SU1159125A1 - Стабилизирующий преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

1. СТАБИЛИЗИРУЙЩЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1ЮСТОЯННОГО НАПРЯЖЕШЯ, содержащий однотактный транзистор .ный конвертор, коллектор силового транзистора которого через первичнуй обмотку силового трансформатора соединен с одной из входных клемм, а эмиттер - с второй входной клеммой , входна  цепь силового транзистора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной св зи и через пусковой резистор - с выходной клеммой, вторична  обмотка силового трансформатора через обрат;но включенньй диод соединена с выходными клеммйми, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход блока сравнени , второй вход которого соединен с.выходом источника опорного напр жени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, расширени  функциональных возможностей и уменьшени  уровн  излучаемых помех, первый вход блока сравнени  соединен с одним выводом вторичной обмотки силового трансформатора через введенный резистор, а с другим выводомчерез введенный конденсатор, кроме того, выход блока сравнени  соеди (Л нен с управл ющим входом введенного магнитно-транзисторного блока гальванической разв зки, силовые входы которого соединен с выходными клеммами, а вторична  обмотка выходного трансформатора блока гальванической разв зки через выпр митель соединена с входом силового транзистора.

Description

2.Преобразователь по п. I, о тл и ч а ю 1д и и .с   тем, что магнитно-транзисторный блок гальванической разв зки выполнен в виде транзисторного ключа, коллектор которого соединен с вьшодом первичной обмотки выходного трансформатора, а другой вывод указанной обмотки и эмиттер транзисторного ключа соединены

с силовыми выводами блока гальванической разв зки, причем управл ющий вход последнего св зан с базой транзисторного ключа.

3.Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, ч.то,

с целью уменьшени  массы реактивных

элементов преобразовани , вместо выходного трансформатора введен магнитно-транзисторный двухтакт-ный генератор, а коллектор-эмиттерный переход указанного ключа зашунтирован обратным диодом.

А. Преобразователь по п. 3. отличающийс  тем, что двухтактный генератор подключен непосредственно к силовым выводам блока гальванической разв зки, а управл ющий Ьход последнего через резисторы св зан с входами транзисторов, шунтирующих силовыми переходами базоэмиттерные переходы транзисторов двухтактного генератора.

I

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вторичного электропитани .

Известны устройства вторичного электропитани , содержащие самовозбуждающийс  транзисторный конвертор с обратным включением диода, к выходу которого подключено устройство сравнени  и f 2 }.

Стабилизаци  выходного напр жени  в этих устройствах осуществл етс  линейным регулированием базового тока силового транзистора от выходного напр жени  устройства сравнени  посредством регулирующего транзистора.

Недостатком таких устройств  вл етс  отсутствие гальванической разв зки между входом и выходом конвертора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  импульсный стабилизирующий источник посто нного напр жени , содержащий однотактный транзисторный конвертор коллектор силового транзистора которого через первичную обмотку силового трансформатора соединен с одной из входных клемм, а эмиттер с второй входной клеммой, входна  цепь силового транзистора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной св зи и через пусковой резистор - с входной клеммой , вторична  обмотка силового трансформатора через обратно включенный диод соединена с выходными клеммами, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход устройства сравнени , второй вход которого соединен с выходом источника опорного напр жени  Г2. Выходное напр жение регулируетс  за счет управл емого сокращени  интервала передачи энергии, запасенной в трансформаторе конвертора, а емкость фильтра - посредством разр да дополнительной емкости через тиристор на обмотку трансформатора .

Однако такое устройство характеризуетс  недостаточно высоким КОД,

уто  вл етс  следствием двуз причин. Во-первых, на интервале провод щего состо ни  силового транзистора втори на  обмотка трансформатора нагружена на.дополнительную коммутирующую

емкость через диод, что вызывает

необходимость в увеличении тока смещени  силового транзистора дл  обеспечени  режима автоколебаний пропорционально коммутирующей емкости. При высоком входном напр жении (50-70 В) потери в пусковом резисторе приведут к заметному ухудшению КПД всего устройства . Во-вторых, переключение схемы на интервал накоплени  энергии в индуктивности трансформатора до окона ,

чани  интервала передачи энергии в нагрузку приводит к возникновению сквозного тока через силовой диод конвертора на этапе рассасывани  избыточного зар да в переходе. Это не только снижает общий КПД, но и значительно повышает уровень помех, излучаемых устройством.

