RU2007826C1 - Single pulse stabilizing converter of direct current - Google Patents

Abstract

FIELD: converters. SUBSTANCE: device has power switch which is controlled by generator, univibrators 12, 24, comparison circuit 5, which controls duration of pause between working pulses by means of photon-coupled pair 6, 7 and controlled power supply which has elements 9, 11, 8, 10 and changes charging current of capacitor 14. In addition device has threshold circuit having stabilizing diode 18, transistor 17, inverter 16 and corresponding resistors. Voltage on turning converter on is determined by resistors 20, 21, 22. Voltage on turning converter off is determined by resistors 21 and 22. Device provides possibility to measure hysteresis loop of turning on/off. Inverter 16 switches thresholds of circuit but also generates start of pulse train beginning with pause. Smooth characteristic of converter turn-on is provided. EFFECT: increased functional capabilities. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовым транзисторным преобразователям, использующимся в качестве источников вторичного электропитания с электрической изоляцией выходного напряжения от первичного. The invention relates to electrical engineering, namely to power transistor converters used as sources of secondary power supply with electrical isolation of the output voltage from the primary.

Известны однотактные стабилизирующие преобразователи постоянного напряжения, у которых отсутствуют устройства для измерения и контроля напряжения первичного источника, а стабилизация выходного напряжения обеспечивается и при невысоких значениях напряжения первичного источника [1] . Недостатком их является невысокая надежность работы и возможные отказы силового транзисторного ключа при малых уровнях напряжения первичного источника. Known single-cycle stabilizing DC-DC converters, in which there are no devices for measuring and controlling the voltage of the primary source, and stabilization of the output voltage is provided at low voltage values of the primary source [1]. Their disadvantage is the low reliability and possible failures of the power transistor switch at low voltage levels of the primary source.

Известны также однотактные стабилизирующие преобразователи напряжения, у которых импульсная работа силового транзисторного ключа исключается, если напряжение первичного источника мало. Здесь схема управления начинает работать только после получения сигнала разрешения от пороговой схемы, осуществляющей измерение и контроль напряжения первичного источника [2] . Недостатком этого устройства является невысокая надежность работы при медленных изменениях - на этапе включения и выключения преобразователя, напряжения первичного источника, вблизи порога срабатывания контрольной схемы, а также при существенном внутреннем сопротивлении первичного источника. Single-cycle stabilizing voltage converters are also known, in which the pulse operation of the power transistor switch is excluded if the voltage of the primary source is small. Here, the control circuit begins to work only after receiving a permission signal from a threshold circuit that measures and controls the voltage of the primary source [2]. The disadvantage of this device is its low reliability during slow changes - at the stage of turning the converter on and off, the voltage of the primary source, near the threshold of operation of the control circuit, as well as with significant internal resistance of the primary source.

Наиболее эффективными являются однотактные преобразователи, у которых пороги включения преобразователя (в момент подачи напряжения первичного источника) и выключения (при снятии первичного напряжения) различны по уровню и задаются параметрически пороговой схемой [3] . Причем напряжение включения всегда больше напряжения выключения и определяется заданным гистерезисом. Это позволяет исключить автоколебательные процессы при пуске (включении) и выключении преобразователя, что особенно существенно необходимо при медленных изменениях напряжения первичного источника или при его значительном внутреннем сопротивлении. Такие устройства повышают надежность работы преобразователя и позволяют исключить отказы силовых транзисторов в переходные моменты пуска и выключения преобразователя. Это техническое решение является наиболее близким по технической сущности к предложенному. Single-cycle converters are the most effective, in which the thresholds for turning on the converter (at the moment of supplying the voltage of the primary source) and switching off (when removing the primary voltage) are different in level and are set parametrically by the threshold circuit [3]. Moreover, the turn-on voltage is always greater than the turn-off voltage and is determined by the specified hysteresis. This makes it possible to exclude self-oscillating processes when starting (turning on) and turning off the converter, which is especially essential for slow changes in the voltage of the primary source or with its significant internal resistance. Such devices increase the reliability of the converter and can eliminate the failures of power transistors at transient moments when the converter is started and turned off. This technical solution is the closest in technical essence to the proposed one.

Недостатком подобного преобразователя постоянного напряжения является ограниченная функциональная возможность применения в современных высокоэффективных системах вторичного электропитания. Это обусловлено невозможностью плавной регулировки порогов контрольной схемы, относительной сложностью схемы и недостаточной стабильностью напряжения питания схемы управления, так как опорные элементы пороговой схемы невозможно использовать для питания схемы управления. The disadvantage of such a DC-voltage converter is the limited functionality in modern high-performance secondary power supply systems. This is due to the inability to smoothly adjust the thresholds of the control circuit, the relative complexity of the circuit and the insufficient stability of the supply voltage of the control circuit, since the supporting elements of the threshold circuit cannot be used to power the control circuit.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, а именно расширение функциональных возможностей применения известных однотактных стабилизирующих преобразователей за счет упрощения схемы, получения возможности плавной регулировки порогов гистерезиса, а также использования опорного элемента для получения стабильного напряжения питания схемы управления. The aim of the invention is to eliminate this drawback, namely the expansion of the functionality of the known single-cycle stabilizing converters by simplifying the circuit, gaining the ability to smoothly adjust the hysteresis thresholds, as well as using a reference element to obtain a stable supply voltage to the control circuit.

