Однотактный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ. Цель изобретения - повышение надежности работы. В цепь ,управления силовым транзистором 1 преобразователя напряжения вводится нелинейная обратная связь между выходом силового транзистора 1 и его базой в виде последовательной цепи из диода 15, дополнительного транзистора 16 и датчика 17 тока. При этом вход дополнительного транзистора 16 через двухвходовой элемент И 20 соединен с выходом датчика тока 3 в цепи силового транзистора 1 и с его входом, который соединен с выходом RS-триггера 19, а входы RS- триггера 19 соединены с выходом блока 18 управления и выходом датчика 17 тока. Такое включение элементов обеспечивает наиболее оптимальный режим переключения силового транзистора 1. Использование изобретения в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом позволяет повысить надежность работы за счет увеличения коммутируемых напряжений от уровня граничных до уровня максимальных. 2 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gy)g Н 02 M 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4638486/07 (22} 19. 12.88 (46) 07,06.91 Бюл. Ф 21 (72) Ю.И.Максимовский, А.Г.Бомко и В.Д.Коломенский (53} 621,316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 860233, кл. Н 02 М 3/335, 1982.

Авторское свидетельство СССР

1249670, кл. Н 02 M 3/335, 1985. (54) ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к .электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ. Цель изобретения— повышение надежности работы. В цепь с управления силовым транзистором 1 преобразователя напряжения вводится нелинейная обратная связь между выИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано вI источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и 3ВМ.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема однотактно» го стабилизатора постоянного напряжения; на фиг.2 — эпюры напряжений в характерных точках устройства, Однотактный стабилизатор постоянного напряжения состоит из силового транзистора 1, в коллекториую

ÄÄSUÄÄ 1654944 А 1

2 ходом силового транзистора 1 и его базой в виде последовательной цепи из диода 15, дополнительного транзистора 16 и датчика 17 тока. При этом вход дополнительного транзистора 16 через двухвходовой элемент И

20 соединен с выходом датчика тока

3 в цепи силового транзистора 1 и с

его входом, который соединен с выходом RS-триггера 19, а входы RSтриггера 19 соединены с выходом блока 18 управления и выходом датчика

17 тока. Такое включение элементов обеспечивает наиболее оптимальный режим переключения силового транзистора 1, Использование изобретения в источниках вторичного электропитания с бестравсформаторным входом позволяет повыси ь надежность работы эа счет увеличения коммутируемых напряжений от уровня граничных до уровня максимальных. 2 ил. цепь которого включена первичная обмотка выходного трансформатора 2, а в цепь эмиттера - первый датчик 3 тока, вторичная обмотка включена через выпрямитель на диодах 4 и 5

1 и LC-фильтр на дросселе 6 и конден:саторе 7 к шинам 8 и 9 нагрузки, база силового транзистора 1 соединена с общей шиной через вторичную обмотку трансформатора 10 управления и параллельно через резистор 11 утечки, первого 12 и второго 13 транзисторов управления, у которых коллекторы соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора 10

1654944 управления, а средний вывод через резистор 14 соединен с выводом для подключения источника вспомогательного питания, эмиттеры первого 12

5 и второго 13 транзисторов управления соединены с общей шиной, диода 1, который катодом через дополнитель ный транзистор 16 и второй датчик 17 тока соединен с общей шиной, а анодом — с коллектором силового транзистора 1, блока 18 управления, построенного по принципу ШИМ-регулирования, вход которого соединен с выходным выводом 8, первый выход (выход а) блока 18 управления соединен с базой транзистора 12 управления, а второй выход (выход Ь) соединен с

S-входом RS-триггера 19, R-вход триггера, 19 соединен с выходом датчика 17 20 тока, элемента И 20, у которого первый вход соединен с выходом триггера 19 и базой транзистора 13 управления, второй вход соединен с выходом датчика 3 .тока, выход элемента

И 20 соединен с базой дополнительного транзистора 16.

Устройство работает следующим об- разом.

Силовой транзистор 1 периодически включается и коммутирует постоянное напряжение источника питания Ед на первичную обмотку выходного трансформатора, 2. Импульсы напряжения„ возникающие на вторичной обмотке и модулированные по. длительности, через выпрямитель на диодах 4 и 5 и 7.Сфильтр 6 7 поступают на выход устройства.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью цепи обрат40 ной связи, в которую входят блок 18 управления, транзисторы 12 и 13 управления и трансформатор 10 управления, Блок. 18 управления преобразует выходное напряжение устройства в последовательности импулноов, котоpbre модулированы по ширине широтноимпульсным модулятором, входящим в состав блока 18 управления. Управление длительностью выключенного состоя50 ния силового транзистора 1 осущест-. вляется с помощью, транзистора 12 управления, на вход которого поступает последовательность импульсов (фиг. 2а) с первого выхода блока 18 управления. Формирование длительности включающего импульса управления осуществляется с помощью транзистора 13, Переключение тока в цепи базы силового транзистора 1 происходит в три этапа.

