Однотактный стабилизированный преобразователь напряжения электронной системы зажигания

 

Использование: в электронных системах зажигания ДВС, Сущность изобретения: преобразователь включает: дроссель-трансформатор 1, транзисторы 2, 3, 5, 15, 17 резисторы 4, 7, 8, 14, 16, 18, 19, 20, стабилитроны 6, 12, 13, диод 21, конд нсатор 22. Особенностью изобретения является то, что преобразователь работает с высокой частотой переключения без насыщения сердечника дросселя-трансформатора 1 с минимальным количеством обмоток , с использованием одного силового ключа 2 в облегченном оптимальном режиме . Имеет три независимых стабилизированных выходных напряжения: с выхода параметрического стабилизатора - для питания , например, входных каскадов системы зажигания; с выходной шины - для питания мощного силового ключа катушки зажигания и высоковольтный выход - для заряда накопительной емкости тиристорных систем зажигания. Это позволяет упростить устройство.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 02 P 3/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ "

ВЕДОМСТВО СССР. (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

5 (21) 4929245/21 (22) 18.04.91 (46) 23.08.93.Бюл.¹ 31 (71) Производственное объединение "Ижевский электромеханический завод" (72) Ю,С.Федосимов и Н.С.Федосимов (56) Авторское свидетельство СССР № 1465612, кл. F 02 P 3/06, 1987. (54) ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ (57) Испбльзование: в электронных системах зажигания ДВС, Сущность изобретения: преобразователь включает; дроссель-трансформатор 1, транзиСторы 2, 3, 5, 15, 17 резисторы 4, 7, 8, 14, 16, 18, 19, 20, стабилитроны 6, 12, 13, диод 21, конден„„5U„„1835464 А1

Ф сатор 22. Особенностью изобретения является то, что преобразователь работает с высокой частотой переключения беэ насыщения сердечника дросселя-трансформатора 1 с минимальным количеством обмоток, с использованием одного силового ключа 2 а облегченном оптимальном режиме. Имеет три независимых стабилизированных выходных напряжения: с выхода параметрического стабилизатора — для питания, например, входных каскадов системы зажигания; с выходной шины — для питания мощного силового ключа катушки зажигания и высоковольтный выход — для заряда накопительной емкости тиристорных систем зажигания. Это позволяет упростить устройство. 1 ил.

1835464

Изобретение относится к импульсной .технике и может быть использовано преимущественно в электронных системах зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный стабилизированный преобразователь напряжения, преимущественно для электронных систем зажигания, содержащем дроссель-трансформатор, силовой ключ на транзисторе, база которого подключена к коллектору регулирующего транзистора противоположной проводимости с эмиттерным токозадающим резистором, транзисторный усилитель-инвертор обратной связи той же проводимости, что и регулирующий транзистор, с коллекторным резистором, базовыми резисторами делителя и опорным стабилитроном, второй и третий стабилитроны, диоды выпрямителей с емкостями фильтров, резистор мощности, дополнительно введены два транзистора противоположной проводимости с первым и вторым базовыми резисторами, балластный резистор, подсоединенный одним выводом к последовательной цепи из второго и третьего стабилитронов, другим — к шине питания, а также базоьь и резистор регулирующего транзистора, последний и базовый резистор первого дополнительного транзистора противоположной проводимости по отношению к регулирующему транзистору другими выводами подсоединены к точке соединения балластного резистора и второго стабилитрона, при этом эмиттер силового транзисторного ключа подключен к шине питания, а коллектор — через первичную обмотку дросселя-трансформатора и резистор мощности — к общей шине и через первый диод выпрямителя с выходной емкостью фильтра — к выходной шине преобразователя, имеющей противоположный по отношению к шина питания знак выходного напряжения, при этом к выходной шине питания подключен, один из концов базового о резисторного делителя транзистора усилителя-инвертора, другой конец делителя подключен к шине питания, а эмиттер транзистора усилителя-инвертора подключен через опорный стабилитрон к выходной шине, коллектор — через резистор к общей шине и эмиттеру второго дополнительного транзистора той же проводимости, база последнего подключена к коллектору первого дополнительного транзистора и через второй дополнительный базовый резистор подключена к точке соединения первичной обмотки дросселя-трансформатора с рези5

10 сторным датчиком тока — резистором мощности, при этом коллектор второго подключен к базе первого дополнительного транзистора, а эмиттер последнего — к базе регулирующего транзистора, эмиттерный резистор которого подключен к точке соединения второго и третьего стабилитронов, а к выходной высоковольтной обмотке дросселя-трансформатора подключены диоды и емкость второго выходного высоковольтного выпрямителя-удвоителя.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема однотактного пре15 образователя напряжения., Преобразователь содержит дроссельтрансформатор 1 в цепи коллектора силового транзисторного ключа 2, база которого подключена к коллектору регулирующего

20 транзистора 3 противоположной проводимости, с токозадающим резистором 4 в эмиттере, транзисторный усилитель-инвертор 5 обратной связи той же проводимости с опорным стабилитроном 6 а цепи эмиттера, с резисторами 7 и 8 делителя в цепи базы, включенными между шиной питания 9 и выходной шиной 10, и резистором 11 кол-. лекторной нагрузки, подключенным в общей шине, последовательная цепь из