Указанная цель достигается тем, что в схеме однотактного преобразователя пороговый транзистор сравнивает напряжение на стабилитроне с выходным напряжением делителя напряжения, подключенного к первичному источнику, а выход порогового транзистора через первый КМОП логический инвертор управляет работой одновибраторов. Кроме того, первый конденсатор RC времязадающей цепи заряжается через источник тока, управляемый фототранзистором оптопары, а второй конденсатор второй RC времязадающей цепи заряжается через резистор, соединенный с первичным источником. С выхода порогового транзистора сигнал через второй КМОП логический инвертор управляет работой формирующего транзистора, подключенного параллельно формирующему конденсатору, замедляющему увеличение скважности переключающих импульсов силового транзисторного ключа при разряженных конденсаторах выходного фильтра. This goal is achieved by the fact that in a single-cycle converter circuit, the threshold transistor compares the voltage at the zener diode with the output voltage of the voltage divider connected to the primary source, and the output of the threshold transistor through the first CMOS logical inverter controls the operation of single-vibrators. In addition, the first RC capacitor of the timing circuit is charged through a current source controlled by an optocoupler phototransistor, and the second capacitor of the second RC timing circuit is charged through a resistor connected to the primary source. From the output of the threshold transistor, the signal through the second CMOS logic inverter controls the operation of the forming transistor connected in parallel with the forming capacitor, which slows down the duty cycle of the switching pulses of the power transistor switch when the output filter capacitors are discharged.

На фиг. 1 приведена схема однотактного преобразователя, соответствующая п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2 - соответствующая п. 2; на фиг. 3 - временные диаграммы работы схемы. In FIG. 1 shows a single-phase converter circuit corresponding to paragraph 1 of the claims; in FIG. 2 - relevant clause 2; in FIG. 3 - timing diagrams of the circuit.

Преобразователь (см. фиг. 1) содержит силовой транзисторный ключ 1, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка силового трансформатора 2, вторичной обмоткой через выпрямитель 3 и фильтр 4 соединенного с нагрузкой и со входами схемы сравнения 5. Выход ее соединен со светодиодом 6 оптопары. Параллельно коллектору и эмиттеру фототранзистора 7 подключен шунтирующий резистор 8, а точка его соединения с эмиттером подключена к базе управляющего транзистора 9 и через открывающий резистор 10 - к общему полюсу схемы. Эмиттер транзистора 9 через управляющий резистор 11 соединен с коллектором фототранзистора 7, а коллектор - с времязадающим входом одновибратора 12, анодом второго разделительного диода 13 и через первый конденсатор 14 - с общим полюсом схемы. Катод диода 13 соединен с катодом первого разделительного диода 15 и с выходом первого КМОП логического инвертора 16, вход которого подключен к коллектору порогового транзистора 17, эмиттером соединенного с катодом стабилитрона 18 и через балластный резистор 19 - с потенциальным полюсом первичного источника, а анод стабилитрона 18 подключен к общему полюсу схемы. Между потенциальным полюсом первичного источника и общим полюсом схемы включен делитель напряжения, состоящий из последовательного соединения первого 20 и второго 21 резисторов, точка соединения которых подключена к базе транзистора 17 и через резистор гистерезиса 22 - к аноду диода 15. The converter (see Fig. 1) contains a power transistor switch 1, in the collector circuit of which is included the primary winding of the power transformer 2, the secondary winding through a rectifier 3 and a filter 4 connected to the load and to the inputs of the comparison circuit 5. Its output is connected to the LED 6 of the optocoupler . In parallel to the collector and emitter of the phototransistor 7, a shunt resistor 8 is connected, and the point of its connection with the emitter is connected to the base of the control transistor 9 and through the opening resistor 10 to the common pole of the circuit. The emitter of the transistor 9 is connected through a control resistor 11 to the collector of the phototransistor 7, and the collector is connected to the timing input of the one-shot 12, the anode of the second isolation diode 13, and through the first capacitor 14 to the common pole of the circuit. The cathode of the diode 13 is connected to the cathode of the first isolation diode 15 and to the output of the first CMOS logic inverter 16, the input of which is connected to the collector of the threshold transistor 17, an emitter connected to the cathode of the zener diode 18 and through the ballast resistor 19 to the potential pole of the primary source, and the anode of the zener diode 18 connected to the common pole of the circuit. A voltage divider is connected between the potential pole of the primary source and the common pole of the circuit, consisting of a series connection of the first 20 and second 21 resistors, the connection point of which is connected to the base of the transistor 17 and through the hysteresis resistor 22 to the anode of the diode 15.

Второй конденсатор 23 первым выводом соединен с времязадающим входом второго одновибратора, анодом ограничивающего диода 25 и первым выводом времязадающего резистора 26, второй вывод которого подключен к потенциальному полюсу первичного источника, а катод диода 25 - к катоду стабилитрона 18 и коллектору фототранзистора 7. Инверсный выход первого одновибратора 12 подключен к управляющему входу второго одновибратора 24, инверсный и прямой выходы которого соединены с управляющими входами силового транзисторного ключа 1. Управляющий вход одновибратора 12 подключен к прямому выходу одновибратора 24. Питающие входы инвертора 16 и одновибраторов 12 и 24 подключены к катоду и аноду стабилитрона 18. The second capacitor 23 is connected by a first output to the timing input of the second one-shot, the anode of the limiting diode 25 and the first output of the timing resistor 26, the second output of which is connected to the potential pole of the primary source, and the cathode of the diode 25 is connected to the cathode of the zener diode 18 and the collector of the phototransistor 7. Inverse output of the first one-shot 12 is connected to the control input of the second one-shot 24, the inverse and direct outputs of which are connected to the control inputs of the power transistor switch 1. The control input is the same Rathore 12 is connected to the direct output of the univibrator 24. The supply inputs of the inverter 16 and the monostable multivibrators 12 and 24 are connected to the cathode and anode of the zener diode 18.

