Стабилизированный преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания радиоэлектронной аппаратуры, измерительной и вычислительной техники. Цель изобретения повышение качества стабилизации и надеж ности путем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышение КПД за счет оптимизации работы ключа. Введение регулятора порога защиты от перегрузки на переменном резисторе 13, второго транзистора 12 узла обратной связи, датчика тока 6, ограничительного резистора 15 обеспечивает достижение цели. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается за счет преобразования разноггноги напря жения между базами транзисторов 11 и 12, а также глубиной положительной обратной связи по току узла обратной связи по сигналу с датчика тока 6 и через выходной делитель на резисторах 7, 8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4492907/07 (22) 11.10.88 (46) 15.06,91. Бюл. N 22 (72) В.Ф,Ефимов (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 868949, кл. Н 02 М 3/335, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1045340, кл Н 02 М 3/335, 1982. (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания радиоэлектронной аппаратуры, измерительной и вычислительной техники. Цель иэобретения—

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания радиоэлектронной аппаратуры, измерительной и вычислительной техники.

Цель изобретения — повышение качества стабилизации и надежности путем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышение КПД за счет оптимизации работы ключа.

На фиг.1 приведена схема стабилизированного преобразователя напряжения; на фиг,2 приведены выходные характеристики преобразователя.

Стабилизированный преобразователь напряжения содержит блокинг-генератор 1, включающий в себя ключевой транзистор 2 и трансформатор 3, одна из выходных обмоток которого через выпрямитель 4 и фильтр

5 подключена к выходной клемме и общей

Б.0 1656641 А1 повышение качества стабилизации и надежности путем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышение КПД за счет оптимизации работы ключа. Введение регулятора порога защиты от перегрузки на переменном резисторе 13, второго транзистора 12 узла обратной связи, датчика тока 6, ограничительного резистора 15 обеспечивает достижение цели. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается эа счет преобразования разностного напря жения между базами транзисторов 11 и 12, а также глубиной положительной сбратной связи по току узла обратной связи по сигналу с датчика тока 6 и через выходной делитель на резисторах 7, 8. 2 ил. шине. Регулируемый датчик тока б схемы сравнения подключен одним выводом к выходной клемме, а другим к выходному реэистивному делителю напряжения, выполненнему на резисторах 7 и 8, один иэ которых переменный для регулировки выходного напряжения.

Делитель выходного напряжения подключен между датчиком б тока узла обратной связи и общей шиной. Стабилитрон 9 одним выводом подключен к общей шине, а другим через резистор 10 к входной клемме, точка соединения стабилитрона 9 с резистором 10 соединена с базой первого транзи- . стора 11 узла сравнения, коллектор транзистора 11 подключен к точке соединения датчика 6 тока и делителя на резисторах

7 и 8. а эмиттер соединен с эмиттером второго транзистора 12 узла обратной связи, база которого соединена с точкой соедине1656641 ния резисторов 7 и 8 делителя выходного напряжения, а коллектор через переменный резистор 13 регулятора порога защиты соединен с точкой соединения конденсатора 14 и базовой обмотки трансформатора 3.

Обкладка конденсатора 14 подключена к общей шине. Между общей шиной и эмиттером ключевого транзистора 2 включен ограничительный резистор 15, а между базой транзистора 2 и другим выводом базовой обмотки включен резистор 16.

Стабилизированный преобразователь напряжения работает следующим образом.

При включении входного напряжения через резистор 10 начинает протекать ток, который разветвляется на стабилитрон 9 и . в базу транзистора 11. С базы nepeoro транзистора 11 ток разветвляется через переход база — коллектор и датчик 6 тока на выходную клемму, через резисторы 7 и 8 на общую шину, а через переход база — эмиттер в эмиттер второго транзистора 12, С эмиттера транзистора 12 ток разветвляется в базу и далее через резисторы 6, 7, 8 на выходную клемму и общую шину, а также в коллектор, с которого через переменный резистор 13 на конденсатор 14.