Кроме того, отсутствие возможности работы при мальп Гэках нагруз (и икс /иин 2) и в режиме холостого хода. Объ сн ете это тем, что стабилизаци  выходного напр жени  осуществл етс  путем дополнительного отбора мощности из сети, т.е. устройство стабилизации может только повысить напр жение относительно того , при котором цепь обратной св зи отключена. При отсутствии тока нагрузки выходное напр жение неограниченно возрастает, чго при определенном значении последнего приводит к выходу из стро  силового транзистора

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД, уменьшение уровн  излучаемых помех и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в стабилизированном преобразователе посто нного напр жени , содержащем однотактный транзисторный конвертор , коллектор силового транзистора которого через первичную обмотку си:Лового трансформатора соединен с одной из входных клемм, а эмиттер - с второй входной клеммой, входна  цепь силового транзистора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной св зи и через пусковой резн тор - с входной клеммой, вторична  омотка силового трансформатора через обратно включенный диод соединена с выходными клеммами, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход блока сравнени , второй вход которого соединен с выходом источника опорного напр жени , первьй вход блока сравнени  соединен с одним из выводов вторичной обмотки силового трансформатора через введенный конденсатор, а С другим через введенный резистор, кроме того , выход блока сравнени  соединен с управл ющим входом введенного маг- нитно-тра1 зисторного блока- гальва- нической разв зки, силовые входы которого соединены с выходными клеммами , а вторична  обмотка выходного

591254

трансформатора блока гальванической разв зки через выпр митель соединена с входом силового транзистора.

Магнитно-транзисторный блок гальJ ванической разв зки выполнен в виде транзисторного ключа, коллектор которого соединен с одним выводом первичной обмотки выходного трансформатора , а другой вывод указанной g обмотки и эмиттер транзисторного ключа св заны с силовыми выводами блока гальванической разв зки, причем управл ющий вход последнего св зан с базой транзисторного ключа.

j С целый уменьшени  массы реактивных элементов преобразовани  вместо выходного трансформатора введен , магнитно-транзисторный двухтактный генератор, а коллекторно-эмиттерный

0 переход транзисторного ключа зашунтирован обратным диодом,

Двухтактный генератор подключен непосредственно к силовым выводам блока гальванической разв зки, а

J управл ющий вход последнего -через резисторы соединен с входами транристоров , шунтирующих силовыми переходами базо-эмиттерные переходы транзисторов двухтактного генератора .

0

На фиг. приведена принципиальна  схема стабилизирующего преобразовател  посто нного напр жени , на фиг, 2, 3 и 4 - варианты исполнени  магнитно-транзисторного блока

5 гальванической разв зки.

.Устройство содержит однотактный конвертор I, включающий силовой транзистор 2, силовой трансформатор |3, диод 4 и конденсатор 5 фильтра,

к выходу которого подключен блок 6 сравнени , реэистианый делитель 7, 8, синхронизирующую цепочку на конденсаторе 9 и резисторе 10 и источник I 1 опорного напр жени , причем выход

блока 6 сравнени  через магнитнотранзисторный блок 12 гальванической разв зки и выпр митель 13 св зан с входом силового транзистора 2, резисторами 14 и 15, диодом 16 и конденсатором 17, а к выходу источника 11 подключена нагрузка 18. ;

Магнитно-транзисторный блок 12 гальванической разв зки выполнен в виде транзисторного ключа 19 с

5 импульсным трансформатором 20 и имеет следующие выводы: а, в - силовые выводы дл  подключени  питани  блока гальванической разв зки; б - управS и

л ющнй вход блока гальванической разв зки; г, д - вьюоды вторичной обмотки выходного трансформатора блока гальванической разв зки,

В коллекторную цепь ключа 19 подключен двухтактный магнитно-транзисторный генератор 21, управл ющие переходы основных транзисторов которого 22 и 23 шунтированы силовыми переходами транзисторов 24 и 25, а коллектор-эмиттерный переход ключа 19 шунтирован обратным диодом 26.