Схема преобразователя по фиг. 2, в дополнение к изложенному, содержит второй КМОП логический инвертор, вход которого соединен со входом первого инвертора 27, а выход через базовый резистор 28 подключен к базе разрядного транзистора 29. Эмиттер его соединен с катодом стабилитрона 18 и первым выводом формирующего конденсатора 30, второй вывод которого подключен к коллектору транзистора 29 и аноду формирующего диода 31, катодом соединенного с базой транзистора 9. Питающие входы инвертора 27 подключены к катоду и аноду стабилитрона 18. На фиг. 3 изображены эпюры: 32 - напряжение первичного источника; 33 - напряжение на стабилитроне 18; 34 - входное напряжение инверторов 16 и 27, являющееся напряжением на коллекторе транзистора 17; 35 - выходное напряжение инвертора 16 (или 27); 36 - модуль напряжения на конденсаторе 30; 37 - напряжение на инверсном выходе одновибратора 24, причем наличие импульса на этой эпюре соответствует открытому состоянию транзисторного ключа 1, а отсутствие - запертому его состоянию. The converter circuit of FIG. 2, in addition to the above, contains a second CMOS logic inverter, the input of which is connected to the input of the first inverter 27, and the output through the base resistor 28 is connected to the base of the discharge transistor 29. Its emitter is connected to the cathode of the zener diode 18 and the first output of the forming capacitor 30, the second the output of which is connected to the collector of the transistor 29 and the anode of the forming diode 31, a cathode connected to the base of the transistor 9. The power inputs of the inverter 27 are connected to the cathode and anode of the zener diode 18. In FIG. 3 shows diagrams: 32 — voltage of the primary source; 33 - voltage at the zener diode 18; 34 - input voltage of the inverters 16 and 27, which is the voltage on the collector of the transistor 17; 35 - output voltage of the inverter 16 (or 27); 36 - voltage module across the capacitor 30; 37 - voltage at the inverse output of a single-shot 24, and the presence of a pulse on this diagram corresponds to the open state of the transistor switch 1, and the absence to its locked state.

Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения по схеме фиг. 1 работает следующим образом. The single-phase stabilizing DC-DC converter according to the circuit of FIG. 1 works as follows.

В момент времени t_o (см. эпюру 32 временных диаграмм фиг. 3) к преобразователю подключается напряжение первичного источника и начинает увеличиваться по определенному закону. Одновременно с этим, начинает увеличиваться напряжение на стабилитроне 18 в соответствии с эпюрой 33 фиг. 3. Так как напряжение стабилизации Е_в стабилитрона 18 гораздо меньше, чем установившееся напряжение Е_п первичного источника, то процесс установления напряжения Е_в, которое является напряжением питания схемы управления, заканчивается существенно раньше, чем установление напряжения Е_п. Поэтому напряжение питания Е_в схемы управления появляется раньше, и она начинает работать.At time t _o (see diagram 32 of the time diagrams of Fig. 3), the voltage of the primary source is connected to the converter and begins to increase according to a certain law. Simultaneously, the voltage at the zener diode 18 begins to increase in accordance with diagram 33 of FIG. 3. Since the stabilization voltage E _{in the} zener diode 18 is much less than the steady-state voltage E _{p of the} primary source, the process of establishing the voltage E _in , which is the supply voltage of the control circuit, ends much earlier than the establishment of the voltage E _p . Therefore, the supply voltage E _in the control circuit appears earlier, and it starts to work.

Сопротивления резисторов 20, 21, и 22 выбраны таким образом, что пока напряжение первичного источника не достигнет значения Е_пвкл, напряжение на базе транзистора 17, то есть на выходе делителя напряжения, не превышает напряжения стабилизации стабилитрона 18 (значения Е_в). Транзистор 17 на протяжении этого этапа времени открыт, и на его коллекторе напряжение примерно равно напряжению Е_в, что эквивалентно наличию единичного уровня на входе инвертора 16 (см. эпюру 34 фиг. 3). Так напряжение питания схемы управления существует, на выходе инвертора 16 будет низкий (нулевой) уровень напряжения, что показано на эпюре 35 фиг. 3. Такое состояние схемы длится до момента времени t₁. При этом открыт диод 15 и резистор 22 подключается параллельно резистору 20, чем формируется пороговый уровень напряжения включения преобразователя. Вместе с этим, открыт диод 13 и первый конденсатор 14 шунтируется через этот диод и нулевое состояние выхода инвертора 16.The resistances of resistors 20, 21, and 22 are selected in such a way that until the voltage of the primary source reaches E _pvcl , the voltage at the base of transistor 17, that is, at the output of the voltage divider, does not exceed the stabilization voltage of the zener diode 18 (values of E _in ). The transistor 17 is open during this time stage, and the voltage across its collector is approximately equal to the voltage E _in , which is equivalent to the presence of a unit level at the input of the inverter 16 (see diagram 34 of Fig. 3). Since the supply voltage of the control circuit exists, the output of the inverter 16 will have a low (zero) voltage level, as shown in diagram 35 of FIG. 3. This state of the circuit lasts until time t ₁ . In this case, the diode 15 is open and the resistor 22 is connected in parallel with the resistor 20, which forms the threshold level of the voltage for turning on the converter. At the same time, the diode 13 is open and the first capacitor 14 is shunted through this diode and the zero state of the output of the inverter 16.

