Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока

 

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямитель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной связи, входом подключенный 4С выходным выводам, а выходом - к управляющему входу регулирукйцего элемента, управлякщне транзисто1ш, ка}едый из которых эмиттером соеда{нен с базой соответствующего транзистора усилителя мощности, отличающийся тем, что, с целью расширения функ1щональных возможностей путем обеспечения гальванической развязки входного и выходного напряжений и повышения надежности при коротком замыкании нагрузки путем обеспечения.автоматического выключения преобразователя, усилитель сигнала обратной связи выполнен в Виде маломощного генератора прямоугольного напряжения на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотк переключа ощето трансформатора, базоэмиттерными переходами - к дополнительным обмоткам сшювого вьпсодного трансформатора, а вход усилителя сигнала обратной связи образован средним выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенн1АШ эмиттерами транзисторных ключей, выход - выпрямителем с 4мльтрсй4, подключенным к од:юй из (Л выходных обноток переключающего трансформатора, базо-змиттерны1В пе реходы управляющих транзисторов соединены с соответствукицими выходными обмотками переключающего,ТрансфЬрматора , а коллекторы и транзисторы усилителя мощности соединены по ел txeMe с коллектором, кроме то;о го введена цепочка пуска, подключена ная к коллектору и базе одного из :о транзисторов усилителя мощности, а 4 регулирующий элемент выполнен в виде компёксациониого стабилизатора напряжения, подключенного входом к входньт выводам, выходом - к коллекторам управлякши1х транзисторов.

СООЗ СажтСНИХ

СОЦИАЛИСтИЧИжИХРЕСПУБЛИН

1 э1 С1О

4 (51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЬЩФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н asòàþñüéìþ свидетвльствм (21) 3683207/24-07 (22) 02.01.84 (46) 30.05.85. Бюл. Ф 20 (72) В. А. Поляков и Ф. И. Петровский (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 413589, кл. Н 02 М 7/52 02.04.72.

2. Авторское свидетельство СССР

В 771640, кл. 6 05 Р l/64, 06.12.76. (54) (5.7) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном трансформаторе, вторич ная обмотка которого через выпрямитель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной связи, входом подключенный к выходным выводам, а выходом - к управляющему входу регулирующего элемента, управляющие транзисторы, каждый иэ которых эмиттером соединен с базой соответствующего транзистора усилителя мощности, о т л и ч а юшийся тем, что, с цельюрасшнрения функциональных возможностей путем обеспечения гальванической развязки входного и выходного напряжений .и повышения надежности при коротком замыкании нагрузки путем обеспечения. автоматического выключения преобразователя, усилитель сигнала обратной связи выполнен в виде маломощного генератора прямоугольного напряжения на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотке переключающего трансформатора, баэоэмнттерными переходами -. к дополнительным обмоткам силового выходного трансформатора, а вход усилителя сигнала обратной связи образован средним выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенныии эмиттерами транзисторных ключей, выход - выпрямителем с фильтром, подключекным к одной иэ выходных обмоток переключающего трансформатора, базо-эмиттерные переходы управляющих транзисторов соединены с соответствующими выходными обмоткамН переключающего трансформатора, а коллекторы и транзисторы усилителя мощности соединены по схеие с общим коллектором, кроме того введена цепочка пуска, подключен-. ная к коллектору и базе одного из транзисторов усилителя мощностк, а регулирующий элемент выполнен в виде кемпенсационного стабилизатора напряжения, подключенного входом к входным выводам, выходом - к коллекторам управляющих транзисторов, . 1 11591

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания.

Известен преобразователь напряжения, например транзисторный инвертор, 5 в котором осуществляется регулирование выходного переменного прямоугольного напряжения по амплитудному значению, содержащий задающий генератор, двухтактный выходной усилитель и 10 промежуточный усилитель, в цепь питания которого включен линейный регулятор напряжения. Регулирование выходного напряжения в таком устройстве осуществляется за счет изменения тока беэ транзисторов выходного усилителя, в результате чего избыточное входное напряжение гасится на этих транзисторах jl), 30

Недостатком такого инвертора является возникновение "аварийного режима работы (перегрузка силовых элеменгов инвертора) в случае короткого замыкания нагрузки. Кроме того, в инверторе имеет место асимметрия формы выходного напряжения по амплитуде, определяемая разбросом по усилению параметров транзисторов выходного и промежуточного усилителей.

