Однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении многоканальных вторичных источников питания электронной аппаратуры. Цель - повышение стабильности выходных напряжений. Силовой транзистор 5 открывается током через пусковой резистор 6. Напряжение на первом входе компаратора 19 равно разности напряжений опорного источника 28 и напряжения на резисторе 33 и пропорционально току в первичной цепи преобразователя. Напряжение на выходе истокового повторителя 26 пропорционально выходным напряжениям каналов. При равенстве напряжений на входах компаратор 19 срабатывает , что ведет к открытию запирающего транзистора 17 и форсированному закрытию силового транзистора 5. Во время передачи энергии, накопленной в выходном трансформаторе, в нагрузку 5 (/; g - 000 СлЭ О ел фиг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1 0 15

А1 (51) 4 Н 02 М 3/335

grrrr р;иq

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3985207/24-07 (22) 09.12.85 (46) 15.08.87. Бюл. Ф 30 (7?) И.И.Филиппов и В.П.Фоминых (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1056391, кл. Н 02 M 3/335, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1275691, кл. Н 02 И 3/335, 1985. (54) ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении многоканальных вторичных источников питания электронной аппаратуры. Цель — повышение стабильности выходных напряжений. Силовой транзистор 5 открывается током через пусковой резистор 6. Напряжение на первом входе компаратора 19 равно разности напряжений опорного источника 28 и напряжения на резисторе 33 и пропорционально току в первичной цепи преобразователя. Напряжение на выходе истокового повторителя 26 пропорционально выходным напряжениям каналов. При равенстве напряжений на входах компаратор 19 срабатывает, что ведет к открытию запирающего транзистора 17 и форсированному закрытию силового транзистора 5. Во время передачи энергии, накопленной в выходном трансформаторе, в нагрузку

1330715 запирающий транзистор 17 удерживается в открытом состоянии напряжением обмотки 20. Измерительный конденсатор

22 подгружается резистором 23 через шунтируюший транзистор 24, что устраняет его подзаряд за счет коммутационных всплесков напряжений на обмотках выходного трансформатора 1. Скорс.ст< изменения напряжения на первом вхо, компаратора 19 пропорциональна скорости изменения тока в первичной цепи презбразователя, что позволяет достичь инвариантности выходных напряжений относительно входного напряжения. Ро время запуска и при перегрузках ти <х );с)«»л:. напряжения ниже номинального, и с ()7<7<« t tit«atttt< компаратора 18 и ;it<()ttvtt< ctt:(ового транзистора 5 происхо,l!T по<.ле достижения напряжением на зб)лотке 36 тр7нефор".«атора тока 4

И «обрс:т нпе относится к электротс. ;ни» ° и и:)жет быть использовано tt<) этоp t÷ø» t<сточниках питания электт)оино» 7t l),)р» туры, Цсль i<зс)брс тети«я — повышение стаби.<ьности .:ыходньк напряжений.

Il,«фиг. ) ttë<7áp7æåí7 принципиальна)! электрическая схема предлагаемого стабилизированного преобразователя tt<)

«ько,7)ськ напряжений (а) и в режимах запуска ii перегрузки (б), при этом индексы при перемепньк соответствуют н.)лс«p> "-,емснта схемы, приведенной на фиг. 1. ((цнотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения с.)держит тико,<н трансформатор 1, первичная обмогка " которого подключс на к вход им в»и«одам для подключения источника питания через первичную обмотку 3 трансф )рматора 4 тока и силов«« гp 1!!зистор 5, к управляющему входу которого подключены пусковой узел в виде резистора б и базовая обмстк,« 7 через базовые диод 8 и резистор 9, «ькодные обмотки 10.1 — 10.п чс. ре 3 е«ып())тм)ст .льные диоды 1 1, 1

:!

1б

30 напряжения на первом входе ко<лиаратора 19. Канал управления по возмущению мгновенно реагирует на изменение входного напряжения, не давая отклониться выходным напряжениям, эа счет того, что при увеличении входного напряжения увеличивается скорость нарастаний напряжения на обмотке 3 трансформатора тока 4, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости изменения напряжения на первом входе компаратора 19 и уменьшению (увеличению) длительности открытого состояния силового транзистора 5, пропорционально входному напряжению. Цепь обратной связи в данном преобразователе дополнительно повышает стабильность вькод) ого напряжения эа счет компенсации (уменьшени)с) погрешности управления по возмущению. 2 ил.

