Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных.источниках электропитания малой мощности. Цель изобретения - повышение.КПД и стабильности выходного напряжения. Стабилизирующий преобразователь содержит трансформатор 1, имеющий первичную 2, вторичную 5, базовую 9 и дополнительную 12 обмотки. Цепь отрицательной обратной связи 14 содеряД1т источник опорного напряжения 15, резистивный делитель 16 и операционный усилитель 17. Подключение выхода операционного усилителя 17 к базе транзистора 3 обеспечивает дополнительный ток перезаряда конденсатора 10 в базовой цепи от низковольтного источника, что позволяет существенно увеличить значение запускающего резистора 23 и тем самым снизить суммарные потери мощности. Переключение транзистора 3 происходит под воздействием регенеративного процесса, форсированно, без ограничения запирающего напряжения, что уменьшает длительность выключения и потери в преобразователе. 2 ил. (Л

ÄÄSUÄÄ 1398046 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4157682/24-07 (22) 08.12.86 (46) 23.05.88. Бюл. В 19 (72) В.П.Борисов (53) 621.314.057 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 522943, кл. H 02 И 3/335, 1973.

Патент США и 4005352, кл. 321-19, 1980. (54) ОДНОТАКТНЬП1 СТАБИЛИЗИРУЮЦИП

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных. источниках электропитания малой мощности. Цель изобретения — повьппение.КПД и стабильности выходного напряжения. Стабилизирующий преобразователь содержит трансфсрматор 1, имеющий первичную 2, вторичную 5, базовую 9 и дополнительную t2 обмотки. Цепь отрицательной обратной связи 14 содержИт источник опорного напряжения 15, резистивный делитель 16 и операционный усилитель 17.

Подключение выхода операционного усилителя 17 к базе транзистора 3 обеспечивает дополнительный ток перезаряда конденсатора 10 в базовой цепи от низковольтного источника, что позволяет существенно увеличить значение запускающего резистора 23 и тем самым снизить суммарные потери мощности.

Переключение транзистора 3 происхо-. дит под воздействием регенеративного процесса, форсированно, без ограничения запирающего напряжения, что уменьшает длительность выключения и потери в преобразователе ° 2 ил.

1398046

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания малой мощности .расс

5 считанных на применение в сетях постоянного тока с большим диапазоном изменения питающего напряжения.

Цель изобретения -- павьппение КПД и стабильности выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие работу схемы.

Стабилизирующий преобразователь содержит трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2, подключенную через транзистор .3 к входным выводам

4 преобразователя, вторичную обмотку

5, подключенную через первый диод 6 к выходу 7 преобразователя, шунтиро- 20 ванному первым конденсатором 8, базовую обмотку 9, подключенную через последовательно соединенные второй

I конденсатор 10 и резистор 11 парал- лельно эмиттерному переходу транзис-- 25 тора, дополнительную обмотку 12, подключенную через второй диод 13 к входу цепи 14 отрицательной обратной связи, содержащей источник 15 опорного напряжения, резистивный делитель 30 .16 и операционный усилитель 17, причем выход последнего подключен через ограничивающий резистор 18 к базе. транзистора 3. Общая точка базовой и дополнительной обмоток соединена через четвертый конденсатор 19 с ка35 тодом третьего диода 20 и анодом четвертого диода 21, катод которого сое-. динен с положительным выводом питаНия- операционного усилителя .и вывоДом третьего конденсатора 22. Между базой и коллектором транзистора включен запускающий резистор 23. В цепь эмиттера транзистора могут быть включены резистор 24 и конденсатор 25.

Положительный вывод питания операци45 онного усилителя 17 подключен к входу цепи 14 обратной связи, а второй: вывод конденсатора 22 — к отрицательному входному выводу преобразователя .

На фиг. 2 приведены следующие диаграммы: U — напряжение на коллеккэ3 торе транзистора 3; „ — ток коллектора. транзистора; l y ток базы транз .55 з.истора; U » — напряжение на конФ денсаторе 10; Ug., — напряжение на базе транзистора 3; !,., — напряжение питания.

Стабилизирующий преобразователь работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения на входные выводы 4 возникает ток, протекающий через запускающий резистор 23 и базу транзистора 3. Вследствие регенеративного процесса, образующегося под воздействием положительной обратной связи, транзистор

3 насыщается (момент времени t ), диаграмма 1, фиг. 2, питающее напряжение оказывается подключенным к первичной обмотке 2, создавая в ней линейно нарастающий ток (диаграмма 2, фиг.2). В базу транзистора течет экспоненциально спадающий ток (диаграмма 3, фиг.2) по цепи: обмотка 9, конденсатор 10, резистор 1 1. Экспоненциальный спад тока базы объясняется зарядом конденсатора 10, напря" жение на котором показано на диаграмме 4 (фиг.2) . Рост тока коллектора и уменьшение тока базы транзистора приводит к тому, что в момент времени транзистор выходит из области насьш ения и входит в активньпЪ режим.

Ток коллектора (ток, протекающий че-. рез первичную обмотку трансформатора) уменьшается, что вызывает изменение полярности напряжения на обмотках трансформатора. В результате развивающегося регенеративного процесса транзистор запирается и энергия, запасенная в трансформаторе, через обмотку 5 и диод 6 передается на выход преобразователя. Одновременно с этим часть запасенной энергии через обмотки 9 и 12 и диод 13 поступает на вход цепи обратной связи и из обмотки .9 через диод 20 - в конденсатор 19. К базе транзистора, начиная с момента приложена отрицательное напряжение (диаграмма 5), равное сумме напряжений на конденсаторе 10 и обмотке 9. К моменту времени t заканчиваг ется процесс перекачки энергии из трансформатора. Напряжение на обмотках трансформатора уменьшается до нуля, диоды 6, 13 и 20 закрыты обратным напряжением соответствующих заряженных конденсаторов (канденсаторы 8 и 19 источника 15 опорного напряжения соответственно), напряжение на базе транзистора отрицательной полярности равно остаточному напряжению на конденсаторе 10.

