Однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехни^ ке и может быть использовано в источниках, -вторичного электропитания. Цель - повы-шение КПД. Устройство содержит однота^стный преобразователь постоянного напряжения с обратным включением выпрямительного диода 6. Частота переключения коммутирующего транзистора 3 задается током, протекающим ^ерез резистор 14 запуска, который выключается с помощью ключевого каскада 15. Для регулирования частоты переключения коммутирующего транзистора 3 при снижении тока нагрузки введена цепь управления ключевым каскадом 15с помощью усилителя 26 обратной связи, транзисторного оптрона 20 и управляющего транзистора 19, 1 ил.^Изобретение относится к электронике и может быть использовано как источник вторичного электропитания.Известны устройства, в основу которы^х положен принцип преобразования высокого питающего напряжения, обычно выпрямленного напряжения электрической сети ~ 220В, в одно или несколько низковольтных напряжений с помощью оДнотактного ripe-. образователя постоянного напряжения (блокинг-генератора).Для стабилизации выходных напряжений в устройствах по авт. св. ССС^^ ^ 1365288 и по заявке Японии №60-31187 ^ используется принцип изменения длительности импульсов, формируемых блокинг-генератором при изменении сопротивления нагрузки, а в устройствах по заявкам Япо^ НИИ № 59-37668 и Мг 59-32992 - принцип изменения частоты переключения коммутирующего транзистора. Однако перечисленные устройства во всех режимах работынепрерывно потребляют энергию по цепи запуска коммутирующего транзистора блокинг-генератора.Из известных устройств наименьшим потреблением энергии по цепи запуска обладает однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (зою Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! (61) 1396219 (21) 4776050/07 (22) 02.01.90 (46) 23.02.92. Бюл. М 7 (72) В. В. Архипов, А. Г. Сапрыкин и О. В, Матвейчук (53) 621.314.058(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР й. 1396219, кл. Н 02 М 3/335, 1986. (54) ОДНОТАКТНЪ|Й СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках., .вторичного электропитания. Цель — повы-.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано как источник вторичного электропитания, Известны устройства, в основу которых положен принцип преобразования высокого питающего напряжения, обычно выпрямленного напряжения электрической сети

220В, в одно или несколько низковольтных напряжений с помощью однотактного преобразователя постоянного напряжения (блокинг-генератора), Для стабилизации выходных напряже- ний в устройствах по авт. св. СССР t4

1365288 и.по заявке Японии ЬЬ 60-31187, используется принцип изменения длительности импульсов, формируемых блокинг-генератором при изменении сопротивления нагрузки, а в устройствах по заявкам Япо-. нии | в 59-37668 и | в 59-32992 — принцип изменения частоты переключения коммути; рующего транзистора. Однако перечисленные устройства во всех режимах работы Ж 1?14?68 А2

/ шение КПД. Устройство содержит однотактный преобразователь постоянного напряжения с обратным включением выпрямительного диода 6. Частота переключения коммутирующего транзистора 3 задается током, протекающим через резистор 14 запуска, который выключается с помощью ключевого каскада 15. Для регулирования частоты переключения коммутирующего транзистора 3 при снижении тока нагрузки введена цепь управления ключевым каскадом 15 с помощью усилителя 26 обратной связи, транзисторного оптрона 20 и управляющего транзистора 19.

1 l4 . непрерывно потребляют энергию по цепи запуска коммутирующего транзистора блокинг-генератора, Из известных устройств наименьшим потреблением энергии по цепи запуска обладает однотактный стабилизированный . преобразователь постоянного напряжения (1)

Он содержит коммутирующий транзистор, импульсный трансформатор, резистор базового смещения, т.е. блокинг-генератор, работающий в автоколебательном режиме, выпрямитель импульсного напряжения, емкостный накопитель и элементы цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения, ключевой каскад в цепи резистора запуска коммутирующего транзистора, разрывающий цепь запуска в интервалах накопления и отдачи энергии трансформатором.

Недостатком данного устройства является низкий КПД из-за увеличения частоты

1714768

10

20

30

40 коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода.

Цель изобретения — повышение КПД однотактного стабилизированного преобразователя постоянного напряжения в условиях изменения сопротивления нагрузки от номинальных значений до режима холостого хода.

