Стабилизированный однотактный преобразователь

 

Изобретение относится к элек т рсг технике и молсет быть использовано в системах вторичны х источников пита : - /.. - -, J 21 lit 7 I. /5 --{«liSJ 7p- I i . о -с- -- сг I ргть :: o iT eTC i:i i - повышение ;./. г пеобразоЕаталя путем по- :ч: :г,;: ;;:-хоус ; омчивости и обеспе ,,--1янс о Устр-во со- - -ч. транзистор (Т) 1. вы- :: ba -JC- bopf-OTOp (Тр) 2, Широт- : ; :ье-п- 1 модулятор с Тр 9 управпроуодимостью Т 6 через схему ; ;Я 5 и обеспечивает гальваниразвязку зыхоцного напряжения лу обратной связи от источника , Изменение проводимости Т 6 сгепечь подмагничивания Тр-9, скважность импульсов ;, ;1раг;. -: ниил Т к стабилизируется вы- xo;u;: jc на;Т|ЭЯАение. В устр-во введены допо: н; Т льная обмогка 22 Тр 9, трак- ЗНС7СОЫ 14 и 16 5 формирзлоаще плавную пусковую характерглстику и исключающие j oKHbie иьшульсы включения Т 1, обрг зующпеся в некоторых режимах работьь i з.п.ф-лы, 3 ил, ,,..,„...., а СП ,..,..-.-O

i с!!

j й31 д повышение г „

«r + 1: !7 гООУДАрстнЕн,1ый кОМ;::". - О;:ОПО ДЕЛАМ ЙЗОБР!ЕТЕ!!/! !1 О РЬ! . i (21) 3"=.62959/2- -"".. (22) 04:.03.8" (46) 07 01 ;7, Бю.-, (71) Уральское от-.,е.ген-.-.-.е Вс: с-.;. зп-,га

НаУЧНО-ИС ЛЕДОВатЕЛЬСКО1го тнл i !« -1,1 железнолорожногс транспорта (72) Б.С. Сергеев, В.И. Голови:. и A.И. Галеев (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 883883, кл. С 05 Р 1/56. 1980

ЗТвА./Под ред. 1О.И. Конева, Сов,радио, 1980, tl 11„ с.27, рис:..2.

Высо!/Ог-:.!".!:. :.тивные источн.:;и и системы в Ори пIОГО злектропитания Р /А.

N. IÙã1IÏ., 1983, с, 71,. рис. 1, (54) СТАБИП!ИЗИ "ОБАНП!!.!!г! ОПИОТАКiТ. - 1! l ПРЕО ВРАЗОВ l ТГЛЬ (57) Изобретение Отнес.".тся к элек г-ро— технике и можа; !! 1гь испn;:ьзов;но в системах вторичн1!к источникОв пит=..,п.,:о "-.;:..г.-,ля п-, гем по:.:Ч ItIIIC C 1 II 11 ООЕСПЕ-; у! :а, Устр-Bo со"в и 1з1;cò i-. р (Т) 1, вы .; о.! .."-,;г"ор (Тв) 2. !Пивот— .Олу: —.-!тор с Тр 9 управ:,1!з:në:1:.î-."ò:I«t i 6 через схему сл -.в::,:., и осеспечивает гальванич; — ..1:., развязку -.;:-,:.Одного напряжения

1,.:а;,";.Орагн11! Связи от источника л:I г. -; .. . . 3. !енениз пр/оводимости T 6 1::» г» е;!Онь I опм;гничивания Тр 9 и ":г !. =:::тсз г:к!1ажность импульсов и С1асзилизируется вы1=; а!!1!111жеH . å. В устр-BO введены

; —,;,-:-;;-,:: ".=-: —.-ь.1а11:- д, огка 2. Тр 9, транзис:с./.; !- и 16, формирующие плавную п . — 1;.-. :", характер!.стIПК1 и исключаю-!!1::".:... ::и: =::-г..—.у;;ьс1-! вк1почения Т 1, образу!а/1-;еся в некоторых режимах pat..оты. i з, ",, i d!-лы 3 ил, -- 1

12822

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника вторичного,электропитания различных устройств автоматики, электроники и вычислительной техники.

