RU2759119C1 - Single-stroke dc voltage converter - Google Patents

Single-stroke dc voltage converter Download PDF

Info

Publication number
RU2759119C1
RU2759119C1 RU2020132026A RU2020132026A RU2759119C1 RU 2759119 C1 RU2759119 C1 RU 2759119C1 RU 2020132026 A RU2020132026 A RU 2020132026A RU 2020132026 A RU2020132026 A RU 2020132026A RU 2759119 C1 RU2759119 C1 RU 2759119C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terminal
output
cmos
input
resistor
Prior art date
Application number
RU2020132026A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Александрович ЕЖОВ
Марат Артурович Нафиков
Денис Юрьевич Прохоров
Александр Юрьевич Тымчук
Александр Илариевич Сапожников
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП")
Priority to RU2020132026A priority Critical patent/RU2759119C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759119C1 publication Critical patent/RU2759119C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used in devices for secondary power supply of radio engineering systems, automation and computer technology. A single-cycle DC converter contains a transformer, the secondary winding of which is connected via a diode rectifier to the output terminals of the device, shunted by an output filter capacitor. The beginning of the primary winding of the transformer is connected to the first input pin, and the end is connected to the drain of the switching transistor, the gate of which is connected via the first resistor to the output terminal of the first CMOS integrated circuit of the logic inverter (CMOS IS LI), and the source is connected to the common input terminal, combined with the negative power output of all CMOS IS LI, with the first terminals of the output filter capacitor, the Zener diode and the timing capacitor, as well as with the beginning of the transformer feedback winding. The end of the feedback winding of the transformer is connected through the first diode to the second terminal of the output filter capacitor and through the second resistor with the input terminal of the second CMOS IS LI, the output terminal of which is connected to the first input terminal of the logic circuit AND-NOT and through the reverse-connected second diode with the connection point of the input output of the third CMOS IS LI, the first output of the third resistor and the first output of the serial RC circuit. The second pin of the serial RC circuit is connected to the connection point of the output pin of the logic circuit AND-NOT and the input pin of the first CMOS IS LI, the output pin of which is connected to the first pins of the fourth and fifth resistors through the third diode switched back on. The second terminals of the fourth and fifth resistors are connected, respectively, to the first input terminal and the second terminal of the timing capacitor, to which the second terminal of the third resistor is connected. The converter contains a feedback control transistor, the collector of which is connected to the input of the third CMOS IS LI, the control junction is connected via a galvanic isolation node to the output terminals of the device, and the base is connected to the second terminal of the Zener diode, combined with the plus power output of all CMOS IS LI. In addition, the converter contains the sixth and seventh resistors, as well as a triggering transistor, the collector of which is connected to the positive power terminal of all CMOS IS LI, the emitter is connected via the sixth resistor to the first input terminal of the device, and the base is connected to the second terminal of the filter capacitor.
EFFECT: increase in the efficiency of the device by reducing the power consumption of the converter control circuit while maintaining the potential start-up process from the input voltage.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in devices for secondary power supply of systems of radio engineering, automation and computer technology.

В настоящее время известен однотактный преобразователь постоянного напряжения (Patent US 6842350 В2, Jan. 11.2005, «DC-to-DC converter with flyback period detector circuit»), содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через диодный выпрямитель к выходным выводам устройства, шунтированным конденсатором-выходным фильтром, начало первичной обмотки подсоединено к первому входному выводу, а конец - к стоку переключающего транзистора, затвор которого соединен через первый резистор с выходным выводом первой КМОП интегральной схемы логического инвертора (КМОП ИС ЛИ), а исток подключен к общему входному выводу, объединенному с минусовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, с первыми выводами конденсатора-фильтра, стабилитрона и времязадающего конденсатора, а также с началом обмотки обратной связи трансформатора, конец которой соединен через первый диод со вторым выводом конденсатора-фильтра и через второй резистор с входным выводом второй КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой, соединен с первым входным выводом логической схемы И-НЕ и через обратновключенный второй диод с входным выводом третьей КМОП ИС ЛИ, объединенным с первым выводом третьего резистора к выходному выводу логической схемы И-НЕ подключенной к входному выводу первой КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой через обратно включенный третий диод соединен с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к первому входному выводу и второму выводу времязадающего конденсатора к которому подсоединен второй вывод третьего резистора, регулирующий транзистор обратной связи, коллектор которого подключен ко входу третьей КМОП ИС ЛИ, управляющий переход соединен через узел гальванической развязки с выходными выводами устройства.At present, a single-cycle DC voltage converter is known (Patent US 6842350 B2, Jan. 11.2005, "DC-to-DC converter with flyback period detector circuit"), containing a transformer, the secondary winding of which is connected through a diode rectifier to the output terminals of the device, shunted by a capacitor -output filter, the beginning of the primary winding is connected to the first input terminal, and the end is connected to the drain of the switching transistor, the gate of which is connected through the first resistor to the output terminal of the first CMOS integrated circuit of a logic inverter (CMOS IC LI), and the source is connected to the common input terminal, combined with the negative power supply terminal of all CMOS LI ICs, with the first terminals of the filter capacitor, zener diode and timing capacitor, as well as with the beginning of the transformer feedback winding, the end of which is connected through the first diode to the second output of the filter capacitor and through the second resistor with the input terminal the second CMOS IC LI, the output pin of which, soe is dyed with the first input terminal of the AND-NOT logic circuit and through the reverse-connected second diode with the input terminal of the third CMOS LI IC, combined with the first terminal of the third resistor to the output terminal of the AND-NOT logic circuit connected to the input terminal of the first CMOS LI IC, the output terminal of which is through the reversely connected third diode is connected to the first terminals of the fourth and fifth resistors, the second terminals of which are connected respectively to the first input terminal and the second terminal of the timing capacitor to which the second terminal of the third resistor is connected, which regulates the feedback transistor, the collector of which is connected to the input of the third CMOS LI IC, the control transition is connected through the galvanic isolation unit to the output terminals of the device.