Пока выходное напряжение отсутствует, цепи, связанные с базой первого транзистора 11, шунтируют стабилитрон 9, который иэ-за этого не может выйти на режим стабилизации напряжения.

Ток, поступающий на конденсатор 14, заряжает его до напряжения смещения базового перехода ключевого транзистора 2, после чего через базовую обмотку трансформатора блокинг-генератора, резистор

16, переход база — эмиттер транзистора 2 и ограничительный резистор 15 начинает протекать ток, и транзистор 2 открывается.

Развивается блокин-процесс, транзистор 2 входит в режим насыщения, Напряжение, приложенное к переходу базаэмиттер транзистора 2, представляет разность между напряжением базовой обмотки трансформатора блокин-генератора и суммы падений напряжений на резисторах 15, 16 и заряжающейся емкости конденсатора

14 под действием напряжения базовой обмотки. Ток с резистора 13 значительно меньше тока, обеспечиваемого базовой обмоткой, и его влиянием в этот момент можно пренебречь.

Ток через коллектор-эмиттер транзистора 2 из-за индуктивного сопротивления трансформатора 3 нарастает по пилообразному закону, такого же вида и напряжение на резисторе 15. В результате напряжение, прикладываемое к переходу база — эмиттер, уменьшается, что уменьшает и ток базы. тока через базу-коллектор транзистора, шунтирование стабилитрона 9 уменьшается

30 и последний выходит на режим стабилизации, Увеличение напряжения на выходной клемме приводит к увеличению тока по цепи: датчик 6 тока, коллектор-эмиттер транзистора 11, эмиттер-коллектор транзистора

35 12, резистор 13 на конденсатор 14. Это вызывает ускорение перезаряда конденсатора 14 и уменьшение времени нахождения транзистора в отсечке, что увеличивает частоту импульсов и мощность. отдаваемую в

40 нагрузку.

Ограничение скорости перезаряда конденсатора 14 резистором 13 обеспечивает плавный выход на режим стабилизации.

Дальнейшее увеличение напряжения на вы45 ходе увеличивает и напряжение с выходного делителя на резисторах 7 и 8 на базе транзистора 12, и когда оно достигает разности напряжений между напряжением на стабилитроне 9 и напряжением смещения пе50 реходов база — эмиттер транзисторов 11 и

12, последние начинают прикрываться, выходят иэ насыщения в активный режим.

Преобразователь переходит из пускового режима в режим стабилизации. Дальней55 шее увеличение напряжения на выходе приводит к закрытию транзисторов, уменьшению скорости перезаряда конденсатора 14, снижению частоты и отдаваемой мощности, что приводит к компенсации увеличения напряжения, 5

Идущие одновременно два процесса — увеличение тока коллектора и уменьшение тока базы продолжаются до того момента, пока транзистор 2 не начнет выходить из режима насыщения в активный режим, Прекращение роста тока коллектора вызовет в трансформаторе ЭДС самоиндукции, в результате полярность напряжения на обмотке меняется, развивается блокингпроцесс, переводящий транзистор 2 в режим отсечки. Изменение полярности напряжения на выходной обмотке приводит к открыванию диода 4, и запасенная в трансформаторе энергия передается в нагрузку и конденсатор 5. После окончания отдачи энергии транзистор 2 находится в отсечке за счет напряжения запирающей полярности с конденсатора 14 до тех пор, пока не произойдет перезаряд конденсатора 14 частью тока с резистора 10, как описано выше, после чего процессы повторяются.

От цикла к циклу напряжение на конденсаторе 5 начинает повышаться. Приложенное к коллектору транзистора 11 через датчик 6 тока узла обратной связи напряжени вызывает ток через коллектор-эмиттер этого транзистора. прекращая протекание

1656641

При увеличении тока через нагрузку свыше значения (см. фиг.2) увеличение скорости переэаряда конденсатора 14 для компенсации уменьшения выходного напряжения не может произойти из-за ограничения тока перезаряда резистором 13.