Устройство рабцтает следующим образом ,

За счет протекани  тока через резистор 15 силовой транзистор 2 находитс  в активной области, и по цепи полож$ггедьной обратной св зи резистор 14 и диод 16 - развиваетс  лавинообразный процесс, привод щий к насыщению транзистора 2. Начинаетс  процесс накоплени  энергии в индуктивности трансформатора 3. При увеличении тока первичной обмотки д величины, при которой транзистор 2 .выходит из области насьпцени , развиваетс  обратный лавинообразный Процесс, привод щий к запиранию транзистора 2. Начинаетс  второй этап - передача энергии, накопленной в индуктивности трансформатора 3, через диод 4 в емкость выходного фильтра 5.

Стабилизаци  выходного напр жени  осуществл етс  сокращением Bpiaмени открытого состо ни  -транзистора 2. При этом мощность, потребл ема  конвертором,, уменьшаетс , чем и достига;етс  поддержание не обходимого уровн  выходного напр жени . Дл  того, чтобы запирающий импульс напр жени  с трансформатора 20, прикладываемого к входу силового транзистора, поступал в строго определенное врем , измерительный вход блока 6 образован резисТивным делителем 7, 8 выходного на- . пр жени , причем резистор 8 щунтирован конденсатором 9 и через ре зистор 10 св зан с обмоткой трансформатора 3. Подобное включение позвол ет получить в Средней точке делител  7, 8 пилообразное напр жение , синхронное с напр жением обмотки трансформатора, причем коэффициент делени  определ етс  только величинами сопротивлений резисторов

У125в

7, 8, а амплитуда пилы - посто нной времени резистора 10 и конденсатора 9 и амплитудой напр- жени  на вторичной обмотке трансформатора 3.

5 В момент сравнени  на импульсном трансформаторе 20 формируетс  импульс , напр жени , который с вторичной обмотки че.рез выпр митель 13 форсированно запирает силовой транзистор 2. Окончание импульса на. трансформаторе 20 происходит на ниспадающем участке пилы и, следовательно , длительность импульса можно определить как удвоенное значение времени рассасывани  избыточного за-р да в базе силового транзистора .

Таким образом, в момент включени  транзистора 2 потребление мощности осуществл етс  только входной цепью силового транзистора, следовательно , величина пускового резистора оказываетс  максимально возможной с точки зрени  возникновени  устойчивых автоколебаний, сквозные токи через диод 4 отсутствуют . поскольку включение, транзистора 2 осуществл етс  только после запирани  диода, т.е. после

Q полной передачи энергии из трансформатора 2 в емкость фильтра 5, за счет форсированного запирани  транзистора 2 уменьшаетс  врем  рассасывани ,,что приводит к умень-. шению динамических потерь и увеличению максимально возможной частоты преобразовани .

Рассмотрим процесс уменьшени  .тока нагрузки от максимального значени  до нул , при котором за счет сокращени  интервала накоплени  энергии частота преобразовани  растет «пропорционально-уменьшению тока нагрузки согласно выражению

и..

ех

(1

где L - индуктивность первичной

обмотки.трансформатора 3; Kfp - коэффициент передачи трансформатора 3; 1„ - ток нагрузки. В выражении (l 1 коэффициент заполнени , напр жени  условно прин т равньм 0,5.