Цель изобретения — повышение надежности в работе путем повышения помехоустойчивости и обеспечения плавного запуска. 10

На фиг,1 и 2 приведены схемы двух вариантов однотактного преобразователя напряжения; на фиг,3 — временные диаграммы его работы. (5

Однотактный преобразователь содержит силовой транзистор 1, в коллектор которого включена первичная обмотка силового трансформатора 2, вторичная его обмотка через выпрямитель 3 и фильтр 2р

4 подключена к нагрузке U и схеме

5 сравнения. Выход схемы 5 сравнения соединен с базой и эмиттером управляющего транзистора 6, к коллектору которого подключен управляющий диод 25

7, а к эмиттеру — управляющая обмотка 8 модулирующего трансформатора 9, Первичная обмотка 10 этого трансформатора соединена началом через ограничивающий резистор 11 с потенциаль- З0 ным полюсом источника питания +Е„, а концом через коллекторно-эмиттерный переход модулирующего транзистора

12 — с его общим полюсом. База транзистора 12 подключена к прямому вы— ходу Е „ задающего генератора 13.

Эмиттер первого дополнительного транзистора 14 соединен с общим полюсом источника питания, его коллектор— с катодом дополнительного диода 15. gp

Эмиттер второго дополнительного транзистора 16 соединен с общим полюсом источника питания, а его база — с инверсным выходом задающего генератора 13. База транзистора 14 подключена qg к катоду первого разрядного диода 17 и через конденсатор 18 конденсаторнорезистивной цепи — к точке соединения анода второго разрядного диода 19 и резистора 20, другой конец которого и катод диода 19 подключены к потенциальному полюсу источника питания

+Е 1. База силового транзистора 1 соединена с выходом усилителя 21 импульсов, а эмиттер — с общим полюсом уси- лителя 21 и источника питания.

Анод дополнительного диода 15 (фиг.1) соединен с концом дополнительной выходной обмотки 22 транс82 2 форматора 9, начало которой подключено к общему полюсу источника питания. Коллектор транзистора 16 соединен с входом усилителя 21 и с катодом диода, которым в этом варианте является выходной диод 23, анод которого подключен к началу выходной обмотки 24 модулирующего трансформатора 9, концом соединенной с началом обмотки 22 того же трансформатора °

Катод диода 25 (фиг,2) подключенк коллектору первого дополнительного транзистора 16, а анод соединен с началом дополнительной выходной обмотки 26 трансформатора 9, концом подключенной к общему полюсу источника питания. Анод диода 15 соединен с катодом выходного диода 27 и концом выходной обмотки 28 трансформатора

9, а катод — с входом усилителя 21 импульсов. Начало обмотки 28 подключено к общему полюсу источника питания.

На фиг.3 изображены эпюры: ток коллектора транзистора 12, iä„ток через диод 7, U, выходное напряжение усилителя 21, U „ — напряжение на базе силового транзистора 1 (условно показано прямоугольной фор мы), Однотактный преобразователь напряжения работает следующим образом.

В установившемся режиме работы дополнительный транзистор 14 закрыт и не влияет на работу схемы. Аналогично закрыты диоды 17 и 19, по резистору

20 ток не протекает и конденсатор 18 заряжен примерно до напряжения Е,.

Рассмотрим режим непрерывных токов магнитного сердечника модулирующего трансформатора 9, так как только при его наличии реализуется линейная модуляционная характеристика модулятора, которая требуется для обеспечения требуемых запасов устойчивости системы стабилизации выходного напряжения однотактного преобразователя.

В установившемся режиме работы на базу силового транзистора 1 с выхода усилителя 21 импульсов поступает последовательность импульсов, которой в соответствии с характеристиками схемы 5 сравнения соответствует определенное выходное напряжение U . Схема

Н

5 сравнения вырабатывает определенный сигнал рассогласования, благодаря которому управляющий транзистор

12822 раГ>о лет в»1>>ейном режиме и эквива>и нтен активному гезистору.