Недостатком известного устройства является низкий КПД в связи с тем, что питание узла управления полевым транзистором осуществляется от входных выводов преобразователя.The disadvantage of the known device is its low efficiency due to the fact that the power supply of the field-effect transistor control unit is carried out from the input terminals of the converter.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является однотактный преобразователь постоянного напряжения (Патент РФ №2563976 от 18.11.2014 г.), содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через диодный выпрямитель к выходным выводам устройства, шунтированным конденсатором-выходным фильтром, начало первичной обмотки подсоединено к первому входному выводу, а конец - к стоку переключающего транзистора, затвор которого соединен через первый резистор с выходным выводом первой КМОП ИС ЛИ, а исток подключен к общему входному выводу, объединенному с минусовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, с первыми выводами конденсатора-фильтра, стабилитрона и времязадающего конденсатора, а также с началом обмотки обратной связи трансформатора, конец которой соединен через первый диод со вторым выводом конденсатора-фильтра и через второй резистор с входным выводом второй КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой, соединен с первым входным выводом логической схемы И-НЕ и через обратновключенный второй диод с входным выводом третьей КМОП ИС ЛИ, объединенным с первым выводом третьего резистора и с первым выводом последовательной RC-цепи второй вывод которой подключен к выходному выводу логической схемы И-НЕ подключенной к входному выводу первой КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой через обратно включенный третий диод соединен с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к первому входному выводу и второму выводу времязадающего конденсатора к которому подсоединен второй вывод третьего резистора, регулирующий транзистор обратной связи, коллектор которого подключен ко входу третьей КМОП ИС ЛИ, управляющий переход соединен через узел гальванической развязки с выходными выводами устройства, а база - ко второму выводу стабилитрона объединенного с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ.Closest to the proposed invention is a single-cycle DC voltage converter (RF Patent No. 2563976 dated 11/18/2014), containing a transformer, the secondary winding of which is connected through a diode rectifier to the output terminals of the device, shunted by a capacitor-output filter, the beginning of the primary winding is connected to the first the input terminal, and the end to the drain of the switching transistor, the gate of which is connected through the first resistor to the output terminal of the first CMOS LI IC, and the source is connected to a common input terminal, combined with the negative power supply terminal of all CMOS LI ICs, with the first terminals of the filter capacitor, Zener diode and time-setting capacitor, as well as with the beginning of the transformer feedback winding, the end of which is connected through the first diode to the second output of the filter capacitor and through the second resistor to the input output of the second CMOS LI IC, the output output of which is connected to the first input output of the AND logic circuit -NOT and through the reverse the second diode with the input terminal of the third CMOS LI IC, combined with the first terminal of the third resistor and with the first terminal of the serial RC circuit, the second terminal of which is connected to the output terminal of the AND-NOT logic circuit connected to the input terminal of the first CMOS LI IC, the output terminal of which is through the back the included third diode is connected to the first terminals of the fourth and fifth resistors, the second terminals of which are connected respectively to the first input terminal and the second terminal of the timing capacitor to which the second terminal of the third resistor is connected, which regulates the feedback transistor, the collector of which is connected to the input of the third CMOS IC LI, which controls the junction is connected through the galvanic isolation unit with the output terminals of the device, and the base is connected to the second terminal of the zener diode combined with the positive terminal of the power supply of all CMOS IC LIs.

Недостатком известного устройства является низкий КПД, в связи с тем, что питание узла управления полевым транзистором осуществляется от входных выводов преобразователя.The disadvantage of the known device is its low efficiency, due to the fact that the power supply of the field-effect transistor control unit is carried out from the input terminals of the converter.

