RU1777212C - Однотактный стабилизированный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: вторичные источники электропитани  аппаратуры. Сущность изобретени : повышение КПД в широком диапазоне изменени  нагрузок путем снижени  потерь в цеп х бло- кинг-генератора уменьшением частоты переключений коммутирующего транзистора . В преобразователе обеспечиваетс  отключение цепи запуска коммутирующего транзистора от источника питани  на врем  накоплени  и отда чи энергии в нагрузку и на интервале ожидани , увеличивающегос  при увеличении сопротивлени  нагрузки. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электронике и может быть использовано как источник вторичного электропитани .

Известны аналогичные устройства (смотри а.с.СССР N 1396219, 1988; а.с.СССР № 1365288, 1988, за вки Японии: № 59-37668, ИСМ, № 8, 1985, с.81, № 59-32992, ИСМ. № 6, 1985, с.88, № 60-31187, ИСМ, № 3, 1986, с.55), в основу которых положен принцип преобразовани  высокого питающего напр жени ,обычно выпр мленного напр жени  электрической сети 220 вольт, в одно или несколько низковольтных напр жений с помощью одно- тактного преобразовател  посто нного напр жени  (блокинг-генератора), Дл  стабилизации выходных напр жений используетс  принцип изменени  длительности импульсов, формируемых блокинг-генератором при изменении сопротивлени  нагрузки.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности  вл етс  однотактный стабилизированный преобразователь посто нного напр жени , описанный в а.с.СССР № 1396219, ИСМ, № 16, 1988, с.З1.

Он содержит коммутирующий транзистор , импульсный трансформатор, резистор базового смешени , т.е. блокинг- генератор, работающий в автоколебательном режиме, выпр митель импульсного напр жени , емкостный накопитель и элементы цепи обоатной св зи дл  стабилизации выходного напр жени , ключевой каскад в цепи резистора запуска коммутирующего транзистора , разрывающий цепь запуска в интервалах накоплени  и отдачи энергии трансформатором.

Недостатком данного устройства  вл етс  низкий КПД из-за увеличени  частоты коммутации коммутирующего

(Л

С

VI

VI

VJ

Ю

ю

трсзнзистора с увеличением сопротивлени  нагрузки или в режиме холостого хода.

Цель изобретени  - повышение КПД однотактного стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени  в широком диапазоне изменени  нагрузок .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что однотактный стабилизированный преобразователь посто нного напр жени , содержащий трансформатор, первична  обмотка которого включена в коллекторную цепь коммутирующего транзистора, эмиттер которого подключен через датчик тока к общей шине питани , выходна  обмотка трансформатора через выпр митель соединена с накопительным конденсатором, с выводами дл  подключени  нагрузки и с входом блока управлени , выход которого соединен с базой регулирующего транзистора и через первый резистор подключен к эмиттеру коммутирующего транзистора, эмиттер регулирующего транзистора подключен к общей шине питани , а коллектор - к базе коммутирующего транзистора, через второй резистор и базовую обмотку трансформатора - к общей шине питани  и резистор запуска с выходом ключевого каскада, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питани , ко входу ключевого каскада через дополнительные резисторы подключен двухполу- периодный выпр митель, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой трансформатора, в него введено устройство регулировани  паузы между импульсами, уменьшающее частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивлени  нагрузки или в режиме холостого хода, содержащее стабилитрон, катод которого соединен с дополнитель ным резистором и анодом диода двух- полупериодного выпр мител  инверсного плеча, а анод - с первой обклад кой конденсатора, втора  обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питани .

Предлагаемый однотактный стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  отличаетс  от известного тем, что в него введено устройство регулировани  паузы между им0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

пульсами, уменьшающее частоту коммутации коммутирующего транзистора г. увеличением сопротивлени  нагрузки или в режиме холостого хода, содержащее стабилитрон, катод которого соединен с дополнительным резистором и анодом диода инверсного плеча двух- полупериодного выпр мител , а анод - с первой обкпадкой конденсатора, втора  обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питани .

Это позволило уменьшить частоту коммутации коммутирующего транзистора с увеличением сопротивлени  нагрузки или в режиме холостого хода путем увеличени  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 привод т к положительному эффекту .