30 стабилитронов 12 и 13, подключенная одним концом к общей шине; резистор мощности 14, включенный между общей шиной и другим концом первичной обмотки дросселя-трансформатора 1, дополнительный

35 транзистор 15 той же проводимости, что и усилитель-инвертор 5, с базовым резистором 16, подключенным к точке соединения первичной обмотки и резистора 14. База дополнительного транзистора 15 также под40 ключена к коллектору дополнительного транзистора 17., противоположной проводИмости, а коллектор — к базе транзистора 17 и через базовый резистор 18 к выходу параметрического стабилизатора (из резистора

19 и стабилитронов 12 и 13). К точке соединения последних подключен токозадающий резистор 4. При этом база регулирующего транзистора 3 подключена к эмиттеру трай зистора 17 и через базовый резистор 20.

50 выходу большего уровня параметрическо стабилизатора. При этом коллектор силов го ключа 2 подключен к первичной обмот дросселя-трансформатора 1 и через выпр."- .: мительный диод 21 с конденсатором,",:

55 фильтра — к выходной шине 10 противоп ; ложного знака по отношению к шине пита. ; ния 9, а к высоковольтной обмотке дросселя-трансформатора 1 подключены диоды и емкость второго выходного высоковольтного выпрямителя-удвоителя 23.

1835464

Однотактный стабилизированный преобразователь напряжения работает следующим образом, При подаче напряжения питания на шину 9 на выходе параметрического стабилизатора (на стабилитронах 12, 13 и резисторе

19) появится напряжение, а на выходной шине 10 напряжения в первый момент нет, Транзистор 5 усилителя, а вместе с тем и дополнительные второй 15 и первый 17 транзисторы закрыты. Напряжение с выхода параметрического стабилизатора через базовый резистор 20 откроет регулирующий транзистор 3 и силовой ключ 2, ограничив величину тока через базу последнего токозадающим резистором 4. Ток с шины 9 питания начнет протекать по цепи: ключ 2, первичная обмотка дросселя-трансформатора 1, резистор-датчик тока 14, вызывая падение напряжения на последнем. Поскольку ток через индуктивность первичной обмотки нарастает не мгновенно, а пилообразно,то и напряжение на резисторе-датчике тока 14 имеет нарастающую пилообразную форму и при достижении напряжения порога отпирания по базе через резистор 16 второго дополнительного транзистора 15, последний начинает включаться, отпирая первый дополнительный транзистор 17, который ускоряет отпирание по базе за счет, падения на базовом резисторе 16 тока коллектора транзистора 17. Этот ток вызывает быстрое открыванйе обоих транзисторов 15 и 17 и вызывает (от своего протекания по базовому резистору 20) падение напряжения на последнем, запирающем по базе регулирующий транзистор 3, и запирание силового транзисторного ключа

2. Это прекращает протекание тока через первичную обмотку дросселя-трансформатора 1. При этом знак напряжения на обмотке. со стороны коллектора силового ключа 2 меняется на обратный, т,к. происходит индуктивный выброс тока, который через диод

21 подается на выходную шину 10 и заряжает емкость 22 выходного фильтра преобразователя. При этом после полного сброса энергии дросселя прекратившийся через первичную обмотку и резистор-датчик 14 ток уменьшит падение напряжения на последнем до нулевого значения, что через базовый резистор 16 вызовет запирание обоих дополнительных транзисторов 15 и

17 и отпирание через базовый резистор 20 регулирующего 3 и силового 2 транзисторов, что вызывает последующее пилообразное нарастание тока в первичной обмотке дросселя-трансформатора 1. За несколько описанных выше циклов напряжение на емкости 22 выходного фильтра установится на

55 с минимальным количеством обмоток, с использованием силового ключа в облегченном оптимальном режиме. Преобразователь имеет три независимых стабилизированных выходных. напряжения: с выхода параметрического стабили5

50 уровне, когда падение на резисторе 7 от:. тока делителя 7, 8 определяемого суммарной величиной напряжений шин питания 9 и выходной 10 на уровне порога отпирания транзистора 5 усилителя-инвертора обратной связи, которое определяется порогом пробоя опорного стабилитрона 6 и отношением резисторов 7 и 8 делителя. Открывание транзистора 5 вызовет падение напряжения на резисторе нагрузки 11, кото- рое будет при следующем цикле работы преобразователя изменять напряжение в сторону уменьшения порога отпирания по переходу эмиттер-база дополнительного транзистора 15. Это приведет к эквивалентному уменьшению конечного тока через первичную обмотку дросселя 1 и напряжения на последовательно с ней включенном резисторе 14 датчика тока. При этом эквивалентно уменьшится и энергия самоиндукции с первичной обмотки и уровень эНергии заряда через выпрямительный диод 21 выходной емкости 22 фильтра. В конечном итоге выходное напряжение шины 10 будет стабилизировано относительно шины питания 9. При изменении в широких пределах напряжения на шине питания суммарное напряжение между шинами 9 и 10 останется неизменным благодаря стабилизирующему действию усилителя-инвертора 5 обратной связи, за счет работы которого изменяется и частота и конечный ток через силовой ключ 2 и первичную обмотку дросселя 1, При уменьшении напряжения питания частота работы преобразователя уменьшается вследствие большего необходимого време. ни для достижения конечного порогового значения тока выключения, ибо при меньшем напряжении на индуктивности нужно большее время для достижения через нее тока той же конечной пороговой величины