Схема генератора на двух одновибраторах 12 и 24 работает таким образом, что шунтирование конденсатора 14 формирует интервал (паузу) между импульсами переключения силового транзисторного ключа 1, то есть при разряженном состоянии конденсатора 14 на управляющих входах ключа 1 присутствует такой импульсный сигнал, который приводит к его запертому состоянию (см. эпюру 37 временных диаграмм фиг. 3). Следовательно, на протяжении наличия нулевого уровня напряжения на выходе инвертора 16 силовой транзисторный ключ 1 заперт и включение преобразователя при малых напряжениях первичного источника исключено. The generator circuit on two single vibrators 12 and 24 works in such a way that the bypass of the capacitor 14 forms the interval (pause) between the switching pulses of the power transistor switch 1, that is, when the capacitor 14 is discharged, the pulse inputs are present at the control inputs of the switch 1, which leads to its locked state (see diagram 37 of the time diagrams of Fig. 3). Therefore, during the presence of a zero voltage level at the output of the inverter 16, the power transistor switch 1 is locked and the inclusion of the Converter at low voltages of the primary source is excluded.

В момент времени t₁ напряжение первичного источника достигает значения Е_пвкл, которое соответствует примерному равенству напряжений на базе транзистора 17 и на стабилитроне 18. Транзистор 17 запирается, напряжение на его коллекторе исчезает, пропадает и единичный сигнал на входе инвертора 16, а на его выходе появляется единичный уровень напряжения (см. эпюры 34 и 35 фиг. 3). Это приводит к запиранию диода 15 и отключению резистора 22 от делителя напряжения 20 и 21, чем снижается напряжение срабатывания пороговой схемы. Таким образом, если в момент t₁ включения преобразователя произойдет уменьшение величины первичного напряжения, например, за счет внутреннего сопротивления первичного источника, то выключения преобразователя не произойдет из-за сниженного уровня срабатывания пороговой схемы.At time t _{1, the} voltage of the primary source reaches a value of E _pvc , which corresponds to the approximate equality of voltages on the basis of transistor 17 and zener diode 18. Transistor 17 is turned off, the voltage at its collector disappears, and a single signal at the input of inverter 16 disappears, and at its output a single voltage level appears (see diagrams 34 and 35 of Fig. 3). This leads to the locking of the diode 15 and the disconnection of the resistor 22 from the voltage divider 20 and 21, which reduces the voltage of the threshold circuit. Thus, if at the moment t _{1 of} turning on the converter the primary voltage decreases, for example, due to the internal resistance of the primary source, then the converter will not turn off due to the reduced level of operation of the threshold circuit.

Кроме того, увеличение напряжения на выходе инвертора 16 приводит к запиранию диска 13, чем исключается шунтирование конденсатора 14. Он начинает заряжаться через транзистор 9 и резистор 11. Его заряд определяет формирование паузы между импульсами управления силовым транзисторным ключом 1. Причем, после наступления момента времени t₁, т. е. срабатывания пороговой схемы, силовой транзисторный ключ 1 остается запертым, а его включение произойдет только после формирования генератором паузы (эпюра 37 временных диаграмм фиг. 3), длительность которой определяется схемой сравнения или иными формирующими цепями.In addition, increasing the voltage at the output of the inverter 16 leads to the locking of the disk 13, which eliminates the shunting of the capacitor 14. It starts charging through the transistor 9 and the resistor 11. Its charge determines the formation of a pause between the control pulses of the power transistor switch 1. Moreover, after the time t ₁ , i.e., the triggering of the threshold circuit, the power transistor switch 1 remains locked, and it will turn on only after the pause is generated by the generator (plot 37 of the time diagrams of Fig. 3), the duration of which determined by a comparison scheme or other formative chains.

Когда напряжение на конденсаторе 14 достигнет уровня включения одновибратора 12, его выходной сигнал с инверсного выхода переключит инвертор 24. Начинается формирование длительности управляющего импульса, конденсатор 23 заряжается через резистор 26 от напряжения первичного источника. После его заряда до уровня включения одновибратора 24 одновибратор 12 сигналом с прямого выхода одновибратора 24 переключается в первоначальное состояние и начинается заряд конденсатора 14, формирующего паузу между импульсами. Далее процессы переключения одновибраторов происходят аналогично. When the voltage across the capacitor 14 reaches the turn-on level of the one-shot 12, its output signal from the inverse output will switch the inverter 24. The formation of the control pulse duration begins, the capacitor 23 is charged through the resistor 26 from the voltage of the primary source. After its charge to the level of inclusion of the one-shot 24, the one-shot 12 signal from the direct output of the one-shot 24 switches to its original state and the charge of the capacitor 14 begins, forming a pause between pulses. Further, the processes of switching one-shots occur in the same way.

После нескольких циклов включения и выключения силового транзисторного ключа 1, вследствие которых образуются импульсы его коллекторного тока и, соответственно, тока первичной обмотки силового трансформатора 2, напряжение через выпрямитель 3 и фильтр 4 появляется на нагрузке U_н на входе схемы управления 5. Она сравнивает напряжение U_н с опорным Е_оп и вырабатывает сигнал рассогласования, управляющий током через светодиод 6 оптопары. С увеличением (уменьшением) напряжения U_н ток через светодиод 6 увеличивается (уменьшается), обусловливая его соответствующее свечение. В частности, в режиме пуска, когда выходное напряжение U_н преобразователя мало, ток через светодиод и его свечение отсутствуют. Фототранзистор 7 будет заперт. При увеличении напряжения U_н появляется ток через светодиод 6, что будет приводить к приоткрыванию фототранзистора 7 и шунтированию входа транзистора 9.After several cycles of turning on and off the power transistor switch 1, due to which pulses of its collector current and, accordingly, the primary current of the power transformer 2 are formed, the voltage through the rectifier 3 and the filter 4 appears on the load U _n at the input of the control circuit 5. It compares the voltage U _n with reference E _op and generates a mismatch signal that controls the current through the LED 6 of the optocoupler. With an increase (decrease) in the voltage U _{n, the} current through the LED 6 increases (decreases), causing its corresponding glow. In particular, in the start-up mode, when the output voltage U _{n of the} converter is small, there is no current through the LED and its glow. Phototransistor 7 will be locked. With an increase in voltage U _n , a current appears through the LED 6, which will lead to the opening of the phototransistor 7 and the shunting of the input of the transistor 9.