Наиболее близким к изобретению;по, техническому решению является стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на. двух 35 транзисторах и силовом выходном транс форматоре, вторичная обмотка которого через выпрямитель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной связи, входом под- 40 ключенный к выходным выводам, а выходом- к управляющему входу регулирующего элемента, управляющие транзисторы, каждый из которых эмиттером соединен с базой соответствующего 5 транзистора усилителя мощности g2), Недостаток известного устройствагальваническая связь между входом и выходом преобразователя, поэтому такой преобразователь в случае зазем- 50 ления одного из полюСов источника литания не может быть использован для питания нагрузки, которая не допускает заземления илн у которой .заземлен другой полюс напряжения. 55

Кроме того в преобразователе не обеспечивается защита силовых элементов при коротком замыкании нагрузки.

34 2

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения гальванической развязки входного и выходного напряжения и повышение надежности путем обеспечения автоматического выключения преобразователя в случае короткого замыкания нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе напряжения постоянного тока, содержащем подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном трансформаторе, вторичная обмотка которого через выпрямитель с. фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной связи, входом подключенный к выходным выводам, а выходом — к управляющему входу регулирующего элемента, управляющие транзисторы, каждый из которых эмиттером соединен с базой соответствующего транзистора усилителя мощности, усилитель сигнала обратной связи выполнен в виде маломощного генератора прямоугольног напряжения на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотке переключающего трансформатора, базо-эмнттерными переходами — к дополнительным обмоткам силового выходного трансформатора, а выход усилителя обратной связи образован средниы выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенными эмнттерами .транзисторных ключей, выход- выпрямителем с фильтром, подключенным к одной из выходных обмоток. переключающего трансформатора, баэо-эмиттерные переходы управляющих транзисторов соединены с соответствующими выходными обмотками переключающего трансформатора, а коллекторы и транзисторы усилителя мощности соединены по схеме с общим коллектором, кроме того, введена цепочка пуска, подключенная к коллектору и базе одного из транзисторов усилителя мощности, а регулирующий элемент выполнен в виде компенсационного стабилизатора напряжения, подключенного входом к входным выводам, выходом - к коллекторам управляющих транзисторов.

На чертеже приведена схема стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока.

3 1159! 34 4

Преобразователь содержит усили- разователя подсоединены силовой вход тель l мощности с транзисторами 2 и регулирующего элемента 12, а также

3 и выходным силовым трансформатором вход усилителя мощности, причем

4, выпрямитель 5 .с фильтром, выход- коллекторы транзисторов 2 и 3 и реные выводы 6 преобразователя, усили- гулирующего транзистора 13 подключетель 7 сигнала обратной связи с ны к положительному. входному выводу.. транзисторными ключами 8 и 9, пере- . Стабилизированный преобразователь ключающим трансформатором 10 и выпря- работает следующим образом. мителем )1 с фильтром, регулирующий ПУск преобразователя осуществляэлемент !2, предстазляющий собой <0 ется при кратковременном замыкании компенсационный стабилизатор напряже- нормально разомкнутого контакта выклю ния с регулирующим транзистором )3, чателя 18 цепочки )6 запуска. При управляющие транзисторы !4 и 15, этом на базу транзистора 2 поступает цепочку 16, запуска состоящую из через резистор )7 отпирающее напряже" ние, транзистор 2 приоткрывается, и последовательно соединенных резистора )5 ние транэи

18 вхо ные выво ы 1

17 и замыкающего контакта выключателя в первичной полуоб ной полуо мотке трансформа8, входные выводы 19 преобразовате- . тора 4 начинает протекать ток, в ля. результате него образуется напряжеУсилитель 1 мощности образован ние на вторичной обмотке трансформатранзисторами 2 и 3, соединенными

20 тора 4 и, следовательно, на конден-! коллекторами, эмиттеры которых подклю саторе выпрямителя 5 ° Это напряжение чены соответственно к началу и концу поступает на средний вывод переклюпервичной обмотки трансформатора 4. чающего трансформатора )О и змиттеры .

Выходная обмотка трансформатора 4 транзисторных ключей 8 и 9 усилите подключена через выпрямитель 5 к вы- лЯ 7. ПосколькУ базы транзисторных

25 ходным выводам 6. К выходным. выводам ключей 8 и 9 подключены соответствен6 подключен вход усилителя 7. Коллек- ао к началУ и концу обмотки трансторы транзисторных ключей 8 и 9 уси- форматора 4, то транзистор 9 открылителя 7 подключены к началу и концу »aT<>ý а транзистор 8 запирается, первичной обмотки переключающего 30 и на обмотках переключающего транстрансформатора 10. Базы транзистор- форматора !О формйруется положиных ключей 8 и 9 подключены к началу, тельная полуволна прямоугольного и концу обмотки трансформатора 4, а напряжения. В результате на базы средний отвод этой обмотки соединен транзисторов )4 и 15 поступает нас эмиттерами этих транзисторов. Сред-35 пряжение с полярностью, открывающей ний отвод первичной обмотки транс- Управляющий транзистор !4 и закрыформатора 10 и объединенные эмиттеры вающей управляющий транзистор 15. транзисторных ключей 8 и 9 образуют Поскольку в момент запуска напряже- вход усилителя 7. Выходная обмотка - ние на управляющем входе регулируюпереключающего трансформатора 10 под- 40 щего элемента отсутствует, то регуключена через выпрямитель )1 к управ- лирующий транзистор 13 открыт и на ляю)цему входу регулирующего элемента базУ транзистора 2 через транзисторы