Задачей изобретения является повышение КПД устройства.The objective of the invention is to improve the efficiency of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через диодный выпрямитель к выходным выводам устройства, шунтированным конденсатором-выходным фильтром, начало первичной обмотки подсоединено к первому входному выводу, а конец - к стоку переключающего транзистора, затвор которого соединен через первый резистор с выходным выводом первой КМОП ИС ЛИ, а исток подключен к общему входному выводу, объединенному с минусовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, с первыми выводами конденсатора фильтра, стабилитрона и времязадающего конденсатора, а также с началом обмотки обратной связи трансформатора, конец которой соединен через первый диод со вторым выводом конденсатора-фильтра и через второй резистор с входным выводом второй КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой, соединен с первым входным выводом логической схемы И-НЕ и через обратновключенный второй диод с входным выводом третьей КМОП ИС ЛИ, объединенным с первым выводом третьего резистора и с первым выводом последовательной RC-цепи второй вывод которой подключен к выходному выводу логической схемы И-НЕ подключенной к входному выводу первой КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой через обратно включенный третий диод соединен с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к первому входному выводу и второму выводу времязадающего конденсатора к которому подсоединен второй вывод третьего резистора, регулирующий транзистор обратной связи, коллектор которого подключен ко входу третьей КМОП ИС ЛИ, управляющий переход соединен через узел гальванической развязки с выходными выводами устройства, а база - ко второму выводу стабилитрона объединенного с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, предлагается дополнительно ввести шестой и седьмой резистор, а также запускающий транзистор, коллектор которого подключен к плюсовому выводу питания всех КМОП ИС ЛИ, эмиттер соединен через шестой резистор с первым входным выводом устройства, а база подсоединена ко второму выводу конденсатора-фильтра, соединенному через седьмой резистор с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ. Сущность изобретения поясняется чертежом.The task is achieved by the fact that in a single-cycle DC voltage converter containing a transformer, the secondary winding of which is connected through a diode rectifier to the output terminals of the device, shunted by a capacitor-output filter, the beginning of the primary winding is connected to the first input terminal, and the end is connected to the drain of the switching transistor, the gate of which is connected through the first resistor to the output terminal of the first CMOS LI IC, and the source is connected to a common input terminal, combined with the negative power supply terminal of all CMOS LI ICs, with the first terminals of the filter capacitor, zener diode and timing capacitor, as well as with the beginning of the feedback winding transformer, the end of which is connected through the first diode with the second output of the filter capacitor and through the second resistor with the input output of the second CMOS IC LI, the output output of which is connected to the first input output of the NAND logic circuit and through the reverse-connected second diode with the input output of the third CMOS IS LI, combined with the first terminal of the third resistor and with the first terminal of the serial RC circuit, the second terminal of which is connected to the output terminal of the AND-NOT logic circuit connected to the input terminal of the first CMOS IC LI, the output terminal of which is connected through the reverse connected third diode to the first terminals of the fourth and fifth resistors, the second terminals of which are connected, respectively, to the first input terminal and the second terminal of the timing capacitor to which the second terminal of the third resistor is connected, which regulates the feedback transistor, the collector of which is connected to the input of the third CMOS LI IC, the control transition is connected through the galvanic isolation unit with the output terminals of the device , and the base - to the second terminal of the zener diode combined with the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs, it is proposed to additionally introduce the sixth and seventh resistors, as well as a triggering transistor, the collector of which is connected to the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs, the emitter is connected through the sixth resistor with the first input terminal of the device, and the base is connected to the second terminal of the filter capacitor, connected through the seventh resistor to the positive power supply terminal of all CMOS ICs. The essence of the invention is illustrated by the drawing.