При запертом состоянии фототранзистора 7 напряжение на входе транзистора 9 определяется соотношением величин сопротивления резисторов 8 и 10. При этом напряжение на резисторе 11 примерно равно напряжению на резисторе 8, а ток заряда конденсатора 14 прямо пропорционален последнему. Следовательно, при запертом состоянии фототранзистора 7 напряжение на резисторе 8 (на входе транзистора 9) максимально, а, значит, максимально и напряжение на резисторе 11, что приводит к максимальному току заряда конденсатора 14 и, соответственно, к минимальному времени его заряда до заданного уровня включения одновибратора 12. Увеличение тока через светодиод 6 приводит к приоткрыванию фототранзистора 7, частичному шунтированию резистора 8, уменьшению напряжения на резисторе 11 и уменьшению тока заряда конденсатора 14. Это обусловливает снижение скорости его заряда и увеличение времени нарастания напряжения на нем до заданного уровня включения одновибратора 12. Следовательно, уменьшение выходного напряжения преобразователя и соответствующее увеличение тока через светодиод 6 приводит к увеличению длительности паузы между импульсами управления силовым транзисторным ключом 1. А это вызывает снижение выходного напряжения преобразователя. Таким образом осуществляется стабилизация выходного напряжения преобразователя. When the phototransistor 7 is locked, the voltage at the input of the transistor 9 is determined by the ratio of the resistance values of the resistors 8 and 10. The voltage on the resistor 11 is approximately equal to the voltage on the resistor 8, and the charge current of the capacitor 14 is directly proportional to the latter. Therefore, with the locked state of the phototransistor 7, the voltage across the resistor 8 (at the input of the transistor 9) is maximum, and, therefore, the maximum voltage across the resistor 11, which leads to a maximum charge current of the capacitor 14 and, accordingly, to a minimum charge time to a given level turn on the single-vibrator 12. An increase in current through the LED 6 leads to the opening of the phototransistor 7, partial shunting of the resistor 8, a decrease in the voltage across the resistor 11 and a decrease in the charge current of the capacitor 14. This causes a decrease lowering the speed of its charge and increasing the rise time of the voltage across it to a predetermined switching level of the one-shot 12. Therefore, a decrease in the output voltage of the converter and a corresponding increase in current through the LED 6 leads to an increase in the duration of the pause between the control pulses of the power transistor switch 1. And this causes a decrease in the output voltage transducer. Thus, the output voltage of the converter is stabilized.

Если формирование длительности паузы между рабочими импульсами генератора осуществляется по сигналу обратной связи канала замкнутой системы автоматического регулирования, то формирование длительности рабочего импульса выполняется по сигналу возмущения со стороны величины напряжения первичного источника. Ток заряда конденсатора 23, формирующего длительность рабочего импульса, определяется величиной сопротивления резистора 26, подключенного к потенциальному полюсу первичного источника. Увеличение напряжения первичного источника приводит к увеличению тока заряда конденсатора 23, а это ускоряет его заряд до заданного напряжения включения одновибратора 24 и, следовательно, уменьшает длительность рабочего импульса и сокращает длительность открытого состояния силового транзисторного ключа 1. Известно, что для однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода такая зависимость длительности импульса открытого состояния силового транзистора от напряжения первичного источника приводит к свойству параметрической стабилизации по возмущению со стороны напряжения первичного источника. Следовательно, формирование длительности рабочего импульса обеспечивает свойство параметрической стабилизации. Для стабилизирующих однотактных преобразователей с обратным включением диода весьма трудными являются вопросы обеспечения устойчивости замкнутой системы стабилизации при широких диапазонах изменения нагрузки, напряжения первичного источника, температуры окружающей среды, параметров элементов и т. п. If the formation of the duration of the pause between the operating pulses of the generator is carried out by the feedback signal of the channel of the closed-loop automatic control system, then the formation of the duration of the working pulse is performed by the disturbance signal from the side of the voltage of the primary source. The charge current of the capacitor 23, forming the duration of the working pulse, is determined by the resistance value of the resistor 26 connected to the potential pole of the primary source. An increase in the voltage of the primary source leads to an increase in the charge current of the capacitor 23, and this accelerates its charge to a predetermined turn-on voltage of the one-shot 24 and, therefore, reduces the duration of the working pulse and reduces the duration of the open state of the power transistor switch 1. It is known that for a single-cycle converter with reverse inclusion of a rectifier diode, such a dependence of the pulse duration of the open state of the power transistor on the voltage of the primary source leads to the property parametric stabilization by disturbance from the voltage side of the primary source. Therefore, the formation of the duration of the working pulse provides the property of parametric stabilization. For stabilizing single-cycle converters with reverse diode turn-on, it is very difficult to ensure the stability of a closed stabilization system with wide ranges of load, voltage of the primary source, ambient temperature, element parameters, etc.

