Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, экономичный источник высокого напряжения для переносной аппаратуры. Цель изобретения: повышение надежности и снижение стоимости преобразователя. Сущность изобретения: устройство содержит источники постоянного напряжения 1, индуктивный накопитель 2, ключ 3, выпрямитель 4, управляемый модулятор 5, пороговый узел 6, источник опорного напряжения 7, два резистора 8 и 10, конденсатор 11, диод 12. Устройство обеспечивает импульсный режим работы источника опорного напряжения 7 при малом среднем токе. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, и может найти применение в качестве экономичного источника высокого напряжения, особенно в переносной аппаратуре.

Известны стабилизирующие однотактные преобразователи постоянного напряжения, основой которых являются индуктивный накопитель, электронный ключ, цепь обратной связи, схема импульсного управления электронным ключом (модулятор) и выпрямитель (обычно диодный).

Известен однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, выполненный по схеме автогенератора с "обратным включением диода", содержащий ключевой транзистор, управляющий вывод которого подключен через ограничительный резистор к обмотке обратной связи и к выходу порогового узла, состоящего из двух транзисторов разного типа проводимости и четырех резисторов, причем эмиттер первого транзистора соединен с входным выводом преобразователя, а коллектор через первый резистор с базой второго транзистора, эмиттер которого соединен с общим выводом преобразователя, причем между эмиттером первого и коллектором второго транзисторов включен второй резистор, коллектор второго транзистора образует выход порогового узла, а база первого его вход, к которому подключен один из выводов третьего резистора.

В этом преобразователе, с целью повышения КПД за счет исключения тока потребления в отключенном состоянии автогенератора, введен регулируемый источник опорного тока, включенный на входе порогового узла, который образует триггер Шмитта путем включения четвертого резистора между коллектором второго и базой первого транзисторов, причем второй вывод третьего резистора подключен к выходному выводу.

Недостатком данного преобразователя является снижение КПД, надежности и повышение стоимости при питании высоковольтных высокоомных цепей. Это обусловлено тем, что выход преобразователя связан по постоянному току через резистор обратной связи с источником опорного регулируемого тока и цепями транзисторов триггера Шмитта. Ток обратной связи протекает постоянно и должен быть не менее некоторого минимального значения, достаточного для обеспечения работоспособности преобразователя. При высокоомных нагрузках и повышенных напряжениях мощность, теряемая в цепи обратной связи, составляет значительную долю полезной мощности, т. е. КПД преобразователя существенно снижается. При уменьшении тока обратной связи возрастают тpебования к схемным элементам преобразователя, затраты на его изготовление и настройку, снижается надежность функционирования.

Цель изобретения повышение надежности и снижение стоимости преобразователя путем обеспечения номинального режима работы и взаимозаменяемости электрорадиоэлементов без дополнительной отбраковки.

Цель достигается тем, что в однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входные выводы, один из которых подключен к первому выводу индуктивного накопителя, другой вывод которого соединен с входом выпрямителя, второй вывод выпрямителя соединен с одним из выходных выводов, второй выходной вывод соединен с одним силовым выводом электронного ключа и другим входным выводом, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен через первый резистор с вторым входным выводом, пороговый узел, вход которого соединен с точкой соединения первого вывода источника опорного напряжения и первого резистора, а выход подключен к входу управляемого модулятора, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, введены диод, а также соединенные параллельно второй резистор и конденсатор, подключенные одними выводами к второму входному выводу, а другими выводами подключены к входу порогового узла и через диод к точке соединения первого вывода источника опорного напряжения с первым выводом первого резистора, второй вывод источника опорного напряжения подключен к точке соединения другого силового вывода электронного ключа и промежуточного вывода индуктивного накопителя, выполненного в виде автотрансформатора.