На чертеже представлена принципиальна  схема однотактного стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени .

Устройство содержит трансформатор 1, первична  обмотка 2 которого включена в коллекторную цепь коммутирующего транзистора 3, эмиттер которого подключен через датчик тока k к общей шине питани , выходна  обмотка 5 трансформатора через выпр митель 6 соединена с накопительным конденсатором 7, с выводами дл  подключени  нагрузки 8 и с входом блока управлени  9, выход которого соединен с базой регулирующего транзистора 10 и через первый резистор 11 подключен к эмиттеру коммутирующего транзистора 3, эмиттер регулирующего транзистора соединен с общей шиной питани , а коллектор - с базой коммутирующего транзистора, через второй резистор 12 и базовую обмотку 13 трансформатора с общей шиной питани  и резистор запуска 1 с выходом ключевого каскада 15, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питани , к входу ключевого каскада через дополнительные резисторы 16 подключен двухполу- периодный выпр митель 17, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой 18 трансформаЬ1

тора, катод стабилитрона 19 соединен с дополнительным резистором и анодом диода инверсного плеча двухполупери- одного выпр мител , а анод с первой обкладкой конденсатора 2С, втора  обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питани .

Функционирование однотактного стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени .

В предлагаемом однотактном преобразователе напр жени  имеет место обратное включение выпр мительного диода б, и интервалы накоплени  энергии в трансформаторе 1 разнесены во времени с интервалами передачи накопительной энергии в нагрузку. При подключении источника электропитани  к блокинг-генератору последний начинает генерировать импульсы. Период коммутации коммутирующего транзистора 3 складываетс  из трех временных интервалов:

Т Ч + tn + t0;K

где tн - врем  накоплени  энергии в трансформаторе 1;

L п - врем  передачи энергии в нагрузку;

t-0)tc - врем  ожидани , когда коммутирующий транзистор 3 закрыт и вс  накопленна  трансформатором энерги  передана в нагрузку. С началом формировани  каждого импульса эмиттерный ток коммутирующег транзистора 3 создает нарастающее напр жение на датчике тока 4. При определенном напр жении на датчике тока k открываетс  регулирующий транзистор 10, шунтирует базовую цепь коммутирующего транзистора 3, который запираетс . Начинаетс  передача накопленной энергии из транс- Форматора 1 через обмотку 5 и выпр митель б в накопительный конденсатор 7 и нагрузку 8. С увеличением напр жени  на накопительном конденса торе 7 до номинального значени  блок управлени  9 воздействует на управл ющий транзистор 1C и уменьшает его порог отпирани . Благодар  этому транзистор 3 отпираетс  на меньшее врем , сокращаетс  интервал th. С увеличением напр жени  на накопительном конденсаторе 7 сокращаетс  и врем  передачи анергии из трансфорПМ

матора 1 в накопительный компенсатор 7, т.е. сокращаетс  интервал tn.

Ток через резистор 1 и ключевой каскад 15 протекает только в режиме запуска, а все остальное врем , т.е.

на интервалах tK,

tn и

-ох

через

0

С

0

5

0

5

0

5

них не протекает. Отсутствие токов через резистор 1 и ключевой каскад 15 на интервалах tH, tn и t0;k обеспечиваетс  воздействием цепей 1б, 17, 18, 19 и 20 путем открывани  входного транзистора ключевого каскада 15.

На этапе t с пр мого плеча дополнительной обмотки 18 трансформатора 1 отрицательное напр жение через нижние диод 17 и резистор 16 отпирает входной транзистор ключевого каскада 15. Запираетс  основной (выходной ) транзистор ключевого каскада 15 и ток через резистор запуска не протекает.

На этапе tn отрицательное напр жение , отпирающее входной транзистор ключевого каскада 15, подаетс  с инверсного плеча дополнительной обмотки 18 трансформатора 1 через верхние диод 17 и резистор 1б. Оп ть ток через основной (выходной) транзистор ключевого каскада 15 и резистор отсутствует.

На этом же этапе tn отрицательное напр жение с инверсного плеча дополнительной обмотки 18 трансформатора через верхний диод 17 прикладываетс  к последовательно включенным стабилитрону 19 и конденсатору 20. Стабилитрон отпираетс  и конденсатор 20 подзар жаетс .

