных BosMoKBocTåé и уменьшения уровня излучаемых помех, первый вход блока сравнения соединен с одним выводом вторичной обмотки силового трансформатора через введенный резистор, а с другим выводомчерез введенный конденсатор, кроме того, выход блока сравнения соединен с управляющим входом введенного магнитно-транзисторного блока гальванической развязки, силовые входы которого соединены с выходными клеммами, а вторичная обмотка выходного трансформатора блока гальванической развязки через выпрями.тель соединена с входом силового транзистора.

1159125

2. Преобразователь по п. l, o тл и ч а ю шийся тем, что магнитно-транзисторный блок гальванической развязки выполнен в виде транзисторного ключа, коллектор которого соединен с выводом первичной обмотки выходного трансформатора, а другой вывод указанной обмотки и эмиттер транзисторного ключа соединены с силовыми выводами блока гальванической развязки, причем управляющий вход последнего связан с базой транзисторного ключа.

3, Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы реактивных

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вторичного электропитания.

Известны устройства вторичного. электропитания, содержащие самовозбуждающийся транзисторный конвертор с обратным включением. диода, к выходу которого подключено устройство сравнения 11) и (2 j.

Стабилизация выходного напряжения в этих устройствах осуществляется линейным регулированием базового тока силового транзистора от выходного напряжения устройства сравнения посредством регулирующего транзистора.

Недостатком таких устройств является отсутствие гальванической развязки между входом и выходом конвертора.

Наиболее близким к предлагаемому цо технической сущности является импульсный стабилизирующий источник постоянного напряжения, содержащий однотактный транзисторный конвертор, коллектор силового транзистора которого через первичную обмотку силового трансформатора соединен с одной иэ входных клемм, а эмиттер с второй входной клеммой, входная цепь силового транзистора соедине-, на через резистор с обмоткой положительной обратной связи н через пусковой резистор — с входной клемэлементов преобразования, вместо выходного трансформатора введен магнитно-транзисторный двухтактный генератор, а коллектор-эмиттерный переход указанного ключа эашунтирован обратным диодом.

4. Преобразователь по п. 3. о тл и ч а ю шийся тем, что двухтактный генератор подключен непосредственно к силовым выводам блока гальванической развязки, а управляющий вход последнего через резисторы связан с входами транзисторов, шунтирующих силовыми переходами базоэмиттерные переходы транзисторов двухтактного генератора.

2 мой, вторичная обмотка силового трансформатора через обратно включенный диод соединена с выходными клеммами, параллелЬно которым включен конденсатор фильтра и первый вход устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения P2 ).

Выходное напряжение регулирует1п ся за счет управляемого сокращения интервала передачи энергии, запасенной в трансформаторе конвертора, а емкость фильтра — посредством разряда дополнительной емкости че рез тиристор на обмотку трансформатора.

Однако такое устройство характеризуется недостаточно высоким KIIP, что является следствием двух причин.

Во-первых, на интервале проводящего состояния силового транзистора втори ная обмотка трансформатора нагружена на дополнительную коммутирующую емкость через диод, что вызывает необходимость в увеличении тока смещения силового транзистора для обеспечения режима автоколебаний пропорционально коммутирующей емкости. При

30 высоком входном напряжении (50-70 В) потери в пусковом резисторе приведут к заметному ухудшению КПД всего устройства. Во-вторых, переключение схемы на интервал накопления энергии в индуктивности трансформатора до окон115 чания интервала передачи энергии в нагрузку приводит к возникновению сквозного тока через силовой диод конвертора на этапе рассасывания избыточного заряда в переходе. Это не только снижает общий КПД, но и значительно повышает уровень помех, излучаемых устройством.

Кроме того, отсутствие возможности работы при малых » эках нагрузки (Т„ „,/Х„„,„„<2) и в режиме холостого хода. Объясняется это тем, что стабилизация выходного напряжения осуществляется путем дополнительного отбора мощности из сети, т.е. устройство стабилизации может только повысить напряжение относительно того, при котором цепь обратной связи отключена. При отсутствии тока нагрузки выходное напряжение неограниченно возрастает, чго при определенном значении последнего приводит к выходу из строя силового транзистора.

Целью изобретения является повышение КПД, уменьшение уровня излучаемых помех и расширение функциональных воэможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе постоянного напряжения, содержа- ЗО щем однотактный транзисторный конвертор, коллектор силового транзистора которого через первичную обмотку силового трансформатора соединен с однои иэ входных клемм, а эмиттер — c Зъ второй входной клеммой, входная цепь силового транзистора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной связи и через пусковой резистор — с входной клеммой, вторичная об-40 мотка силового трансформатора через .обратно включенный диод соединена с выходными клеммами, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый вход блока сравнения соединен с одним из выводов вторичной обмотки силового трансформатора через .введенный конденсатор, а с другимчерез введенный резистор,: кроме .того, выход блока сравнения соединен с управляющим входом введенного магнитно-транзисторного блока гальванической развязки, силовые входы которого соединены с выходными клеммами, а вторичная обмотка выходного

9125 4 трансформатора блока гальванической развязки через выпрямитель соедине- . на с входом силового транзистора.