При включении мопулирующего транзистора 12 сигнал1>м синхронизации Е зг в колле>;, вЂ,->ется ток, амплитуда импульса которого (коллекторного тока) определяется величиной Е„ и индуктивностью обмотки 10. После окончания импульса Е, транзистор 12 за- 10

А1 пирается, его коллекторный ток прекращается и в силу непрерывности магнитного потока накопленное значение тока открывает управпяющий диод 7 (из-за смечы полярности напряжения на обмотке 8). Оно прикладывается к работающему в линейном режиме управляющему транзистору 6. Для режима непрерывных токов трансформатора 9 время полного разряда индуктивности обмотки 8 всегда больше чем длитель15

20 ность паузы между импульсами синхронизации Е„,, поэтому к концу паузы магнитное поле сердечника трансформатора 9 не исчезает. Следующее включение транзистора 12 импульсом Е зг а следовательно, и нарастание его колпекторного тока произойдет не с

На входе усилителя 21 импульсов имеется напряжение, функционально зависящее от тока обмотки 10 (как 55 напряжение на линейной индуктивности в последовательной активно-индуктивной цепи), а именно имеющее вид: показанный на эпюре U, временных дианулевого значения, а с величины остато него -ока обмотки 8. Это показано на временных диаграммах фиг.З на эпюрах i,,ги :i+,, где величина

I „ соответствует начальному току коллектора транзистора 12, à Iä остаточному току обмотки 8 трансфор- 35 матора 9.

В зависимости от степени открытия управляющего транзистора 6 изменяется и значение тока Х „, а следова-, тельно, и I, что приведет к верти- 40 кальному перемещению линии наклона разрядного тока вторичной обмотки (на интервале времени t — см. фиг.З). Будет перемещаться и линия наклона тока коллектора i (на

К>г

45 интервале г., — см.фиг.З). Изменениями величины сигнала рассогласования схемы 5 сравнения можно регулировать это перемещение, что показано пунктирными линиями на временных диаграм- 50 мах фиг.З.

82 4 грамм фиг ° 3. Причем увеличению или, что равносильно >.,> соответстгует уменьшение амплитуды импульса

Выбором соответствующей величи > 1

»b1 порогового напряжения U,,„, (эпюра

U г> фиг.З) можно получить на выходе усилителя 21 широтно-модулированную последовательность импульсов, которая управляет работой силового транзистора 1 и показана на эпюре U, временных диаграмм фиг.3 (условно напряжение показано в прямоугольном виде). Как видно, длительность открытого состояния силового транзистора

1 составляет, (фиг.Ç) и в зависимости от величины выходного сигнала может меняться от t до нуля. Следо1 вательно, изменения тока а Т (эпюра фиг.3) приводят к изменениям л?к (эпюра i„,ä фиг.З) тока коллектора транзистора 12, что влечет за собой изменения ЛП (эпюра U 1. фиг.З) выходного напряжения усилителя 21, а также время at широтно-модулированной последовательности импульсов (эпюра U ôèã. 3) . !

Схема, изображенная на фиг.2, работает аналогично, только эпюра напряжения U,,(фиг. 3) имеет другую (отрицательную) полярность.

В режиме пуска управляющий транзистор 6 заперт. Амплитуда импульсов

П,максимальная, следовательно, — (временные диаграммы фиг.3). Йодулятор работает с максимальной скважностью до тех пор, пока на выходе схемы 5 сравнения не появится напряжение, приоткрывающее управляющий транзистор 6. В этом режиме работающий с максимальной скважностью однотактный преобразователь стремится как можно быстрее зарядить конденсаторы выходного фильтра 4, а это приводит к возникновению больших пусковых токов преобразователя, а значит, и силового транзистора 1.

В схеме фиг. 1 в режиме пуска при включении первичного напряжения Е„ происходит заряд конденсатора 18 через резистор 20. Появляется базовый ток дополнительного транзистора 14, который, открываясь, замыкает через диод 15 обмотку 22 (или 28 для схемы фиг.2) модулирующего трансформатора 9. Время замкнутого состояния ее и закон установления запирания транзистора 14 зависит от параметров резистора 20, конденсатора 18 и коэф1282282 фициента усиления транзистора 14.

Этим транзистором имитируется замыкание управляющего транзистора 6 пока он находится в запертом состоянии.

Подбором параметров PC-цепи (20 и 18) можно выбрать такой режим изменения скважности в момент пуска преобразователя, что пусковые токи будут приведены к заданной норме. Таким образом, схема устраняет значительные пусковые токи однотактного преобразователя.