На фиг. 1 приведена схема электрическая однотактного преобразователя постоянного напряжения, на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений на элементах устройства.FIG. 1 shows an electrical diagram of a single-cycle DC voltage converter, FIG. 2 - diagrams of currents and voltages on the elements of the device.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор 1, вторичная обмотка 2 которого подключена через диодный выпрямитель 3 к выходным выводам устройства 4, шунтированным конденсатором-выходным фильтром 5, начало первичной обмотки 6 подсоединено к первому входному выводу 7, а конец - к стоку переключающего транзистора 8, затвор которого соединен через первый резистор 9 с выходным выводом первой КМОП ИС ЛИ 10, а исток подключен к общему входному выводу 11, объединенному с минусовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, с первыми выводами конденсатора-фильтра 12, стабилитрона 13 и времязадающего конденсатора 14, а также с началом обмотки обратной связи трансформатора 15, конец которой соединен через первый диод 16 со вторым выводом конденсатора-фильтра 12 и через второй резистор 17 с входным выводом второй КМОП ИС ЛИ 18, выходной вывод которой, соединен с первым входным выводом логической схемы И-НЕ 19 и через обратновключенный второй диод 20 с входным выводом третьей КМОП ИС ЛИ 21, объединенным с первым выводом третьего резистора 22 и с первым выводом последовательной RC-цепи 23 второй вывод которой подключен к выходному выводу логической схемы И-НЕ 19, подключенной к входному выводу первой КМОП ИС ЛИ 10, выходной вывод которой через обратно включенный третий диод 24 соединен с первыми выводами четвертого 25 и пятого 26 резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к первому входному выводу 7 и второму выводу времязадающего конденсатора 14 к которому подсоединен второй вывод третьего резистора 22, регулирующий транзистор обратной связи 27, коллектор которого подключен ко входу третьей КМОП ИС ЛИ 21, управляющий переход соединен через узел гальванической развязки 28 с выходными выводами устройства 4, а база - ко второму выводу стабилитрона 13 объединенного с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, так же, согласно изобретению, дополнительно содержит шестой 29 и седьмой 30 резистор, а также запускающий транзистор 31, коллектор которого подключен к плюсовому выводу питания всех КМОП ИС ЛИ, эмиттер соединен через шестой резистор 29 с первым входным выводом устройства 7, а база подсоединена ко второму выводу конденсатора-фильтра 12, соединенному через седьмой резистор 30 с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ.A single-ended DC voltage converter containing a transformer 1, the secondary winding 2 of which is connected through a diode rectifier 3 to the output terminals of device 4, shunted by a capacitor-output filter 5, the beginning of the primary winding 6 is connected to the first input terminal 7, and the end to the drain of the switching transistor 8 , the gate of which is connected through the first resistor 9 with the output terminal of the first CMOS IC LI 10, and the source is connected to the common input terminal 11, combined with the negative power supply terminal of all CMOS IC LI, with the first terminals of the filter capacitor 12, the Zener diode 13 and the timing capacitor 14 , and also with the beginning of the feedback winding of the transformer 15, the end of which is connected through the first diode 16 to the second output of the filter capacitor 12 and through the second resistor 17 to the input output of the second CMOS IC LI 18, the output output of which is connected to the first input output of the logic circuit AND-NOT 19 and through the reverse-connected second diode 20 with the input terminal of the third CMOS IC LI 21, combined with the first terminal of the third resistor 22 and with the first terminal of the serial RC-circuit 23, the second terminal of which is connected to the output terminal of the NAND logic circuit 19, connected to the input terminal of the first CMOS IC LI 10, the output terminal of which is through the back the included third diode 24 is connected to the first terminals of the fourth 25 and fifth 26 resistors, the second terminals of which are connected, respectively, to the first input terminal 7 and the second terminal of the timing capacitor 14 to which the second terminal of the third resistor 22 is connected, which regulates the feedback transistor 27, the collector of which is connected to the input of the third CMOS IC LI 21, the control transition is connected through the galvanic isolation unit 28 with the output terminals of the device 4, and the base is connected to the second terminal of the zener diode 13 combined with the positive power supply terminal of all CMOS IC LI, also, according to the invention, additionally contains the sixth 29 and seventh 30 resistor, as well as a triggering transistor 31, the collector of which o is connected to the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs, the emitter is connected through the sixth resistor 29 to the first input terminal of the device 7, and the base is connected to the second terminal of the filter capacitor 12, connected through the seventh resistor 30 to the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.A single-ended DC voltage converter works as follows.

Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. Допустим в начальный момент времени t0 идет процесс заряда выходного конденсатора-фильтра 5 от вторичной обмотки 2 трансформатора 1. В этом случае переключающий транзистор 8 закрыт и на его стоке имеется высокое напряжение 32, а на вход второй КМОП ИС ЛИ 18 от обмотки обратной связи 15 трансформатора 1, через второй резистор 17, поступает высокое напряжение 33, эквивалентное логической 1. На выходе второй КМОП ИС ЛИ 18 имеется низкое напряжение 34, эквивалентное логическому 0, которое поступает на вход логической схемы И-НЕ 19, и через второй диод 20 формирует на входе третьей КМОП ИС ЛИ 21 низкое напряжение (35 фиг. 2), эквивалентное логическому 0. При этом на выходе логической схемы И-НЕ 19 будет напряжение 38, эквивалентное логической 1, а на затвор переключающего транзистора 8 от первой КМОП ИС ЛИ 10 подается низкое напряжение 39, которое через третий диод 24 и пятый резистор 26 обнуляет напряжение 36 на времязадающем конденсаторе 14. При этом, напряжение на конденсаторе последовательной RC цепи 23 близко к напряжению питания всех КМОП ИС ЛИ.Let's consider the operation of the device in the steady state. Suppose at the initial time t 0 there is a process of charging the output filter-capacitor 5 from the secondary winding 2 of the transformer 1. In this case, the switching transistor 8 is closed and there is a high voltage 32 at its drain, and at the input of the second CMOS IS LI 18 from the feedback winding 15 of transformer 1, through the second resistor 17, a high voltage 33 is supplied, which is equivalent to logical 1. At the output of the second CMOS IC LI 18, there is a low voltage 34, equivalent to a logical 0, which is fed to the input of the NAND logic circuit 19, and through the second diode 20 generates at the input of the third CMOS IC LI 21 a low voltage (35 in Fig. 2), equivalent to logic 0. In this case, the output of the logic circuit NAND 19 will be a voltage 38, equivalent to logical 1, and to the gate of the switching transistor 8 from the first CMOS IC LI 10, a low voltage 39 is supplied, which, through the third diode 24 and the fifth resistor 26, zeroes the voltage 36 across the timing capacitor 14. In this case, the voltage across the capacitor of the sequence The actual RC circuit 23 is close to the supply voltage of all CMOS LI ICs.