На фиг. 1 схематически изображен один из возможных вариантов исполнения преобразователя.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 входные выводы; 2 индуктивный накопитель; 3 электронный ключ; 4 выпрямитель; 5 управляющий модулятор; 6 пороговый узел; 7 источник опорного напряжения; 8 первый резистор; 9 выходные выводы;
10 второй резистор;
11 конденсатор;
12 диод;
13 задающий генератор;
14 логическая схема 2 ИЛИ НЕ.

Преобразователь работает следующим образом.

В момент подачи напряжения на входные выводы от источника питания все напряжения и токи в схемах фиг. 1 и 2 нулевые. При уровне напряжения на конденсаторе 11 ниже порога переключения порогового узла с выхода последнего поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с модулятора 5 на управление ключом 3. При этом первый управляющий импульс обеспечивает открытое состояние ключа 3 в течение времени, определяемого генератором 13 модулятора 5. В течение этого времени через часть обмотки индуктивного накопителя 2, подключенную к выходным выводам 1, начинает протекать линейно-нарастающий ток
I=U_ot/L,
где U_o напряжение источника питания;
L индуктивность обмотки;
t время.

В момент T_и (окончания импульса модулятора) ключ 3 закрывается и ток индуктивного накопителя 2 начинает протекать через выпрямитель 4 на выход 9. Если за первый импульс напряжение на первом выводе ключа 3 не достигнет уровня стабилизации источника опорного напряжения (например, при емкостном характере нагрузки), потенциал на входе порогового узла 6 оказывается меньше его порога сбрасывания и модулятор 5 через некоторое время паузы вырабатывает следующий импульс и далее процесс повторяется до момента, когда выходное напряжение ключа 3 превысит уровень пробоя источника опорного напряжения и через последний начинает протекать ток, заряжающий через диод 12 конденсатор 11. После того как напряжение на конденсаторе 11 превысит порог переключения порогового узла 6 последний вырабатывает потенциал, прекращающий подачу открывающих импульсов с модулятора 5 на вход ключа 3. Ключ 3 остается в закрытом состоянии на время разряда конденсатора 11 через резистор 10. После того как напряжение на конденсаторе 11 понизится до уровня переключения порогового узла 6, последний разрешает прохождение сигналов с модулятора 5 на ключ 3 и процессы далее протекают аналогично. Постоянная времени разряда конденсатора 11 выбирается меньше постоянной времени в цепи нагрузки. Поэтому колебания (пульсации) выходного напряжения могут быть обеспечены достаточно малыми. При этом средний уровень выходного напряжения будет определяться величиной
U_вых=(U_оп+U_р) K₁ K₂,
где U_оп уровень опорного напряжения;
U_р порог срабатывания порогового узла (обычно U_р<U);
K₁ коэффициент передачи индуктивного накопителя;
K₂ коэффициент передачи выпрямителя.

Поскольку величину U_оп, K₁, K₂ стабильны, а U_р<U выходное напряжение преобразователя поддерживается с достаточной стабильностью. Ток через источник опорного напряжения близок к области номинальных значений и протекает только в течение коротких интервалов времени, поэтому заявляемое решение обладает более высокой надежностью по сравнению с прототипом и не требует отбора электрорадиоэлементов, что снижает стоимость его изготовления.

Формула изобретения

Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входные выводы, один из которых подключен к первому выводу индуктивного накопителя, другой вывод которого соединен с входом выпрямителя, второй вывод выпрямителя соединен с одним из выходных выводов, второй выходной вывод с одним силовым выводом электронного ключа и другим входным выводом, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен через первый резистор с вторым входным выводом, пороговый узел, вход которого соединен с точкой соединения первого вывода источника опорного напряжения и первого резистора, а выход подключен к входу управляемого модулятора, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения стоимости преобразователя, введены диод, а также соединенные параллельно второй резистор и конденсатор, подключенные одними выводами к второму входному выводу, а другими выводами к входу порогового узла и через диод к точке соединения первого вывода источника опорного напряжения с первым выводом первого резистора, второй вывод источника опорного напряжения подключен к точке соединения другого силового вывода электронного ключа и промежуточного вывода индуктивного накопителя, выполненного в виде автотрансформатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2