12. Эмиттер регулирующего транзистора )3 и )4 поступает отпирающее напря)3 регулирующего элемента 12 подклю- жение. В момент. насыщения первичной чен к коллекторам двух унравляюп(их 45 обмотки переключающего трансформатранэисторов 14 и 15. Эмиттеры управ- тора 10 происходит изменение полярляющих транзисторов 14 и )5 подключе- ности напряжения на его обмотках. ны к базам транзисторов 2 н 3 соот« В результате управляющий транзистор ветственио. Вазы и эмиттеры управля- .14 закрывается, а управляющий транющих транзисторов 1.4 и115 подключены 50 .зистор 15 открывается, что приводит к обмоткам переключающего трансфор- к открыванию транзистора 3.и закрыматора 10, причем одна из обмоток вакию транзистора 2, и на обмотках подключена началом к базе транзис- трансформатора 4 напряжение изменяет тора 14, а вторая обмотка — началом свою полярность, в результате чего к эмиттеру управляющего транзистора Я происходит закрывание транзисторного

15, Цепочка 16 запуска подключена.к ключа 9, открывание транзисторного коллектору и базе транзистора 2. Ра- ключа 8, а иа обмотках трансформараллельно входным выходам 19 преоб горов 4 и 10 формируется отрицатель1159134 ная полуволна переменного прямоуголь" ного напряжения. Процессы формирования полуволн напряжения происходят лавинообразно, поэтому на обмотках трансформаторов 4 и 10 формируется прямоугольное переменное напряжение с хорошим фронтом. Переменное напряжение выходной обмотки трансформатора 4 выпрямляется выпрямителем 5 и поступает на выводы 6 подключения нагрузки. При уменьшении нагрузки или увеличении напряжения на входных выводах 19 возрастает напряжение на входе усилителя 7 — увеличивается напряжение на обмотках переключающего трансформатора IO, Увеличение напряжения на выходной обмотке пере" ключающего трансформатора 10 приводит к увеличению напряжения на выходе выпрямителя 11, следовательно, и на управляющем входе регулирующего элемента 12. В результате регулирующий транзистор 13 подзакрывается, и на базы транзисторов 2 и 3 через управляющие. транзисторы 14 и 15 поступает напряжение меньшее, чем напряжение источника питания. Поскольку транзисторы 2 и 3 усилителя мощности 1 включены по схеме с общим коллектором (по схеме эмиттерного повторителя), то на первичной обмотке трансформатора 4 напряжение соответственно уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выходных выводах 6 преобразователя. Таким образом, по цепи обратной связи осуществляется стабилизация выходного напряжения при изменении нагрузки и входного напряжения.

При коротком замыкании нагрузки пропадает напряжение питания генератора прямоугольного напряжения — усилителя 7, в результате управляющие

5 транзисторы 14 и !5 закрываются, следовательно, закрываются транзисторы 2 и 3 — происходит срыв автоколебательного процесса формирования переменного. напряжения на обмотках

16 трансформаторов 4 и 10- преобразователь выключается, обеспечивая самозащиту от короткого замыкания на его выходе. Резисторы и диоды, подключенные к базам транзисторов 2 и 3, обоз1S наченные на чертеже пунктиром, обес" печивают надежную работу преобразователя в условиях высокой температуры окружающей среды (50 C и выше).

Таким образом, выполнение усили26 теля сигнала обратной связи на переключающем трансформаторе позволяет использовать в качестве регулирующего элемента маломощный компенсационный стабилизатор напряжения для управле25 иия транзисторами усилителя мощности, включенными по схеме с общим коллектором, а также обеспечивает гальваническую развязку входного и выходного напряжения и одновременно самоза 11 щиту преобразователя от короткого замыкания нагрузки. Одновременно с этим силовой трансформатор преобразо» вателя, в отличие от прототипа, ра. ботает без насыщения сердечника, что

ЗЭ значительно уменьшает потери мощности преобразователя и, кроме того, позволяет увеличить частоту преобразования ориентировочно с 600- 800 Гц до

16-20 кГц.

l l59l34

Составитель Е. Финогенов

Редактор Л. Веселовская ТехредЛ.Мартяяова Корректор М.Демчик

Заказ 3605/54 . Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r ° Ужгород, ул. Проектная, 4