В момент времени ti энергия, накопленная в трансформаторе 1 в предыдущем цикле, полностью переходит в конденсаторы фильтры 5 и напряжение на обмотках трансформатора 1 изменяет свою полярность. На вход второй КМОП ИС ЛИ 18 от обмотки обратной связи 15 трансформатора 1 поступает, через второй резистор 17, низкое напряжение 33, эквивалентное логическому 0. На выходе второй КМОП ИС ЛИ 18 появляется высокое напряжение 34, эквивалентное логической 1, при этом на входе логической схемы И-НЕ 19 уже имеется напряжение 37 эквивалентное логической 1 и, следовательно, на выходе логической схемы И-НЕ 19 появляется напряжение эквивалентное логическому 0, которое через первый КМОП ИС ЛИ 10 отпирает переключающий транзистор 8 и в трансформаторе 1 начинается процесс накопления энергии от источника входного напряжения. Одновременно с этим запирается первый диод 20 и на времязадающем конденсаторе 14 начинается формироваться пилообразное напряжение 36, через цепь из четвертого 25 и пятого 26 резисторов. Кроме этого напряжение отрицательного фронта 38 с выхода логической схемы И-НЕ 19 через последовательную RC цепь 23, постоянная времени которой гораздо меньше чем постоянная времени времязадающего конденсатора 14, и цепи из четвертого 25 и пятого 26 резисторов, подается на вход третьей КМОП ИС ЛИ 21, где суммируется с пилообразным напряжением на времязадающем конденсаторе 14 и напряжением обратной связи, формирующимся на третьем резисторе 22, величина которого определяется величиной тока в коллекторной цепи регулирующего транзистора 27, которое, в свою очередь, пропорционально величине отклонения выходного напряжения устройства от заданного значения.At the time ti, the energy accumulated in the transformer 1 in the previous cycle is completely transferred to the capacitors of the filters 5 and the voltage on the windings of the transformer 1 changes its polarity. At the input of the second CMOS IC LI 18 from the feedback winding 15 of the transformer 1, a low voltage 33 is supplied through the second resistor 17, equivalent to logical 0. At the output of the second CMOS IC LI 18, a high voltage 34 appears, equivalent to a logical 1, while at the input of a logical of the NAND circuit 19 there is already a voltage 37 equivalent to a logical 1 and, therefore, at the output of the NAND logic circuit 19, a voltage equivalent to a logical 0 appears, which through the first CMOS IC LI 10 unlocks the switching transistor 8 and in the transformer 1 the process of energy storage from source of input voltage. At the same time, the first diode 20 is turned off and a sawtooth voltage 36 begins to form on the timing capacitor 14, through a chain of the fourth 25 and fifth 26 resistors. In addition, the voltage of the negative edge 38 from the output of the AND-NOT logic circuit 19 through the serial RC circuit 23, the time constant of which is much less than the time constant of the timing capacitor 14, and the circuit of the fourth 25 and fifth 26 resistors, is fed to the input of the third CMOS IC LI 21 , where it is added to the sawtooth voltage across the timing capacitor 14 and the feedback voltage formed on the third resistor 22, the value of which is determined by the current in the collector circuit of the regulating transistor 27, which, in turn, is proportional to the deviation of the output voltage of the device from the set value.

По мере заряда времязадающего конденсатора 14, в момент времени ti, напряжение 36 на входе третьей КМОП ИС ЛИ 21 достигает порога срабатывания и напряжение на выходе указанной КМОП ИС ЛИ 21 из положения логической 1 переходит в положение логического 0, а на выходе логической схемы И-НЕ 19 - из положения логического 0 в положение логической 1. Указанный положительный фронт напряжения 38, через последовательную RC цепь 23 поступает на вход третьей КМОП ИС ЛИ 21 и форсирует переход указанного напряжения 36 из положения логического 0 в положение логической 1, предотвращая возбуждение логических КМОП ИС при медленном переходе входного напряжения через порог срабатывания.As the timing capacitor 14 is charged, at time ti, the voltage 36 at the input of the third CMOS IC LI 21 reaches the operation threshold and the voltage at the output of the specified CMOS IC LI 21 from the logical 1 position goes to the logical 0 position, and at the output of the AND logic circuit NOT 19 - from the logical 0 position to the logical 1. The indicated positive edge of voltage 38, through the serial RC circuit 23, is fed to the input of the third CMOS IC LI 21 and forces the transition of the specified voltage 36 from the logical 0 position to the logical 1 position, preventing the excitation of the logical CMOS IC with a slow transition of the input voltage through the threshold.