На индуктивно связанной с первичной обмоткой выходной высоковольтной обмотке дросселя-трансформатора 2 за счет прямого и обратного циклов работы и использования схемы выпрямителя-удвоителя 23 будет обеспечиваться выходное стабилизированное напряжение, необходимый знак которого определяется полярностью включения диодов выпрямителя 23. Схема предложенного однотактного стабилизированно.го преобразователя работает с высокой частотой переключения без насыщения сердечника дросселя-трансформатора 1

1835464

15

4Q

50 затора — для питания например входных каскадов системы зажигания; с выходной шины для питания мощного силового ключа катушки зажигания и высоковольтный выход — для заряда накопительной емкости тиристорных или комбинированных систем зажигания. При этом обеспечивается надежная работоспособность устройства оптимальным образом при изменениях напряжения питания, нагрузки и температуры, при минимальных размерах и весе преобразователя, а его предложенное схемное исполнение легко поддается миниатюризации и интегральному конструктивному исполнению в том числе и для комбинированных систем зажигания и других областях электронной техники, Предложенный однотактный стабилизированный преобразователь имеет следующие преимущества. В отличие от прототипа и аналогов не критичен к запуску и не имеет таких элементов влияющих на запуск, Надежность его повышена и за счет снижения потерь на силовом транзисторном <люче и элементах его защиты (например, используя широко известный пластмассовый мощный транзистор КТ837Е и конечном максимальном токе коллектора=

= 4А, Р, 1,2 Вт!, т,к, нет сквозного неограниченного тока, ибо нет насыщения сердечника дросселя (выбором ферритовога сердечника, количества витков и конечного тока переключения), и упрощения конструкции дросселя, количества обмоток и меньшими погерями в них, Нет потерь в системе обратной связи, ибо она осуществлена непосредственно с шины выходных напряжений, жестко связанных с напряжениями на обоих дросселя-трансформатора. Преобразователь не критичен к к.з. по любому из выходов, т,к, имеет ограниченную мощность из-за ограничения конечного тока силового ключа; не критичен к провалу и набросу в широких пределах (от 3 до 20В) напряжения питания, что значительно повышает надежность преобразователя, Формула изобретения

Однотактный стабилизированный пре- образователь напряжения электронной системы зажигания. содержащий дроссель-трансформатор, включающий первую и вторую обмотки, вторая клемма первичной обмотки которой соединена с резистором мощности, силовой ключ, который выполнен на первом транзисторе, регулирующий транзистор противоположной проводимости, коллектор которого соединен с базой первого транзистора и первы м коллекторным резистором, эмиттер с toKoзадающим резистором, усилитель-ин вер-ор обратной связи, который выполнен на втором транзисторе, проводимость которого аналогична проводимости регулирующего транзистора, коллектор которого соединен с вторым коллекторным резистором, база— с первым резистором делителя, первый, второй и третий стабилитроны, высоковольтный выпрямитель-удвоитель, включающий диоды и фильтрующие конденсаторы, первая и вторая клеммы входа которого соединены с первой и второй клеммами вторичной обмотки дроссель-трансформатора, выпрямительный диод, конденсатор, второй резистор делителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения, введены третий и четвертый транзисТоры, проводимости которых противоположны, база одного и коллектор другого которых соединены непосредственно и соответственно через вводимый первый базовый резистор с первой клеммой введенного второго базового резистора, вторая клемма которого соединена с базой регулирующего транзистора и эмиттером четвертого транзистора, " первой клеммой введенного балластного резистора, вторая клемма которого соединена непосредственно с плюсовой клеммой шины питания, эмиттером первого транзистора и второй клеммой первого коллекторного резистора, и первой клеммой третьего базового резистора,,вторая клемма токозадающего резистора соединена через второй и третий стабилитроны соответственно с первой клеммой балластного резистора и общей шиной, эмиттер третье-о транзистора соединен непосредственно с коллектором второго транзистора и через второй коллекторный резистор с. общей шиной, эмиттер второго транзистора через первый стабилитрон, вторая клемма которого соединена с выходной минусовой шиной питания, выпрямительный диод соединен с первой клеммой первичной обмотки дроссель-трансформатора и коллектором первого транзистора, через второй резистор делителя — с базой второго транзистора и через конденсатор с общей шиной., вторая клемма резистора мощности соединена с общей шиной, вторая клемма первичной обмотки дроссель-трансформатора — c второй клеммой третьего базового резистора, а вторая клемма первого резистора делителя — с плюсовой шиной питания.