Из выражени  (1 ) видно, что при полном сбросе нагрузки частота преобразовани  бесконечно растет, -однако в реальной с1семе (фиг. I ) в 7 качестве нагрузки используетс  блок 6 сравнени  с дели1елем напр жени  7, 8, источником 11 опорного напр жени  и блок 12 гальванической разв зки. Максимальна  частота преобразовани , при которой происходит регулирование в схеме по фиг. I и 2 определ етс  из услови  пропускани  трансформатором 20 запирающих импульсов . где tj - период перемагничивани  трансформатора 20; tp - врем  рассасывани  неоснов ных носителей в базе силов го транзистора 2. Врем  пр мого перемагничивани , в течение которого действует запира ющий импульс, определ етс  как 2tp, так как после перехода пилы на ни,спадающий участок в течение tp компа ратор 6 продолжает оставатьс  в том же состо нии, и врем  обратного пер магничивани  при удвоенном напр ж«нин на первичной обиотке определ ет с  также величиной tp. При дальнейшем увеличении частоты (уменьшении тока нагрузки )происходит насышение трансформатора и выход устройства и режима стабилизации. Из выражени  (2 ) граничную часто ту преобраэоваии  можно определить как Дл  маломощных (единицы ватт) пр образователей на высркс)частотных транзисторах потери на управление составл ют не менее 5% от.выходной мощности преобразовател j а врем  рассасывани  при форсированном запитйнии не превышает 0,2 МКС. Следовательно , при полном сбросе тока нагрузки выходной ток преобразовав тел  уменьшаетс  в 20 раз и соответственно возрастает частота преобра зовани . Так, при начальной частоте ГО кГц (IH IH««№ частота при составл ет 200 кГц, а область устойчивой работы согласно выражению (3V определ етс  как. З.о 2мкс 58 Из выражений (l ) и (3 можно записать условие устойчивой работы при полном сбросе нагрузи в виде f fНМД КС ч ,.,.u f г; irn 1 (4-) Чх мин J где fj максимальна  частота преобразовани , соответствующа  нулевому току нагрузки; минимальна  частота, соответствующа  максимуму тока нагрузки; потребление тока устройст вом управлени . Дп  более мощных устройств дол  потерь на управление снижаетс  до 2%, а врем  рассасывани  увеличиваетс  до 1-2 МКС. Из выражени  (4) определ ют ,2 кГц f f «ИИ г Р Повысить минимальную частоту, а следовательно, уменьшить массу реактивных элементов можно, исключив ограничение по выражению (2). Дл  этого (фиг. 3 и 4) вместо импульсного трансформатора включаетс  Mai- нитно-транзисторный автогенератор, который передает запирающие импульсы от компаратора любой необходимой длительности. При невыполне:1ии услови  (4 I имеет место задержка включени  силового транзистора после окончани  интервала передачи энергии в емкость фильтра, а схема переходит в режим стабилизации по принципу релейного регул тора. Элементы 16 и 17 не  вл ютс  принципиально необходимыми, а используютс  при повышенных входных напр жени х (50-70 В) дл  уменьшени  мощности в пусковом резисторе 15. Необходимо отметить, что повышение частоты при уменьшении тока нагрузки не приводит к увеличению динамических потерь, так как включение транзистора происходит при нулевом токе, а выключение - при токе, значение, которого уменьшаетс  пропорционально увеличению частоты преобразовани .

J

го

Ч

.

-CZH

(Pf/г.

Claims (4)

1. СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий однотактный транзисторный конвертор, коллектор силового транзистора которого через первичную обмотку силового трансформатора соединен с одной из входных клемм, • а эмиттер - с второй входной клеммой, входная цепь силового транзистора соединена через резистор с обмоткой положительной обратной связи и через пусковой резистор - с выходной клеммой, вторичная обмотка силового трансформатора через обратно включенный диод соединена с выходными клеммами, параллельно которым включен конденсатор фильтра и первый вход блока сравнения, второй вход которого соединен с.выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, расширения функциональных возможностей и уменьшения уровня излучаемых помех, первый вход блока сравнения соединен с одним выводом вторичной обмотки силового трансформатора через введенный резистор, а с другим выводомчёрез введенный конденсатор, кроме того, выход блока сравнения соединен с управляющим входом введенного магнитно-транзисторного блока гальванической развязки, силовые , входы которого соединены с выходными клеммами, а вторичная обмотка выходного трансформатора блока гальванической развязки через выпрями_# тель соединена с входом силового транзистора.

2. Преобразователь по π. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что магнитно-транзисторный блок гальванической развязки выполнен в вид^ транзисторного ключа, коллектор которого соединен с выводом первичной обмотки выходного трансформатора, а другой вывод указанной обмотки и эмиттер транзисторного ключа соединены с силовыми выводами блока гальванической развязки, причем управляющий вход последнего связан с базой транзисторного ключа.

3. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы реактивных элементов преобразования, вместо выходного трансформатора введен магнитно-транзисторный двухтактный генератор, а коллектор-эмиттерный переход указанного ключа зашунтирован обратным диодом.

4. Преобразователь по п. 3. отличающийся тем, что двухтактный генератор подключен непосредственно к силовым выводам блока гальванической развязки, а управляющий Нход последнего через резисторы связан с входами транзисторов, шунтирующих силовыми переходами базоэмиттерные переходы транзисторов двухтактного генератора.

I