Напряжение логической 1 с выхода логической схемы И-НЕ 19 формирует на выходе первой КМОП ИС ЛИ 10 низкое напряжение 34 логического 0, которое запирает переключающий транзистор 8 и через второй диод 24 и пятый резистор 26 разряжает 35 времязадающий конденсатор 14. По мере запирания переключающего транзистора 8 напряжение на его стоке возрастает, а напряжение 33 на выходных обмотках и на обмотке обратной связи 15 в момент времени t3 меняет полярность и, при возрастании выше порога срабатывания второй КМОП ИС ЛИ 17, в момент времени t3, на вход логической схемы И-НЕ 19 поступает логический 0, фиксирующий запирающее напряжение 34 на выходе первой КМОП ИС ЛИ 10. Кроме этого напряжение 36 на входе третьей КМОП ИС ЛИ 21, благодаря наличию второго диода 20, снижается ниже порога срабатывания третьей КМОП ИС ЛИ 21 и напряжение на входе логической схемы И-НЕ 19 переходит из положения логической 1 в положение логического 0, а напряжение на конденсаторе последовательной RC цепи 23 становится близко к напряжению питания всех КМОП ИС ЛИ.The voltage of logic 1 from the output of the AND-NOT logic circuit 19 forms at the output of the first CMOS IC LI 10 a low voltage 34 of logic 0, which turns off the switching transistor 8 and through the second diode 24 and the fifth resistor 26 discharges 35 timing capacitor 14. As the switching transistor turns off 8, the voltage at its drain increases, and the voltage 33 on the output windings and on the feedback winding 15 at time t 3 changes its polarity and, as it rises above the threshold of operation of the second CMOS IC LI 17, at time t 3 , to the input of the AND logic circuit -NO 19, a logical 0 is received, which fixes the blocking voltage 34 at the output of the first CMOS IC LI 10. In addition, the voltage 36 at the input of the third CMOS IC LI 21, due to the presence of the second diode 20, decreases below the threshold of the third CMOS IC LI 21 and the voltage at the input logic circuit NAND 19 goes from the position of logical 1 to the position of logical 0, and the voltage across the capacitor of the serial RC circuit 23 becomes b Close to the supply voltage of all CMOS LI ICs.

Далее начинается медленный процесс передачи энергии, накопленный в трансформаторе 1, от вторичной обмотки 2 через диодный выпрямитель 3 в конденсатор-фильтр 5 до момента времени t4, когда начинается новый цикл работы однотактного преобразователя постоянного напряжения.Further, the slow process of energy transfer, accumulated in the transformer 1, begins from the secondary winding 2 through the diode rectifier 3 to the filter capacitor 5 until the time t 4 , when a new cycle of operation of the single-cycle DC voltage converter begins.

Для поддержания выходного напряжения на заданном уровне, при изменении входного напряжения или выходного тока, время накопления энергии в трансформаторе 1 меняется. На фиг. 2 показаны диаграммы напряжений соответственно при нормальной работе однотактного преобразователя постоянного напряжения (от t0 до t4), в режиме холостого хода и при минимально допустимом входном напряжении и максимальной нагрузке.To maintain the output voltage at a given level, when the input voltage or output current changes, the energy storage time in the transformer 1 changes. FIG. 2 shows voltage diagrams, respectively, during normal operation of a single-cycle DC voltage converter (from t 0 to t 4 ), in no-load mode and at the minimum permissible input voltage and maximum load.

Как видно из диаграмм (фиг. 2), в заявленном устройстве, при малых длительностях отпирающих импульсов на затворе переключающего транзистора, время отпирания определяется не времязадающим конденсатором 14, а постоянной времени последовательной RC-цепи 23, при этом амплитуда напряжения на входе третьей КМОП ИС ЛИ 21 не изменяется и, следовательно, система регулирования работает в заданном устойчивом режиме.As can be seen from the diagrams (Fig. 2), in the claimed device, with small durations of unlocking pulses at the gate of the switching transistor, the unlocking time is determined not by the timing capacitor 14, but by the time constant of the serial RC circuit 23, while the voltage amplitude at the input of the third CMOS IC LI 21 does not change and, therefore, the control system operates in a given stable mode.

Для повышения КПД однотактного преобразователя постоянного напряжения питание схемы управления полевым транзистором 8 осуществляется от стабилизированного напряжения формирующемся на конденсаторе-фильтре 12 через восьмой резистор 30. Это напряжение, в отличие от входного напряжения на входных выводах 7, 11 стабилизируется также, как напряжение на выходном конденсаторе-фильтре 5.To increase the efficiency of a single-cycle DC voltage converter, the power supply of the control circuit of the field-effect transistor 8 is carried out from a stabilized voltage formed on the filter capacitor 12 through the eighth resistor 30. This voltage, in contrast to the input voltage at the input terminals 7, 11, is stabilized in the same way as the voltage at the output capacitor -filter 5.