Поставленная цель достигается тем, что однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения (1), содержащий трансформатор, первичная . обмотка которого включена в коллекторную цепь коммутирующего транзистора; эмиттер которого подключен через датчик тока к общей шине питания, выходная обмотка трансформатора через выпрямитель соединена с накопительным конденсатором, с выводами для подключения нагрузки и с выходом блока управления, первый выход которого соединен с базой первого регулирующего транзистора и через первый резистор г одключен кэмиттеру коммутирующеготранзистора, эмиттер первого регулирующего транзистора подключен к общей шине питания, а коллектор — к базе коммутирующего транзистора, через второй резистор и базовую обмотку трансформатора — к общей шине питания и резистор запуска с выходом ключевого каскада, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питания, К входу ключевого

«аскзда через дополнительные резисторы подключен двухполупериодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой трансформатора, в него введено устройство регулирования паузы между импульсами, уменьшающее частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода, содержащее управляющий транзистор, транзисторный оптрон, конденсатор, ограничительный резистор, резистор утечки, дополнительный диод и усилитель рассогласования, вход которого присоединен параллельно входу усилителя обратной связи блока управления, а выход подключен к светодиоду транзисторного оптрона, фототранзистор которого включен последовательно в цепь бава-эмиттерного перехода управляющего транзистора, шунтированного резистором утечки, коллектор которого присоединен к входу управления ключевого каскада, а эмиттер подключен через дополнительный диод к крайнему выводу дополнительной обмотки трансформатора, при этом точка соединения управляющего транзистора и дополнительного диода соединена через конденсатор с первым входным выводом.

Предлагаемый однотактный ртабилизированный преобразователь постоянного напряжения отличается от известного тем, что в него введено устройство регулирования паузы между импульсами, уменьшающее частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода, содержащее управляющий транзистор, транзисторный оптрон, конденсатор, ограничительный резистор, резистор утечки,.дополнительный диод и усилитель рас-. согласования, вход которого присоединен параллельно входу усилителя обратной связи блока управления, а выход подключен к светодиоду транзисторного оптрона,,фототранзистор которого включен последовзтельно в цепь база-эмиттерного перехода управляющего транзистора. шунтированноro резистсром утечки, коллектор которого присоединен к входу управления ключевого каскада, а эмиттер подключен через дополнительный диод к крайнему выводу дополнительной обмотки трансформатора, при этом точка соединения управляющего транзистора и дополнительного диода соединена через конденсатор с первым входным ВЫВОдом.

Это позволило уменьшить частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивления нагрузки или в режиме холостого хода путем увеличения длительности паузы между импульСами, снизить величину среднего тока запуска коммутирующего транзистора и этим самым увеличить КПД устройства..

Указанные отличительные признаки предлагаемого устройства от прототипа и проводят к положительному эффекту.

На чертеже представлена принципиальная схема однотактного стабилизированного преобразователя постоянного напряжения.

Устройство содержит трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого включена в коллектарную цепь коммутирующего транзистора 3, эмиттер которого подключен через датчик 4 тока к общей шине литания, выходная обмотка 5 трансформатора через выпрямитель 6 соединена.с накопительным конденсатором 7; с выводами для подключения нагрузки 8 и с входом блока 9 управле-. ния, первый выход которого соединен с базой первого регулирующего транзистора

10 и через первый-резистор 11 подключен к эмиттеру коммутирующего транзистора 3, амиттер первого регулирующего транзисто1714768 ра соединен с общей шиной питания, а коллектор.— с базой коммутирующего транзи-: стора, через второй резистор 12 и базовую . обмотку 13 трансформатора — с общей шиной питания и резистор 14 запуска — с выхо- 5 дом ключевогв каскада 15, включенного. последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питания. К входу ключевого каскада через дополнительные 10 резисторы 16 подключены двухполупериодный выпрямитель 17, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой 18 трансформатора, управляющий транзистор 19, транзи- 15 сторный оптрон 20, конденсатор 21, ограничительный резистор 22, резистор 23 утечки, дополнительный диод 24 и усилитель 25 рассогласования, вход которого присоединен параллельно входу усилителя 20

26 обратной связи блока 9 управления, а выход подключен к светодиоду транзисторного оптрона, фототранзистор которого включен последовательно в цепь база-эмиттерного перехода управляющего транзистора 19, шунтированного резистором 23 утечки, коллектор которого присоединен к входу управления ключевого каскада, а эмиттер подключен через дополнительный диод к крайнему выводу дополнительной 30 обмотки трансформатора, при этом точка соединения управляющего транзистора и дополнительного диода соединена через конденсатор с первым входным выводом.