Под действием тока, протекающего через резистор 23, конденсатор 10

1398046

30

40

55 пряжения осуществляется стабильным напряжением. плавно разряжается, в напряжение на базе транзистора постепенно увеличивается. В момент времени t (диаграм1 ма) напряжение на базе транзистора достигает порогового значения U ) Э при котором транзистор из области отсечки переходит в активный режим.

В результате регенеративного процесса транзистор легко входит в насыщение, и вновь повторяются все процессы, рассмотренные, начиная с момента о

При очередном включении транзистора через диод 21 заряжается конденсатор

22 до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторе 19 и обмотке .9. По истечении нескольких циклов повышается напряжение на выходе преобразователя, на входе цепи обратной связи и на конденсаторе 22. Причем напряжение на выходе преобразователя и на входе цепи отрицательной обратной связи однозначно связаны между собой по величине, и пропорциональны числам витков обмоток 5 и сумме витков обмоток 9 и 12 соответственно.

Если выходное напряжение преобразователя еще не достигло заданной величины, определяемой соответствующим выбором напряжения источника 15 и соотношением резисторов делителя

16, то на выходе операционного уси- лителя 17. возникнет положительный потенциал, и через резистор 18 в конденсатор 10 поступает дополнительный ток, ускоряющий рост напряжения на базе транзистора (пунктирные линии на диаграммах, фиг.2). В результате время выключенного состояния транзистора сокращается, а частота его:пере-. ключения увеличивается. Увеличение частоты коммутации транзистора приводит к росту напряжения на выходе пре образователя, а также на входе цепи

14 и конденсаторе 22, что способствует еще большему увеличению частоты коммутации и, следовательно, росту указанных напряжений. При достижении выходным напряжением заданного значения положительный потенциал на выхо-. де усилителя 17 уменьшается, рост частоты коммутации прекращается, и преобразователь работает в режиме стабилизации напряжения на входе це-. пи 14 отрицательной обратной связи, а следовательно, будет стабильным и выходное напряжение преобразователя.

Всякое изменение питающего напряжения или других дестабилизирующих факто5

20 ров, влияющих на выходное напряжение преобразователя, вызывает соответствующее изменение выходного напряжения усилителя 17, которое корректирует частоту преобразования таким образом, чтобы напряжение на входе цепи 14 (на выходе преобразователя) оставалось неизменным.

В случае возникновения черезмерной перегрузки или короткого замыкания на выходе преобразователя -происходит резкое уменьшение напряжений на всех обмотках трансформатора на интервале времечки выключенного состояния транзистора. В результате уменьшаются напряжения на входе цепи отрицательной обратной связи и на положительном выводе питания усилителя. Уменьшается и становится близким к нулю напряжение на выходе усилителя 17, скорость перезаряда конденсатора 10 определяется лишь током через резистор 23, что приводит к резкому уменьшению частоты коммутации транзистора, и преобразователь работает в режиме малых токов потребления до снятия перегрузки.

С целью повышения устойчивости преобразователя и уменьшения влияния величины питающего напряжения «а амплитуду коммутируемых транзистором . токов, в цепь его эмиттера могут быть включены резистор 24 и конденсатор 25, выполняющие роль местной отрицательной обратной связи по току.

Предлагаемый стабилизирующий преобразователь обладает более высоким

КПД и стабильностью выходного напряжения. Повышение КПЛ достигается сни- жением мощности в запускающем резисторе путем обеспечения дополнительного тока перезаряда конденсатора базовой цепи от источника с напряжением, значительно меньшим питающего. Кроме того, в предлагаемом преобразователе уменьшены коммутационные потери мощности эа счет сильного форсирования тока базы транзистора. Повышение стабильности выходного напряжения достигается применением операционного.усителя, обладающего большим коэффициентом усиления и тем, что питание

f усилителя и источника опорного наФормула и з обретения

Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, 139804

Составитель И.Никитин

Техред М.Дидык

Редактор Н.Яцола Корректор Л.Пилипейко

Заказ 2275/54 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыгий .

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 содержащий трансформатор с первичной обмоткой, подключенной через транзисs"ор к входным выводам нреобразователя, вторичной обмоткой, подключенной через первый диод к выходу преобразователя, шунтированному первым конденсатором, базовой обмоткой, подключенНой через последовательно соединенные второй конденсатор и резистор парал- 10 лельно эмиттерному переходу транзистора, дополнительной обмоткой, подключенной через второй диод к входу цепи отрицательной обратной связи, содержащей HcTQMHHK QIIopHOFo напряжения, резистивный делитель и усилитель сигнала рассогласования, третий и четвертый диоды и запускающий резистор, отличающийся тем, чего, с целью повышения КПД и стабиль- 20 нрсти выходного напряжения преобразователя, введены третий и четвертый

6 6 конденсаторы, ограничивающий резистор, усилитель сигнала рассогласования выполнен на операционном усилителе, отрицательный вывод питания которого подключен к аноду второго диода, а положительный вывод через третий конденсатор — к отрицательному выводу входа преобразователя, выход операционного усилителя через ограничивающий резистор соединен с базой транзистора, базовая и дополнительные обмотки соединены между собой последовательно, а их общая точка соединена через четвертый конденсатор с катодом третьего и анодом четвертого диодов, при этом катод четвертого диода соединен с положительным выводом питания операционного усилителя, а запускающий резистор включен между коллектором и базой транзистора.