В момент запуска преобразователя питание схемы управления осуществляется от входного напряжения через шестой резистор 29 и запускающий транзистор 31, база которого соединена с его коллектором через седьмой резистор 30. По мере увеличения напряжения на конденсаторе-фильтре 12 напряжение на шестом резисторе 29 уменьшается и тем самым, снижается мощность, потребляемая от входного напряжения и снижается общая мощность, необходимая для питания схемы управления переключающим транзистором 8.At the moment of starting the converter, the control circuit is powered from the input voltage through the sixth resistor 29 and the triggering transistor 31, the base of which is connected to its collector through the seventh resistor 30. As the voltage across the filter capacitor 12 increases, the voltage across the sixth resistor 29 decreases and thus, the power consumed from the input voltage decreases and the total power required to power the control circuit of the switching transistor 8 decreases.

Техническим результатом от использования предлагаемого технического решения является повышение КПД устройства путем снижение мощности потребления схемы управления преобразователем при сохранении потенциального процесса запуска от входного напряжения.The technical result from the use of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the device by reducing the power consumption of the converter control circuit while maintaining the potential start-up process from the input voltage.

Таким образом предложен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через диодный выпрямитель к выходным выводам устройства, шунтированным конденсатором-выходным фильтром, начало первичной обмотки подсоединено к первому входному выводу, а конец - к стоку переключающего транзистора, затвор которого соединен через первый резистор с выходным выводом первой КМОП ИС ЛИ, а исток подключен к общему входному выводу, объединенному с минусовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, с первыми выводами конденсатора-фильтра, стабилитрона и времязадающего конденсатора, а также с началом обмотки обратной связи трансформатора, конец которой соединен через первый диод со вторым выводом конденсатора-фильтра и через второй резистор с входным выводом второй КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой, соединен с первым входным выводом логической схемы И-НЕ и через обратновключенный второй диод с входным выводом третьей КМОП ИС ЛИ, объединенным с первым выводом третьего резистора и с первым выводом последовательной RC-цепи второй вывод которой подключен к выходному выводу логической схемы И-НЕ подключенной к входному выводу первой КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой через обратно включенный третий диод соединен с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к первому входному выводу и второму выводу времязадающего конденсатора к которому подсоединен второй вывод третьего резистора, регулирующий транзистор обратной связи, коллектор которого подключен ко входу третьей КМОП ИС ЛИ, управляющий переход соединен через узел гальванической развязки с выходными выводами устройства, а база - ко второму выводу стабилитрона объединенного с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, отличающийся тем, что, согласно изобретению, введен шестой и седьмой резистор, а также запускающий транзистор, коллектор которого подключен к плюсовому выводу питания всех КМОП ИС ЛИ, эмиттер соединен через шестой резистор с первым входным выводом устройства, а база подсоединена ко второму выводу конденсатора-фильтра, соединенному через седьмой резистор с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ.Thus, a single-cycle DC voltage converter is proposed, containing a transformer, the secondary winding of which is connected through a diode rectifier to the output terminals of the device, shunted by a capacitor-output filter, the beginning of the primary winding is connected to the first input terminal, and the end is connected to the drain of the switching transistor, the gate of which is connected through the first resistor with the output terminal of the first CMOS LI IC, and the source is connected to a common input terminal, combined with the negative power supply terminal of all CMOS LI ICs, with the first terminals of the filter capacitor, zener diode and timing capacitor, as well as with the beginning of the transformer feedback winding, end which is connected through the first diode to the second terminal of the filter capacitor and through the second resistor with the input terminal of the second CMOS LI IC, the output terminal of which is connected to the first input terminal of the NAND logic circuit and through the reverse-connected second diode to the input terminal of the third CMOS LI IC, combined with lane the output terminal of the third resistor and with the first terminal of the serial RC-circuit, the second terminal of which is connected to the output terminal of the AND-NOT logic circuit connected to the input terminal of the first CMOS IC LI, the output terminal of which is connected through the reverse connected third diode to the first terminals of the fourth and fifth resistors, the second terminals of which are connected, respectively, to the first input terminal and the second terminal of the timing capacitor to which the second terminal of the third resistor is connected, which regulates the feedback transistor, the collector of which is connected to the input of the third CMOS LI IC, the control junction is connected through the galvanic isolation unit with the output terminals of the device, and base - to the second terminal of the zener diode combined with the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs, characterized in that, according to the invention, the sixth and seventh resistors are introduced, as well as a triggering transistor, the collector of which is connected to the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs, the emitter is connected through sixth p a resistor with the first input terminal of the device, and the base is connected to the second terminal of the filter capacitor, connected through the seventh resistor to the positive power supply terminal of all CMOS IC LIs.