При случайном или преднамеренном кратковременном пропадании первичного напряжения Е „ для быстрого разряда конденсатора 18 служит цепь из разрядных диодов 17 и 19, разряжающих конденсатор 18 на источник пита— ния с нулевым напряжением (или достаточно малым). Этим достигается воспроизводимость заданной пусковой характеристики преобразователя при отключениях первичного питания на любую длительность, даже очень малую.

В некоторых режимах работы, например, при коммутации тока нагрузки, ко лебаниях питающего напряжения и т.п., управляющий транзистор 6 может быть полностью заперт. При этом дополнительный транзистор 14 тоже закрыт., так как процессы установления питания закончились. Индуктивность обмотки 8 трансформатора 9 разряжается на очень большое активное сопротивление запертого транзистора 6. Время ра.эряда индуктивности обмотки 8 ставится малым, существенно меньшим чем время t . Амплитуда импульса напряжения на обмотке 8 значительно увеличивается. Образуется высокодобротный колебательный контур, обусловленный индук тивностью намагничивания модулирующего трансформатора и емкостями запертых полупроводниковых приборов, монтажа и т.п. Возникает паразитный ко— лебательный процесс, начинающийся от воздействия импульса большой амплитуды разряда индуктивности обмотки

8. Через 0,5 периода паразитных колебаний (в пределах времени t ) на2 пряжение на обмотке 8 сменит свою полярность, что приведет к появлению на обмотке 24, а следовательно, и на входе усилителя 21 импульса напряжения, который будет по полярности, совпадать с полезным сигналом инАормации, возникающим во время

Это приводит к ложному включению

Фо рмул а

g5 щий резистор и моцулирующий транзистор, база которого подключена к прямому выходу задающего генератора, а выходная обмотка модулирующего трансформатора через диод подключена к входу усили-

26

ЗО силового транзистора 1. В зависимости от параметров параэитного колебательного контура таких ложных вк.inoчений силового транзистора 1 может быть несколько. Для исключения этого явления в схеме преобразователя имеется дополнительный транзистор

16, управляемый инверсным импульсами синхронизации Е>, генератора 13. Управление происходит так, что открытым состоянием транзистора 16 замыкается или вход усилителя 21 (для схемы фиг.1), или шунтирующая обмотка 26 (для схемы фиг.2) на время . Этим паразитные колебания после 0,5 периода шунтируются и исключаются принципиально из процесса функционирования схемы.

Таким образом, шунтированием обмотки модулирующего трансформатора

9 исключаются паразитные колебания и устраняется возможность их влияния на работоспособность однотактного преобразователя.

Следовательно, в предлагаемом устройстве однотактного преобразователя достигается формирование пусковой характеристики определенной заданной параметрически формы, достигается быстрое восстановление схемы формирования пуска, а также исключается появление ложных импульсов включения силового транзисто а 1. изобретения

1. Стабилизированный однотактный преобразователь, содержащий усилитель импульсов, выходом соединенный с базой силового транзистора, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка силового трансформатора, а вторичная обмотка через выпрямитель и фильтр подключена к а цепи нагрузки и входу схемы сравнения, выход которой подключен к входу управляющего транзистора, подключенного через управляющий диод к управляющей обмотке модулирующего трансформатора, причем первичная обмотка модулирующего трансформатора подключена к потенциальному полюсу источника питания через ограничиваю1282282 иг. темя импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности н работе путем повышения помехоустойчивости и обеспечения плавного запуска, в него введены дополни- 5 тельная выходная обмотка модулирующего трансформатора с диодом и два дополнительных транзистора, каждый из которых через диод подключен к соответствующей выходной обмотке моду- 10 лирующего трансформатора, причем база.первого из них через последовательную введенную RC-цепь соединена с потенциаль.ым полюсом источника питания, а база второго — с инверсным выходом задающего генератора.

2, Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что введены два разрядных диода, один из которых включен параллельно резистору указанной RC-цепи, а другой — параллельно управляющему переходу первого транзистора, причем оба диода включены в направлении, обратном по отношению к управляющему переходу второго транзистора.

1282282

Составитель И. Войтович

Редактор С.Патрушева Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 7282/55 Тираж бб1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4