Увеличение коэффициента усиления по замкнутому контуру, которое требуется для обеспечения заданной стабильности выходного напряжения, вызывает зачастую потерю устойчивости, а снижение его, для обеспечения устойчивости, не дает возможности получить требуемую стабильность выходного напряжения. Введение канала параметрической стабилизации позволяет снизить значение коэффициента усиления в замкнутой системе стабилизации или получить достаточную стабильность выходного напряжения при малых величинах коэффициента усиления системы, так как все возмущения со стороны напряжения первичного источника компенсируются заданной функциональной зависимостью длительности рабочего импульса. Диод 25 служит для ограничения напряжения на времязадающем входе одновибратора 24 до напряжения стабилизации стабилитрона 18, то есть до напряжения питания схемы управления. An increase in the gain in a closed loop, which is required to ensure a given stability of the output voltage, often causes a loss of stability, and a decrease in it, to ensure stability, does not make it possible to obtain the required stability of the output voltage. The introduction of the parametric stabilization channel allows one to reduce the gain in a closed stabilization system or to obtain sufficient stability of the output voltage for small values of the gain of the system, since all disturbances on the voltage side of the primary source are compensated by a given functional dependence of the working pulse duration. The diode 25 serves to limit the voltage at the timing input of the single-shot 24 to the stabilization voltage of the zener diode 18, that is, to the supply voltage of the control circuit.

В момент времени t₂ начинается снижение напряжения первичного источника (эпюра 32 фиг. 3). До этого времени напряжение на базе транзистора 17 больше, чем напряжение стабилизации стабилитрона 18. Затем напряжение на базе транзистора 17 снижается и он включается в момент времени t₃. На его коллекторе появляется напряжение логической единицы, которое вызывает переключение инвертора 16 в нулевое состояние выхода.At time t ₂ begins to decrease the voltage of the primary source (plot 32 of Fig. 3). Until this time, the voltage at the base of the transistor 17 is greater than the stabilization voltage of the zener diode 18. Then the voltage at the base of the transistor 17 decreases and it turns on at time t ₃ . A voltage of a logical unit appears on its collector, which causes the inverter 16 to switch to the zero output state.

Конденсатор 14 через диод 13 разряжается (если он заряжался) и выходные импульсы одновибратора 24 приводят к запиранию силового ключа. Одновременно с этим, открывается диод 15 и порог срабатывания схемы контроля увеличивается со значением Е_пвыкл до Е_пвкл. Таким образом, если после выключения преобразователя напряжение первичного источника увеличится, то повторного включения преобразователя не произойдет (при правильно выбранных порогах и напряжении гистерезиса). Этим исключаются автоколебательные процессы выключения преобразователя и повышается надежность его работы.The capacitor 14 is discharged through the diode 13 (if it was charged) and the output pulses of the one-shot 24 lead to the locking of the power switch. At the same time, the diode 15 opens and the threshold of the control circuit increases with the value of E _pvkly to E _pvkl . Thus, if after turning off the converter the voltage of the primary source increases, then the converter will not turn on again (if the thresholds and hysteresis voltage are correctly selected). This eliminates the self-oscillating processes of turning off the converter and increases the reliability of its operation.

Однотактный преобразователь по схеме фиг. 2 работает следующим образом. The single-ended converter according to the circuit of FIG. 2 works as follows.

Все элементы схемы, описанные выше, работают аналогично, кроме формирования плавной характеристики пуска преобразователя. На интервале времени от t_o до t₁, когда на коллекторе транзистора 17 присутствует единичный уровень напряжения (эпюра 34 фиг. 3), на входе второго инвертора 27 также имеется логическая единица, что обусловливает на его выходе наличие логического нуля или низкого уровня напряжения. Это вызывает появление базового тока транзистора 29, ограничиваемого резистором 28. Транзистор 29 открыт и шунтирует вход транзистора 9 и конденсатор 30, который разряжается, если ранее он был заряжен. После наступления момента времени t₁ на выходе инвертора 27 появляется высокий уровень напряжения и базовый ток транзистора 29 прекращается. Он запирается, а это приводит к появлению возможности заряда конденсатора 30. Конденсатор 30 заряжается через резистор 10 и напряжение на нем увеличивается примерно по линейному закону (эпюра 36 временных диаграмм фиг. 3). Увеличение этого напряжения приводит к увеличению напряжения на входе транзистора 9, которое, в свою очередь, обусловливает увеличение напряжения на резисторе 11 и тока через него, являющегося током заряда конденсатора 14.All elements of the circuit described above work similarly, except for the formation of a smooth start characteristic of the converter. In the time interval from t _o to t ₁ , when a single voltage level is present on the collector of transistor 17 (plot 34 of Fig. 3), there is also a logical unit at the input of the second inverter 27, which causes a logic zero or low voltage level at its output. This causes the base current of the transistor 29 to be limited by the resistor 28. The transistor 29 is open and shunts the input of the transistor 9 and the capacitor 30, which discharges if it was previously charged. After the time t ₁ occurs, a high voltage level appears at the output of the inverter 27 and the base current of the transistor 29 is stopped. It is locked, and this leads to the possibility of charging the capacitor 30. The capacitor 30 is charged through the resistor 10 and the voltage across it increases approximately linearly (plot 36 of the time diagrams of Fig. 3). An increase in this voltage leads to an increase in the voltage at the input of the transistor 9, which, in turn, causes an increase in the voltage across the resistor 11 and the current through it, which is the charge current of the capacitor 14.