На первом этапе транзистор 12 управления открыт сигналом широтно-импульсного модулятора блока 18, а транзистор 13 управления закрыт сигналом RS-триггера 19. В этом случае в первичной обмотке протекает ток источника вспомогательного напряжения

Е „ через резистор 14. Этот ток трансформируется во вторичную обмотку трансформатора 10 управления и вызывает запирающее напряжение на базе силового транзистора .1, Величина этого напряжения определяется резистором 11. Включение силового транзистора 1 происходит в моменты времени, когда с выхода Ь блока 18 управления на S-вход RS-триггера 19 поступает импульс напряжения положительной полярности (фиг. 2б), В результате этого скачка напряжения на выходе

RS-триггера 19 (фиг. 2в) возникает импульс положительной полярности, который обеспечивает включение транзистора. 13 управления. Транзистор 12 управления включается импульсами с выхода а блока 18 управления. Изменение состояний транзисторов 12 и 13 управления вызывает в обмотке трансформатора 10 изменение полярности напряжения. В результате такого переключения напряжения силовой транзистор 1 переходит из выключенного состояния в режим глубокого насыщения и в первичной обмотке выходного трансформатора 2 возникает импульс напряжения, который определяется величиной напряжения источника питания Еп.

Такое состояние в схеме длится до тех пор, пока на выходе с(блока

18 управления возникает перепад напряжения положительной полярности (фиг. 2а), который вызывает включение транзистора 12 управления. Так как транзистор 13 управления при этом удерживается во включенном состоянии импульсом управления (фиг,2в) с выхода RS-триггера 19, то в обмотке трансформатора 10 напряжение отсутствует..

Состояние схемы, при котором оба транзистора 12 и 13 управления открыты; характеризует второй этап работы устройства, На этом этапе

1654944

55 за с чет отсутствия на пряже ния на переходе база — эмиттер силового транзистора 1 происходит рассасывание неосновных носителей и разряда емкости перехода через резистор !

1, что привоцит к выравниванию потенциала вдоль поверхности базы. После выхода силового транзистора 1 из режима глубокого насыщения напряжения на его переходе коллектор эмиттер начинает возрастать и схема переходит в состояние третьего этапа работы.

До перехода схемы в состояние третьего этапа транзистор 16 по цепи база — эмиттер находится в состоtt tt янин Включено, так как положительный перепад напряжения с выхода RSтриггера 19 и сигнал с выхода датчика 3 тока обусловливает наличие положительного напряжения на выходе элемента И 20. Увеличение напряжения на коллекторе силового транзистора 1 до величины, превышающей прямое падение напряжения на диоде 15 и пере! ходе коллектор — эмиттер транзисто ра 16, вызывает прохождение по ним тока ° Этот ток, протекая по входной цепи датчика 17 тока, вызывает на е-о выходе появление импульсного напряжения (фиг. 2г), которое воздействует на R-вход RS-триггера 19, В результате такого воздействия триггер переходит в нулевое состояние и силовой транзистор 1 и транзистор 16 запираются.

После запирания силового транзистора 1 схема находится в состоянии третьего этапа работы, который является исходным для повторения режима переключения. На этом этапе за счет включенного состояния транзистора 12 управления к базе силового транзистора 1 приложено запирающее напряжение через трансформатор 10.

Форма напряжения на вторичной обмотке трансформатора 10 приведена на фиг.2д.

Повышение надежности работы уст- . ройства обеспечивается за счет устранения локальной динамической перегрузки кристалла силового транзистора.

Ступенчатое запирание силового транзистора вызвано необходимостью рассасывания неосновных носителей заряда без подачи форсирующего импульса запирания, На этапе запирания в момент окончания рассасывания зарядов начинает активно работать вся рабочая плоскость кристалла, что не вызывает градиента потенциала, Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в увеличении коммутируемого постоянного напряжения при максимальных токах с уровня граничного, указываемого в технических условиях, до максимального, которое обычно превышает граничное почти в 2 раза. При этом повышается надежность работы: силового транзистора не менее чем в 2 раза.

Таким образом, в предложенном техническом решении коммутация максимальных рабочих токов возможна при максимальных уровнях напряжений, Обеспечение высоких технико-экономических характеристик обусловлено тем, что форсированное запирание силового транзистора обеспечивается после выравнивания потенциала поверхности базы, т.е. запирание обеспечивается при нулевом градиенте потенциала.

Формула и з о б р е. т е н и я

Однотактный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные между входным выводом и общей шиной первичную об— мотку выходного трансформатора, сило.— вой транзистор и первый датчик тока, вторичная обмотка выходного трансформатора через выпрямитель с фильтром соединена с выходным выводом, первый и второй транзисторы управления, коллекторы которых соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора управления, выполненНоН со средним выводом, вторичная обмотка трансформатора управления одним из выводов соединена с базой силового транзистора, эмиттеры тран зисторов управления соединены с общей шиной, блок управления, построенный по принципу широтно-импульсного регулирования, вход которого соединен с выходным выводом, первый выход — с базой первого транзистора уп" равления, первый резистор, один из выводов которого соединен с выводом для подключения источника вспомогательного напряжения, и диод, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения надежности работы, в него введены элемент И, второй дат1654944

Составитель E. Финогенов

Редактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова . Корректор Н Ренская

Заказ 1957 Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101.чик тока, RS-триггер, дополнительный транзистор и второй резистор, при этом коллектор силового транзистора через диод, дополнительный транзистор и второй датчик тока соединен с общей шиной, первый вход элемента И соединен с выходом первого датчика тока, выход элемента И соединен с базой дополнительного транзистора, второй выход блока управления соединен с S-входом RS-триггера, R-вход ь 4 которого соединен с выходом второго датчика тока, а выход — с базой второго транзистора управления и вто5 рым входом элемента И, второй вывод вторичной обмотки трансформатора управления соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора управления, а второй резистор включен между базой силового транзистора и общей шиной.