Это вызовет снижение выходного напряжения, что повлечет дальнейшее снижение тока перезаряда. Процесс развивается лавинообразно (см. фиг.2, пунктио), и преобразователь переходит из режима стабилизации в режим, аналогичный пусковом, Потребляемая и отдаваемая преобразователем мощность резко уменьшается, и такой режим может продолжаться сколь угодно долго, не вызывая выхода из строя элементов преобразователя и нагрузки.

При уменьшении нагрузки преобразователь

RHoBb выйдет на режим стабилизации.

Ограничение броска базового тока транзистора 2 для повышения надежности достигается резистором 16, оптимизация скорости спада базового тока транзистора

2 для уменьшения коммутационных потерь на коллекторе транзистора 2 и повышение

КПД достигается варьированием номинала резистора 15.

Изменение выходного напряжения достигается переменным резистором 8, изменение порога защиты достигается переменным резистором 13. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается узлом обратной связи на транзисторах 11 и

12 за счет преобразования раэност-,ого напряжения между базами транзисторов

11 и 12 в выходной ток с коллектора транзистора 12.

Крутизна преобразования определяется усилительными параметрами транзисторов 11 и 12, а также глубиной положительной обратной связи по току узла обратной связи, сигнал которой снимается с регулируемого датчика 6 тока и через выходной делитель на резисторах 6, 7 и 8 подается в базу транзистора 12.

Изменением сопротивления датчика 6 тока достигается регулировка коэффициента стабилизации (кривые А и Б на фиг,2), Подключение опорного стабилитрона 9 и выходного резистивного делителя на резисторах 7 и 8 к базам транзисторов 11 и 12 благодаря высокому входному сопротивлению транзисторов минимизирует влияние

50 узла обратной связи на опорный стабилитрон 9 и делитель выходного напряжения в режиме стабилизации.

Таким образом, устройство обеспечивает регулировку порога защиты от перегрузки, минимизацию коммутационных потерь на ключевом транзисторе, защиты перехода база — эмиттер ключевого транзистора от опасных бросков тока, минимальное влияния узла обратной связи на делитель выходного напряжения, положительную обратную связь по току и зэ счет этого более высокий коэффициент стабилизации, КПД, надежность и удобство эксплуатации, Формула i.зобретения

Стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий блокинг-генераiî0 на ключевом транзисторе и трансформаоре с силовой обмоткой и базовой обмоткой, соединенной с общей шиной чере. конденсатор. и выходной обмоткой, которая через выпрямитель подключена к выходной клемме и общей шина,"зел обратной связи. выполненныи на выходном реэистивном делителе, стабилитроне и первом транзисторе, база которого подключена к входному делителю. э иловях цепь— между входом выходного делителя и базовой цепью ключевого трав зистора, о т л,-:ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества стабилизации и ацежнос-. i n . тем обеспечения защиты при запуске и коротком замыкании, повышения КПД эа счет стабилизации работы ключа, в него введены да чик тока, второй транзистор с обратной проводимостью относительно первого транзистора, регулятора порога защиты на переменном резисторе, резистор ограничения, подключенный в цепь эмиттера клo4p8olo транзистора. база второго транзистора соединена с выходом выходного резистивного делителя, а силовая цепь включена последовательно с силовой цепью первого транзистора и через переменный резистор подключена ко второму выводу конденсатора, входной делитель выполнен на последовательно соединенных резисторе и стабилитроне, который одним выводом подключен к общей шине, а вторым выводом к базе первого транзистора, датчик тока подключен между выходной клеммой и входом выходного, реэистивного делителя.

1656641

Фиг f

- тах

Составитель Н. Цишевская

Редактор В. Фельдман Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Заказ 2311 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета помэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101