В первоначальный момент пуска (включения) преобразователя, когда выходные конденсаторы фильтра 4 разряжены, а преобразователь начинает работать, через светодиод 6 ток не идет и фототранзистор 7 заперт. Система автоматического регулирования стремится как можно быстрее повысить выходное напряжение, а для этого необходимо иметь минимальную длительность паузы между рабочими импульсами генератора. При этом возможно увеличение амплитуды импульсов тока коллектора силового транзисторного ключа свыше заданной нормированной величины. Конденсатор 30, заряжаемый через резистор 10, позволяет сформировать безопасную пусковую характеристику преобразователя, которая будет параметрически ограничивать амплитуду импульса тока коллектора силового ключа 1. At the initial moment of start-up (turning on) of the converter, when the output capacitors of filter 4 are discharged, and the converter starts to work, no current flows through LED 6 and the phototransistor 7 is locked. The automatic control system seeks to increase the output voltage as soon as possible, and for this it is necessary to have a minimum pause duration between the operating pulses of the generator. In this case, it is possible to increase the amplitude of the current pulses of the collector of the power transistor switch over a predetermined normalized value. The capacitor 30, charged through the resistor 10, allows you to create a safe starting characteristic of the Converter, which will parametrically limit the amplitude of the current pulse of the collector of the power switch 1.

После снижения первичного напряжения до порога выключения преобразователя, когда появляется сигнал логической единицы на входе второго инвертора 27, транзистор 29 открывается и заряженный конденсатор 30 разряжается, дополнительно образуя цепь для увеличения длительности интервала между рабочими импульсами. Вместе с этим, гарантированно обеспечивается формирование пусковой характеристики преобразователя при кратковременном пропадании напряжения первичного источника и последующим быстрым появлением этого напряжения с крутым фронтом. After reducing the primary voltage to the threshold of turning off the converter, when a signal of a logical unit appears at the input of the second inverter 27, the transistor 29 opens and the charged capacitor 30 is discharged, additionally forming a circuit to increase the duration of the interval between working pulses. Along with this, the formation of the starting characteristic of the converter is guaranteed with a short-term loss of voltage of the primary source and the subsequent rapid appearance of this voltage with a steep edge.

Таким образом, формирование плавной характеристики пуска преобразователя обеспечивается не только при включении напряжения первичного источника, но и при кратковременных его пропаданиях. Thus, the formation of a smooth start-up characteristic of the converter is ensured not only when the voltage of the primary source is turned on, but also during its short-term disappearance.

Изобретение дает возможность плавно при помощи резисторов 20,21 и 22 задавать пороги включения и выключения преобразователя и напряжение гистерезиса пороговой схемы и использовать ее опорный элемент - стабилитрон 18, для питания схемы управления. Вместе с этим, использование заряда второго конденсатора RC времязадающей цепи одновибратора 24 от напряжения первичного источника позволяет получить свойство параметрической стабилизации преобразователя. Кроме того, в устройстве реализуется формирование плавной пусковой характеристики как при включении преобразователя, так и при кратковременном пропадании первичного напряжения. The invention makes it possible to smoothly use resistors 20,21 and 22 to set the on and off thresholds of the converter and the hysteresis voltage of the threshold circuit and use its supporting element, the zener diode 18, to power the control circuit. At the same time, the use of the charge of the second capacitor RC of the timing circuit of the single-shot 24 from the voltage of the primary source allows you to get the property of parametric stabilization of the Converter. In addition, the device implements the formation of a smooth starting characteristic both when the converter is turned on and when the primary voltage fails for a short time.

В качестве логических инверторов 16 и 27 целесообразно использование КМОП ИС с открытым стоком, например 564ЛА10, которые обладают минимальным энергопотреблением по сравнению с КМОП ИС, имеющими двухтактный выходной каскад. Для нормального функционирования описанной схемы инверторы с открытым стоком более целесообразны, так как в единичном состоянии этих инверторов ток от них не потребляется, то есть они работают на втекающий выходной ток нулевого выходного состояния. В качестве одновибраторов 12 и 24 целесообразно также использование КМОП ИС, например, типа 564АГ1, обладающей также минимальным энергопотреблением. Использование этих ИС дает возможность получить токопотребление описанной схемы управления от первичного источника в пределах 0,5-2,0 мА при частоте преобразования 100-600 кГц. (56) 1. Патент N 1-170369, кл. H 02 M 3/28, 1989. As logical inverters 16 and 27, it is advisable to use open-drain CMOS ICs, for example 564LA10, which have minimal power consumption compared to CMOS ICs that have a push-pull output stage. For the normal functioning of the described circuit, inverters with open drain are more suitable, since in the single state of these inverters no current is consumed from them, that is, they operate on the flowing output current of the zero output state. As single-vibrators 12 and 24, it is also advisable to use CMOS ICs, for example, type 564AG1, which also has minimal power consumption. The use of these ICs makes it possible to obtain the current consumption of the described control circuit from the primary source within 0.5-2.0 mA at a conversion frequency of 100-600 kHz. (56) 1. Patent N 1-170369, cl. H 02 M 3/28, 1989.

2. Сидоров И. Н. , Биннатов М. Ф. , Васильев Е. А. Устройства электропитания бытовой РЭА. Справочник, М. , Радио и связь, 1991, с. 224, рис. 4.9. 2. Sidorov I. N., Binnatov M. F., Vasiliev E. A. Power supply devices for household electronic equipment. Handbook, M., Radio and Communications, 1991, p. 224, fig. 4.9.