11.п подключены к сглаживающим конденсаторам 12.1 — 12.п и выходным вывода, для подключения нагрузок 13.1

13.п. Управляющая обмотка 14 выходноt-n трансформатора 1 через первый диод 15 подключена к накопительному конденсатору 16, соединенному с управляющим входом силового (patt «crops 5 через запирающий транзистор 17. к управляющему входу которого через первый резистор 18 подключен выход компаратора 19, выполненного по схемe а»алога однопереходного транзистора.

К измерительной обмотке 20 выходного трансформатора 1 через второй диод 21 подключен измерительный конден атор

22, к которому через второй резистор

23 подключен шунтирующий транзистор

24, управляющий вход к )торого соединен с измерительной обмоткой 20 вьтходного трансформатора 1 через третий резистор 25. Истоковый повторитель 26 подключенный через трет зй диод 27 к управляющей обмотке 14, входом соединен с измерительным конденсатором 22 ° Источник 28 опорного напряжения включен параллельно истоковому повторителю 26 через четвертый резистор 29, К второй обмотке 30 трансформатора 4 тока подключены пятый ре3 1 ". з»с т ст т ll через тетвертый диод 32 шестой резистор 33, один вывод которого соединен также с источником 28 опорного напряжения, а другой — с первым входом комттлрлторл 19. 1 другому входу компаратора 19 подключены через разделительные диоды 34 и 35 выход истокового повторителя 26 и третья обмотка 36 трл»сформатора 4 тока. Управляющий вхс д запирающего транзистора 17 соединен также с измерительной обмоткой 20 вьгсоq»oro трансформатора 1 через пятый диод 37 седьмой резистор 38.

Устройство работает следующим об— разом, Открытие силового транзистора 5 током через пусковой резистор 6 в момент времени со (фиг. 2а) приводит к появлению тока через »ервую обмотку 3 трансформатора 4 тока и первич»ую обмотку 2 ттыходного трансформатора и напряжений на обмотках 2, 7, 10, 14 и 20, полярность которых показана на фиг. без кобок.

Запирающий транзистор 17 закрыт, и ток, протекающий через базовую обмотку 7 выходного трансформатора 1, удерживает силовой транзистор 5 в открытом состоянии. Нагрузка 13 отключена от выходного трансформатора выпрямительными диодами 11. В выход ном трансформаторе 1 происходит накопление электромагнитной энергии, и ток через силовой транзистор 5, первичную обмотку 2 выходного трансформатора 1 и первую обмотку 3 трансформатора 4 тока линейно возрастает.

Накопительный конденсатор 16 заряжается по цепи: управляющая обмотка 14 — диод 15 — накопительный Ko» денсатор 16. Шунтирующий транзистор 24 закрыт, так как к его управляющему переходу приложено напряжение запирающей полярности измерительной об— мотки 20.

Напряжение на измерительном конденсаторе 22 пропорциональ»о напряжениям выходных каналов преобразователя в предыдущем периоде и остается неизменным на данном интервл; е времени, так как измерительный кондсн-.атер 22 подключен лишь к высокоомному входу истокового повторителя 26.

Напряжение на обмотках 36 и 30 трансформатора тока, а следовательно, ттл реэистсре 33 пропорционально току, протекающему через обмотку 3

30715.лнсформлтс.рл 4 т .кл, » ли»с й»о воэрл,.л.: т. Нлпряже»ие»л»ерром входе к тмттлрлторл 19 рлттн< разности опор5 нс гс напряжения нл;.Стт ч»ике 28 и на;рнжентт т нл ре тис1ор 33 и лтт»ей»о уменьш; =тс я. h»омттнлльном рс жиме лботы прсс:.)pлэог;-теля нл»ряже»и» нл