Магнитно-транзисторный блок гальванической развязки выполнен в виде транзисторного ключа, коллектор которого соединен с одним выводом первичной обмотки выходного трансформатора, а другой вывод указанной обмотки и эмиттер транзисторного ключа связаны с силовыми выводами блока гальванической развязки, причем управляющий вход последнего связан с базой транзисторного ключа.

С целью уменьшения массы реактивных элементов преобразования вместо выходного трансформатора- введен магнитно-транзисторный двухтактный генератор, а коллекторно-эмиттерный переход транзисторного ключа эашунтирован обратным диодом.

Двухтактный генератор подключен непосредственно к силовым выводам блока гальванической развязки, а управляющий вход последнего через резисторы соединен с входами транзисторов, шунтирующих силовыми переходами базо-змиттерные переходы транзисторов двухтактного генератора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема стабилизирующего преобразователя постоянного напряжения, иа фиг. 2, 3 и 4 — варианты исполнения магнитно-транзисторного блока гальванической развязки. . Устройство содержит однотактный конвертор 1, включающий силовой транзистор 2, силовой трансформатор

j3, диод 4 и конденсатор 5 фильтра, к выходу которого подключен блок 6 сравнения,. реэистивный делитель 7, 8, синхронизирующую цепочку на конденсаторе 9 и резисторе 10 и источник Il опорного напряжения, причем выход блока 6 сравнения через магнитнотранзисторный блок 12 гальванической развязки и выпрямитель 13 связан с входом силового транзистора 2, резисторами 14 и 15, диодом.16 и конденсатором 17, а к выходу источника

11 подключена нагрузка 18.

Магнитно-транзисторный блок 12 гальванической развязки выполнен в виде транзисторного ключа 19 с импульсным трансформатором 20 и имеет следующие выводы: а, н — силовые выводы для подключения питания блока гальванической развязки; б — управ1159125

Э 0,2 мкс

7 качестве нагрузки используется блок

6 сравнения с дели1 елем напряжения

7, 8, источником l I опорного напряжения и блок 12 гальванической развязки. Максимальная частота преобразования, при которой происходит регулирование в схеме по фнг. 1 и 2, определяется из условия пропускания трансформатором 20 запирающих импульсов где 1 - период перемагничивания трансформатора 20; — время .рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора 2.

Время прямого перемагничивания, в течение которого действует запирающий импульс, определяется как 21р, . так как после перехода пилы на ниспадающий участок в течение t p комнаратор 6 продолжает оставаться в том же состоянии, и время обратного перемагничивания при удвоенном напряжении на первичной обмотке определяет" ся также величиной t>. При дальнейшем увеличении частоты (уменьшении тока нагрузки )происходит насыщение трансформатора и выход устройства из режима стабилизации.

Из выражения (2 ) граничную частоту преобразования можно определить как гр - ()

33

Для маломощных (единицы ватт} преобразователей на высокочастотных транзисторах потери на управление составляют не,менее 53 от.выходной мощности преобразователя; а время 4© рассасывания при форсированном эапит6нии не превышает 0,2 мкс. Следовательно, при полном сбросе тока нагрузки выходной ток преобраэова " теля уменьшается в 20 раэ и соответственно возрастает частота преобразования. Так, при начальной частоте

l0 кГц (I<=I частота при IнО составляет 200 кГц, а область устойчивой работы согласно выражению (31 определяется как

Из выражений (l ) и (3) можно записать условие устойчивой работы при полном сбросе нагрузки в виде

IH хх мин

g flP гр

P где f„„- максимальная частота преобразования, соответствующая нулевому току нагрузки;

Г„„„- минимальная частота, соответствующая максимуму тока нагрузки;

I - потребление тока устройст вом управления.

Для более мощных устройств доля потерь на управление снижается до

2X„ а время рассасывания увеличивается до 1-2 мкс, Из выражения (4 ) определяют мин игр —,=3,2 кГц унр импекс

Повысить минимальную частоту, а следовательно, уменьшить массу реактивных элементов -можно, исключив ограничение по выражению (2). Для этого (фиг. 3 и 4) вместо импульсного трансформатора включается магнитно-транзисторный автогенератор, который передает запирающие импульсы от компаратора любой необходимой длительности. При невыполнении условия (4 1 имеет место задержка включения силового транзистора после окончания интервала передачи энергии в емкость фильтра, а схема переходит-в режим стабилизации по прин. ципу релейного регулятора.

Элементы 16 и 17 не являются принципиально необходимыми, а используются при повышенных входных напряжениях (50-?О В ) для уменьшения мощности в пусковом резисторе 15.

Необходимо отметить, что повышение частоты при уменьшении тока нагрузки не приводит к увеличению динамических потерь, так как включение транзистора происходит при нулевом токе, а выключение — при токе, -значение. которого уменьшается пропорционально увеличению частоты преобразования.

1159125

Заказ 3605/54

Тираж Ь46 Подписное

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель E.Ôèíîãåíîâ

Редактор Л.Веселовская Техред Л,Мартяшова Корректор С. Шекмар