Однотактный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: высокоэффективные источники вторичного электопитания. Сущность изобретения: расширение диапазона стабилизации выходного напряжения. Введены дополнительный датчик выходного напряжения и релейный элемент с гистерезисом, который блокирует силовой транзистор при достижении выходным напряжением верхней границы срабатывания релейного элемента. Таким образом в устройстве в области малых выходных токов осуществляется комбинированное управление длительностью открытого состояния силового транзистора, что обеспечивает стабилизацию выходного напряжения от холостого хода до максимальной нагрузки. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств электропитания, в частности сетевых источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом.

Для создания источников вторичного электропитания находят применение импульсные регуляторы с трансформаторной связью, в которых на интервале накопления первичная обмотка трансформатора подключается через силовой транзистор к источнику электропитания, а затем на интервале отдачи энергии вторичная обмотка через диод подключается к выходному конденсатору.

В подобных источниках для управления соотношением времени накопления и времени отдачи энергии используется дополнительное устройство [1,2], содержащее импульсный модулятор. Недостатком таких устройств является необходимость создания дополнительных узлов для питания от нестабилизированного входного напряжения.

Возможно также построение подобного устройства на релейном принципе. Однако на выходную цепь релейный элемент на этапе отдачи энергии воздействовать не может, и уровень выходного напряжения будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока вся накопленная дросселем энергия не будет передана в выходную цепь, что вызывает увеличение пульсаций выходного напряжения.

Указанный недостаток отсутствует в устройствах, работающих в автогенераторном режиме. В этом случае отпирание транзистора осуществляется за счет тока смещения силового транзистора и происходит при достижении током вторичной обмотки нулевого значения, а выключение транзистора осуществляется дополнительными цепями. Таким образом обеспечивается управление только длительностью интервала накопления, а длительность интервала отдачи определяется спадом тока вторичной обмотки до нулевого значения.

Прототипом предлагаемого технического решения может служить устройство, описанное в [2] . Работа этого устройства основана на отпирании силового транзистора при равенстве нулю тока выходной обмотки и запирании с помощью дополнительного транзистора, который срабатывает при достижении заданного значения напряжения на времязадающем конденсаторе. Уровень этого напряжения зависит от сигнала, поступающего от датчика выходного напряжения. Таким образом происходит управление временем открытого состояния силового транзистора в зависимости от величины выходного напряжения, чем и достигается его стабилизация.

На практике диапазон измерения длительности проводящего состояния транзистора ограничен, и существует минимальное и максимальное время накопления, соответствующее границам участка стабилизации выходного напряжения. Указанный недостаток ограничивает диапазон изменения выходного тока, при котором осуществляется стабилизация выходного напряжения.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих токов стабилизированного преобразователя.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее силовой транзистор, трансформатор, первичная обмотка которого включена в выходную цепь, а обмотка положительной обратной связи подключена к переходу база-эмиттер силового транзистора, пороговый элемент с времязадающей RC-цепью, выход которого подключен к базовой цепи шунтирующего транзистора, введен дополнительный датчик выходного напряжения, релейный элемент с гистерезисом, дополнительный усилитель, причем дополнительный датчик выходного напряжения подключен параллельно основному датчику выходного напряжения, а выход релейного элемента через дополнительный оптрон и дополнительный усилитель подключен к базе шунтирующего транзистора, который своим коллектором подключен к базе силового транзистора, а эмиттером - к эмиттеру силового транзистора.

На фиг.1 приведена электрическая схема заявляемого устройства; на фиг.2 показаны эпюры напряжений и токов, иллюстрирующих работу устройства.

Устройство содержит силовой транзистор 1, шунтирующий транзистор 2, трансформатор 3, времязадающую RC-цепь 4, однопереходный транзистор 5, выход которого подключен к базовой цепи шунтирующего транзистора 2, датчик 6 выходного напряжения, выходная цепь которого подключена к времязадающей RC-цепи 4, дополнительный датчик 7 выходного напряжения с релейным элементом с гистерезисом, дополнительный усилитель 8, состоящий из полевого транзистора 9, стабилитрона 10 и транзистора 11, выход которого соединен с базовой цепью шунтирующего транзистора.

Устройство работает следующим образом. При подаче входного напряжения за счет протекания тока через резистор смещения открывается силовой транзистор 1. Протекание тока первичной обмотки трансформатора 3 приводит к появлению напряжения на обмотке обратной связи. Это напряжение обеспечивает протекание базового тока силового транзистора 1 и заряд конденсатора времязадающей RC-цепи 4. При достижении напряжением на конденсаторе уровня срабатывания однопереходного транзистора 5 он открывается и срабатывает шунтирующий транзистор 2. Силовой транзистор 1 закрывается, и происходит отдача накопленной энергии в выходную цепь. Если величина выходного тока устройства мала, то из-за ограниченной длительности импульса накопления происходит повышение выходного напряжения. При этом открывается дополнительный датчик 7 выходного напряжения, обладающий гистерезисом. Выходной сигнал релейного элемента подается через разделительный оптрон и дополнительный усилитель 8 в базовую цепь шунтирующего транзистора 2. Силовой транзистор 1 запирается, и выходной ток устройства поддерживается за счет энергии, накопленной конденсаторами выходной цепи. При падении выходного напряжения ниже некоторого уровня дополнительный датчик выходного напряжения с релейным элементом с гистерезисом 7 выключается. За счет тока смещения отпирается силовой транзистор 1 и процессы повторяются.

Как видно из эпюр, показанных на фиг.2, устройство в течение нескольких периодов накапливает энергию в конденсаторах выходной цепи, повышая выходное напряжение, и затем, когда величина выходного напряжения достигнет верхнего порога релейного элемента, повторяется процесс блокировки управляющей цепи силового транзистора.

Таким образом, в данном техническом решении обеспечивается расширение диапазона токов нагрузки, при котором выходное напряжение стабилизируется вплоть до режима холостого хода, соответствующего нулевому току нагрузки. Кроме того, в данном устройстве за счет ограничения максимальной длительности накопления обеспечивается ограничение максимального выходного тока вплоть до режимов короткого замыкания. При относительной технической простоте данное техническое решение позволяет создавать устройства, обладающие высокими технико-экономическими показателями.

Формула изобретения

ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой транзистор, трансформатор, первичная обмотка которого включена в выходную цепь, а обмотка положительной обратной связи подключена к переходу база-эмиттер силового транзистора, пороговый элемент с времязадающей RS - цепью, выход которого подключен к базовой цепи шунтирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих токов, в него введен дополнительный датчик выходного напряжения, релейный элемент с гистерезисом, дополнительный усилитель, причем дополнительный датчик выходного напряжения подключен параллельно основному датчику, а выход релейного элемента через дополнительный оптрон и дополнительный усилитель подключен к базе шунтирующего транзистора, который своим коллектором подключен к базе силового транзистора, а эмиттером - к эмиттеру силового транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2