Функционирование однотактного ста- 35 билизированного преобразователя постоянного напряжения.

При подключении источника электропитания к блокинг-генератору последний начинает генерировать импульсы. Период 40 коммутации коммутирующего транзистора

3 складывается из трех временных интервалов: т =т г+ сл+ t>®, где tH — время накопления энергии в трансформаторе 1; t> — время передачи энергии в нагрузку; t0æ — время ожи- 45 дания, когда коммутирующий транзистор 3 закрыт и вся накопленная трансформатором энергия передана в нагрузку. С началом формирования каждого импульса эмиттерный ток коммутирующего транзистора 3 со- 50 здает нарастающее напряжение на датчике

4 тока, При определенном напряжении на датчике 4 тока открывается регулирующий транзистор 10, шунтирует базовую цепь коммутирующего транзистора 3, который. 65 запирается. Начинается передача накопленной энергии из трансформатора 1 через обмотку 5 и выпрямитель 6 в накопительный конденсатор 7 и нагрузку 8. С увеличением напряжения на накопительном конденсаторе 7 до номинального значения блок 9 уп- " равления, через первый выход воздействуя на первый управляющий транзистор 10, уменьшает его порог отпирания, Благодаря этому транзистор 3 отпирается на меньшее время, сокращается интервал t>. С увеличением напряжения на нагрузке 8 сокращается время передачи энергии из трансформатора 1 внакопительный конден- . сатор 7, т.е. сокращается интервал tn, Ключевой каскад 15 совместно с резисторами 16, выпрямителем 17 и дополнительной обмоткой 18 трансформатора 1 обеспечивает отсутствие тока через запускающий резистор 14 в базовую цепь коммутирующего транзистора 3 и через резистор 12 в интервалах накопления энергии в трансформаторе и передачи ее в накопительный конденсатор. 7ок через резистор

14 запуска протекает лишь в стадии. запуска блокинг-генератора. С увеличением сопротивления нагрузки 8 или же при ее полном отключении интервалы tH u tn существенно сокращаются и блокинг-генератор начинает работать с большей частотой, что увеличивает потребление энергии цепями запуска и, как следствие. снижение КПД.

Однако с увеличением сопротивления нагрузки & и увеличением напряжения на нем увеличивается ток с второго выхода блока 9 управления на светодиод оптрона

20, что приводит к отпиранию управляющего транзистора 19 и появлению интервала тадж, т.е. при больших напряжениях на нагрузке 8 ключевой каскад запирается на большее время, увеличивая период следова. ния генерируемых импульсов.

Конденсатор 21, служащий источником питания для регулирующего транзистора

19; заряжается через диод 24 в интервалах передачи энергии из трансформатора в на-. копительный конденсатор 7. Поэтому напряжение на конденсаторе 21 увеличивается пропорционально с увеличением напряжения на нагрузке и еще сильнее способствует увеличению интервала тож.

Введение в устройство второго регулирующего транзистора 19 со своими цепями управления существенно увеличивает КПД преобразователя в режимах большого сопротивления нагрузки или холостого хода.

Формула изобретения

Однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения по авт. св, М 1396219, о т л и ч а ю щ и и с ÿ òåì, .что, с целью повышения КПД, введены управляющий транзистор, транзисторный оптр;.,н, конденсатор, ограничительный . резистор, резистор утечки, дополнительный

1714768

Составитель В.В.Архипов

Техред М.Моргентал г

Корректор Л,бескид

Редактор T.Êóðêîâà

Заказ 702 Тираж. Подписное

ВНИИОИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 диод и усилитель рассогласования, вход коmporo присоединен параллельно входу усилителя обратной связи блока управления, а выход подключен к светодиоду транзисторного оптрона, фототранзистор которого включен последовательно в цепь база-змиттерного перехода управляющеготранзисто. ра, аунтированного резистором утечки, коллектор которого присоединен к входу управления ключевого каскада, а Эмиттер подключен через дополнительный диод к. крайнему выводу дополнительной обмотки

5 трансформатора, при атом точка соединения управляющего транзистора и дополнительного диода соединена через конденсатор с первым входным выводом.