Обмотке 36 грансформлторл 4 тока

МЕНЬШЕ, ЧЕМ ВЫХОДНОе НЛ»РЯжЕНИЕ ИСтокс вого понт. тттеля 26, в резуль-. т те чего диод 35 закрыт и к второму входу компаратор;т 19 прикладывлется в:,",; одное»:.ттт1яжс»»e истоковс го пс втортттеля 6. кс. горое пропорцтт<тньтbllo напряжениям выходных клналог. т реобрлэовлтеля. ! т момент ттреметттт L напряжс.тттте нл

f первом вхсде комплрлтора 19 спадает

2p о уровня напряжения нл выходе исто— тсоттого повторителя 26 » происходит с рлбст гьтвлнтте комплратора 19, что вел-.т к лоя влеттттто тока через управляющий пере..< ..д эапирлтсштего трлнз»с то25 ра 17, последний открывается, и члпряжение нлкс ттителт.ттого конденсатора

16 приклл,;ывлется к управляющему перех ду силового трлнзистора 5, котопт т т ф срсировст»»О . т;ткгьтв.т тся, Н lпря

-;т же,ттте»а Обттоткэх вых .тного тРл»сфоРмлторл 1 меняет свой знак (подяр.ностт, в скобках) и зл»ир;ющий трзнтор 1 7 удержттвлет<-. я в открыт Ом с остсянии напряж еттием об тотки 20, при35 ложеттным к управ. тяк тцему переходу через диод 37 и резистор 38. Tnl в обмотке 3 трансформатора 4 тока спадает до нуля, а ток намагничивания трансформатора 4 тока замыкается че40 реэ обмотку 30 и резистор 3 1.

С момента времени t энергия, накопленная в выходном трансформаторе 1, передается в конденсаторы 12 и ?2 и нагрузку 13. Одновременно от45 крывается транзистор 24, шунтирующий через резистор 23 измерительный конденсатор 22. Напряжения на сглаживающих конденсаторах 12 и измерительном конденсаторе 22 пропорционапьны

50 коэффттциентлм трл»сформации между обмотклми 10 и 20 (эл вычетом »ллений нл»ряжений на диодах 11 н 21) . Подггуэка измерительного конденсатора 22 резистором 23 на время передачи энергии от выходного трансформатора в нагрузку 13 устраняет его подзлряд зл счет коммутационных всплесков Напряжений на обмотках трансформатора 1, л следовательно, устраняет вно1330715 симую при этом ошибку в точность под-держания выходных напряжений.

К моменту времени t энергия, накопленная в выходном трансформаторе 1, полностью переходит в нагрузку. Напряжение на обмотках 2, 7, 10, 14 и 20 выходного трансформатора 1

còя е>ое>и rc я раВегьЕм ееулю и транзисто ры 17 и 2 эякрывяюгся. Силовой тр!. >— зисе ор 5 под дейстг>ием тока, проте- 10 кяющего через пусковой резистор 6, открывается, и процессы в устройстве повторяются.

При увеличении (уменьиЕении) напряжений выходных каналов увеличивается 15 (у>I! ИЕ,ш>етс.я) нягеряжение на измерите.,Еь!Еом к,>нденгят.>ре 21 и на выходе ист 1!с ое>ого повторителя 26, что ведет к умс..ньюс:нию (увеличс !!!1!о) времени открытого состояния силового транзис- 20 тора 3 и умеиьшеник! (увеличению) энергии, накапливаемой в выходном трансформаторе 1 и оответствснно уменьшению (увеличениЕо) напряжений на выходных каналах преобразователя. Таким 25 образом осуществляется стабилизация выходных напряжений предлагаемого одпогяктного стабилизированного преобр, з вят;.;Ея г>остс>явного напряжения при

II It е>еи и! нагрузки. :C

1!Р и # I-.>ëè.Iå HIIH (уме ньше нии) вход!!>II О Е! Я !1Е>ЛЖС НИЯ у ВЕ1!ИЧИВа ЕТСЯ (У МЕН о !!!я>= гся корость нярястяния тока в первичнс>й обмотке 2 выходного трансформатора 1 и об..еотке 3 трансформато- З5 ря 4 тока, Ето ведет к увеличению (.мс .,!!!с нию) скорости спадания напряжс:Ееия ня пеовом входе компаратора 19 и уменьшению (увсличению) длительности открытого с ос тоя е1ия силового тран-,10 эЕи:торя 5 проЕЕорци няльно изменению входн 11 t> напряжения. I яким образом, обеспечивается инез.срияЕЕТ>!осте. выходных напряжений преобряэс:вятеля входе ого напРяжения H па-45 дения няпряжсния ня силовом транэисгог>)с.