По окончании этапов t H и t п воздействие на ключевой каскад 15 со стороны дополнительной обмотки 18 трансформатора 1 прекращаетс . Однако конденсатор 20, подзар женный на этапе tn, начинает разр жатьс  по цепи: верхн   обкладка конденсатора 20, переход эмиттер-база входного транзистора ключевого каскада 15 верхний резистор 16, стабилитрон 19, нижн   обкладка конденсатора 20. Так как стабилитрон 19 дл  тока разр де ) конденсатора 20 находитс  в пр мом (диодном) включении, то конденсатор 20 разр жаетс  почти полностью. Разр жающийс  конденсатор 20 удерживает входной транзистор ключевого каскада 15 в открытом состо нии, что обеспечивает закрытое состо ние основного (выходного) транзистора клю чсвого каскада 15 и отсутствие тока через резистор запуска 14. Так формируетс  этап t0. На всех этапах t4, tn и дл  обеспечени  непротекани  тока через ключевой каскад 15 и резистор запуска-14 имеетс  воздействие на ключевой каскад 15.

С увеличением сопротивлени  нагруз ки 8 или же при ее полном отключении (режим холостого хода) интервалы t и и t. n существенно сокращаютс  и блокинг-генератор стремитс  работать с большей частотой, что увеличивало бы потребление энергии цеп ми запуска и, как следствие снижение КПД. Кроме того, с уменьшением tH и tn длительность фронтов становитс  соизмеримой с длительностью импульсов, что увеличивает паразитный расход энергии во всех цеп х блокинг-гене- ратора.

Однако с увеличением сопротивлени  нагрузки 8 и увеличением, как следствие, напр жени  на накопительном конденсаторе 7 увеличиваетс  амплитуда импульсов напр жени  на выходной обмотке 5,а следовательно, и на инверсной части дополнитель- ной обмотки 18 трансформатора 1 в интервале tn передачи энергии из трансформатора 1 в накопительный конденсатор 7. Дальнейшее увеличение напр жени  на накопительном конденса торе 7 приводит к .увеличению напр жени  на конденсаторе 20, что приводит к увеличению интервала tOJ( и в конечном итоге, к снижению частоты срабатывани  блокинг-генератора. С уменьшением частоты срабатывани  блокинг-генератора уменьшаетс  паразитное потребление энергии блокинг- генератором, что увеличивает КПД устройства.

Введение в устройство стабилитрон 19 с конденсатором 20 существенно увеличивает КПД преобразовател  в режимах большого сопротивлени  нагрузки или холостого хода. Проведен-

Claims (1)

1. ные лабораторные испытани  подтверждают изложенное. TO|C , потребл емый устройством в режиме холостого хода, с введением предлагаемых элементов, уменьшаетс  на (15-25К. Формула изобретени 

   Однотактный стабилизированный прь образователь посто нного напр жени , содержащий трансформатор, первична  обмотка которого включена в коллекторную цепь коммутирующего транзистора , эмиттер которого подключен через датчик тока к общей шине питани , выходна  обмотка трансформатора через выпр митель соединена с накопительным конденсатором,с выводами дл  подключени  нагрузки и с входом блока управлени , выход которого соединен с базой регулирующего транзистора и через первый резистор подключена к эмиттеру коммутирующего транзистора, эмиттер регулирующего транзистора содинен с общей шиной питани , коллектор - с базой коммутирующего транзистора , а через второй резистор и базовую обмотку трансформатора - с общей шиной питани , и резистор запуска - с выходом ключевого каска да, включенного последовательно с резистором запуска между базой коммутирующего транзистора и положительной шиной питани , к входу ключевого каскада через дополнительные резисторы подключен двухполупериодный выпр митель, выполненный по мостовой схеме и соединенный с дополнительной обмоткой трансформатора,, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД в широком диапазоне изменение нагрузок, в него введены стабилитрон и конденсатор, причем катод стабилитрона соединен с дополнительным резистором и анодом диода инверсного плеча двухполупериодного выпр мител , а анод - с первой обкладкой конденсатора, втора  обкладка конденсатора соединена с положительной шиной питани .

   n