3. Авторское свидетельство СССР N 1257788, кл. H 02 M 7/538, 1987.  3. Copyright certificate of the USSR N 1257788, cl. H 02 M 7/538, 1987.

Claims (2)

1. ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий одновибраторы, инверсный выход первого из которых соединен с управляющим входом второго, прямой выход второго подключен к управляющему входу первого, времязадающие входы первого и второго одновибраторов соединены с первыми выводами первого и второго конденсаторов соответственно, вторые выводы которых объединены и подключены к общему полюсу схемы, первый вывод второго конденсатора соединен с первым выводом времязадающего резистора, второй вывод которого подключен к потенциальному полюсу, прямой и инверсный выходы второго одновибратора подключены к управляющим входам силового транзисторного ключа, коллекторная цепь которого через первичную обмотку силового трансформатора соединена с потенциальным полюсом первичного источника, а вторичная обмотка через выпрямитель и фильтр подключена к цепи нагрузки и к входам схемы сравнения, на выходе которой включен светодиод оптопары, содержащей также фототранзистор, причем эмиттер порогового транзистора соединен с катодом стабилитрона, а база - с первым выводом первого резистора делителя напряжения, отличающийся тем, что введены два разделительных диода, управляющие транзистор и резистор, базовый, гистерезисный, шунтирующий и открывающий резисторы, первый КМОП логический инвертор и ограничивающий диод, причем анод стабилитрона соединен с общим полюсом схемы и с вторым выводом первого резистора делителя напряжения, первый вывод которого подключен к первому выводу резистора гистерезиса и через второй резистор делителя напряжения - к потенциальному полюсу первого источника, с которым через балластный резистор соединен эмиттер порогового транзистора, коллектором подключенного к входу первого КМОП логического инвертора, а параллельно катоду и аноду стабилитрона подключены соответственно потенциальные и общие питающие входы одновибраторов и первого КМОП инвертора, выход которого соединен с катодами первого и второго разделительных диодов, где анод первого диода подключен к второму выводу резистора гистерезиса, а анод второго - к первому выводу первого конденсатора и к коллектору управляющего транзистора, эмиттером через управляющий резистор соединенного с катодом стабилитрона, а базой - с точкой соединения фототранзистора оптопары и первых выводов шунтирующего и открывающего резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к катоду и аноду стабилитрона, причем первый вывод времязадающего резистора соединен с анодом ограничивающего диода, катод которого - с катодом стабилитрона и коллектором фототранзистора оптопары. 1. A ONE-STABLE STABILIZING DC CONVERTER containing one-shots, the inverse output of the first of which is connected to the control input of the second, the direct output of the second is connected to the control input of the first, the timing inputs of the first and second one-shots are connected to the first terminals of the first and second capacitors, respectively combined and connected to the common pole of the circuit, the first terminal of the second capacitor is connected to the first terminal of the timing resistor, the second terminal of which connected to the potential pole, the direct and inverse outputs of the second one-shot are connected to the control inputs of the power transistor switch, the collector circuit of which is connected to the potential pole of the primary source through the primary winding of the power transformer, and the secondary winding through the rectifier and filter is connected to the load circuit and to the circuit inputs comparison, the output of which is turned on the LED of the optocoupler, which also contains a phototransistor, and the emitter of the threshold transistor is connected to the cathode of the zener diode, and ba a - with the first output of the first resistor of the voltage divider, characterized in that two isolation diodes are introduced, which control the transistor and resistor, the base, hysteresis, shunt and opening resistors, the first CMOS logic inverter and the limiting diode, the zener diode being connected to the common pole of the circuit and with the second terminal of the first resistor of the voltage divider, the first terminal of which is connected to the first terminal of the hysteresis resistor and through the second resistor of the voltage divider to the potential pole of the first source with which a threshold transistor emitter is connected through a ballast resistor, by a collector connected to the input of the first CMOS logic inverter, and potential and common supply inputs of single-vibrators and the first CMOS inverter, the output of which is connected to the cathodes of the first and second isolation diodes, are connected parallel to the cathode and anode of the zener diode, where the anode of the first diode is connected to the second terminal of the hysteresis resistor, and the anode of the second is connected to the first terminal of the first capacitor and to the collector of the control transistor , by the emitter through a control resistor of a zener diode connected to the cathode, and the base with a point of connection of an optocoupler phototransistor and the first terminals of the shunt and opening resistors, the second terminals of which are connected to the cathode and anode of the zener diode, and the first terminal of the timing resistor is connected to the anode of the limiting diode, whose cathode - with a zener diode cathode and an optocoupler phototransistor collector. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что введены второй КМОП логический инвертор, базовый резистор, разрядный транзистор, формирующий конденсатор и диод, причем коллектор порогового транзистора подключен к входу второго КМОП логического инвертора, питающие входы которого соединены с питающими входами первого КМОП логического инвертора, а выход через базовый резистор подключен к базе разрядного транзистора, эмиттер которого соединен с катодом стабилитрона и с первым выводом формирующего конденсатора, а коллектор - с вторым выводом этого конденсатора и через формирующий диод - с базой управляющего транзистора.  2. The converter according to claim 1, characterized in that a second CMOS logic inverter, a base resistor, a discharge transistor forming a capacitor and a diode are introduced, the threshold transistor collector connected to the input of the second CMOS logic inverter, the power inputs of which are connected to the power inputs of the first CMOS logic inverter, and the output through the base resistor is connected to the base of the discharge transistor, the emitter of which is connected to the zener diode cathode and to the first output of the forming capacitor, and the collector to the second output m and the capacitor through a diode forming - with the base of the control transistor.

Images