Срябатывани есомпяр.!тора 19 героисходит в момент времени при равенстве

IIяпряжений ня его I:.êîäàõ. 50

 —, «Ремя япускя и пр» перегрузк,1х

:.Е:;>п„о напряжен>ея ниже номинальное-о, и ряба еывяние компяряторя 19 и

>я.;püë еЕе сиЕЕов,>го транзистора 5 происх дят в момент времени t, (фиг. Q)

1ot11Ie достижения напряжением на обмот

1рян форматора 4 тока напряже Е1И я ня пе>рвом входе It QMTIc3pBTopG 1 9 °

В результате этого происходит ограничение тока в первичной цепи преобразователя.

Предлагаемый преобразователь обладает большей стабильностью выходных напряжений при изменении входного напряжения эа счет применения комбинированной системы управления, т.е. управления по отклонению (сигналом ! обратной связи) и по возмущению (сигналом, пропорциональным изменению входного напряжения).

В предлагаемом преобразователе канал управления по возмущению включает в себя трансформатор 4 тока (фиг. 1), первая обмотка 3 которого включена последовательно с первичной обмоткой 2 выходного трансформатора 1, а напряжение второй обмотки 30 суммируется с опорным напряжением источника 28 и сравнивается на компяраторе 19 с выходным напряжением истокового повторителя 26, пропорциональным выходным напряжениям каналов.

Канап управления по возмущению мгнс>венно реагирует на изменение входного напряжения, не давая отклониться выходным напряжениям, за счет того, что при увеличении (уменьшении) входного напряжения увеличивается (уменьшается) скорость нарастания напряжения на обмотке 3 трансформатора 4 тока, что ведет к увеличению (уменьшению) скорости изменения напряжения на первом входе компаратора 19 и уменьшению (увеличению) длительности открытого состояния силового транзистора 5, пропорционально входному напряжению. Цепь обратной связи в предлагаемом преобразователе дополнительно повышает стабильность выходного напряжения за счет компенсации (уменьшения) погрешности управления по возмущению (токовой нестабильности внешней характеристики, термонестабильности и т.д.).

Формула изобретения

Однотактный стяоилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого включена в выходную цепь силового транзистора, к управляющему входу которого подключены пусковой узел и цепь базовой обмотки, содержащая базовые диод и резистор, выходные обмотки соединены через выпрямительные диоды

1330715 и сгла,к г, ющ.i конденсаторы с в.модными выводами, управляющая обмотка через первый диод подключена к накопительному конденсатору, соединенному с управляющим входом силового транзистора через запирающий транзистор, управляющий вход которого через первый резистор подключен к выходу компаратора, измерительный конденсатор подключен через второй диод к измерительной обмотке, соединенной одним выводом с управляющей обмоткой, цепь истокового повторителя подключена через третий диод к управляющей обмотке, а вход соединен с одним из выводов измерительного конденсатора, зашунтированного через второй резистор шунтирующим транзистором, управляющий вход которого соединен с вторым выводом измерительной обмотки через третий резистор, источник опорного напряжения, подключенный параллел;.но цепи истокового повторителя через четвертый резистор, первый и второй разделительные диоды, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности выходных напряжений, введен трансформатор тока, первая обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а вторая обмотка трансформатора тока эашунтирована пятым резистором и через четвертый диод — шестым резистором, один вывод которого соединен с источником опорного напряжения, а другой вывод — с первым входом компаратора, к второму входу которого подключены через разделительные диоды выход истокового повторителя и первый вывод третьей обмотки трансформатора тока, второй вывод которой соединен с другим выводом измерительного конденсатора.

Vz Vri Ощ Уд Ll gg ь V i Vnr Vw e

И

Составитель Т ° Ершова

Редактор E.Êîï÷à Техред И.Верес Корректор В.Бутяга

Заказ 3590/55 Тираж 659 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