Claims (1)

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через диодный выпрямитель к выходным выводам устройства, шунтированным конденсатором выходного фильтра, начало первичной обмотки трансформатора подсоединено к первому входному выводу, а конец - к стоку переключающего транзистора, затвор которого соединен через первый резистор с выходным выводом первой КМОП интегральной логической схемы (КМОП ИС ЛИ), а исток подключен к общему входному выводу, объединенному с минусовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, с первыми выводами конденсатора выходного фильтра, стабилитрона и времязадающего конденсатора, а также с началом обмотки обратной связи трансформатора, конец которой соединен через первый диод со вторым выводом конденсатора выходного фильтра и через второй резистор с входным выводом второй КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой соединен с первым входным выводом логической схемы И-НЕ и через обратновключенный второй диод с входным выводом третьей КМОП ИС ЛИ, объединенным с первым выводом третьего резистора и с первым выводом последовательной RC-цепи, второй вывод которой подключен к выходному выводу логической схемы И-НЕ, подключенной к входному выводу первой КМОП ИС ЛИ, выходной вывод которой через обратно включенный третий диод соединен с первыми выводами четвертого и пятого резисторов, вторые выводы которых подключены, соответственно, к первому входному выводу и второму выводу времязадающего конденсатора, к которому подсоединен второй вывод третьего резистора, регулирующий транзистор обратной связи, коллектор которого подключен ко входу третьей КМОП ИС ЛИ, управляющий переход соединен через узел гальванической развязки с выходными выводами устройства, а база подключена ко второму выводу стабилитрона, объединенного с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ, отличающийся тем, что введен шестой и седьмой резисторы и запускающий транзистор, коллектор которого подключен к плюсовому выводу питания всех КМОП ИС ЛИ, эмиттер соединен через шестой резистор с первым входным выводом устройства, а база подсоединена ко второму выводу конденсатора выходного фильтра, соединенному через седьмой резистор с плюсовым выводом питания всех КМОП ИС ЛИ.A single-ended DC voltage converter containing a transformer, the secondary winding of which is connected through a diode rectifier to the output terminals of the device, shunted by the output filter capacitor, the beginning of the primary winding of the transformer is connected to the first input terminal, and the end is connected to the drain of the switching transistor, the gate of which is connected through the first resistor to the output terminal of the first CMOS integrated logic circuit (CMOS LI IC), and the source is connected to a common input terminal, combined with the negative power supply terminal of all CMOS LI ICs, with the first terminals of the output filter capacitor, zener diode and timing capacitor, as well as with the beginning of the feedback winding transformer, the end of which is connected through the first diode to the second output of the output filter capacitor and through the second resistor with the input output of the second CMOS IC LI, the output output of which is connected to the first input output of the NAND logic circuit and through the reverse-connected second diode with the input the terminal of the third CMOS LI IC, combined with the first terminal of the third resistor and with the first terminal of the serial RC-circuit, the second terminal of which is connected to the output terminal of the NAND logic circuit connected to the input terminal of the first CMOS LI IC, the output terminal of which is through the reverse connected third the diode is connected to the first terminals of the fourth and fifth resistors, the second terminals of which are connected, respectively, to the first input terminal and the second terminal of the timing capacitor, to which the second terminal of the third resistor is connected, which regulates the feedback transistor, the collector of which is connected to the input of the third CMOS IC LI, the control junction is connected through the galvanic isolation unit with the output terminals of the device, and the base is connected to the second terminal of the zener diode, combined with the positive power supply terminal of all CMOS LI ICs, characterized in that the sixth and seventh resistors and a triggering transistor are introduced, the collector of which is connected to the positive power terminal all CMOS IC L And, the emitter is connected through the sixth resistor to the first input terminal of the device, and the base is connected to the second terminal of the output filter capacitor, connected through the seventh resistor to the positive power supply terminal of all CMOS ICs.
RU2020132026A 2020-09-29 2020-09-29 Single-stroke dc voltage converter RU2759119C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132026A RU2759119C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Single-stroke dc voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132026A RU2759119C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Single-stroke dc voltage converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759119C1 true RU2759119C1 (en) 2021-11-09

Family

ID=78466956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132026A RU2759119C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Single-stroke dc voltage converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759119C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4443839A (en) * 1980-12-23 1984-04-17 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Single ended, separately driven, resonant DC-DC converter
US5757626A (en) * 1996-06-21 1998-05-26 Delta Electronics Inc. Single-stage, single-switch, islolated power-supply technique with input-current shaping and fast output-voltage regulation
US6304463B1 (en) * 1999-05-07 2001-10-16 Power-One, Inc. Single-ended forward converter circuit with quasi-optimal resetting for synchronous rectification
US6842350B2 (en) * 2001-12-03 2005-01-11 Sanken Electric Co., Ltd. Dc-to-dc converter with flyback period detector circuit
RU2563976C1 (en) * 2014-11-18 2015-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Single-step dc voltage converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4443839A (en) * 1980-12-23 1984-04-17 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Single ended, separately driven, resonant DC-DC converter
US5757626A (en) * 1996-06-21 1998-05-26 Delta Electronics Inc. Single-stage, single-switch, islolated power-supply technique with input-current shaping and fast output-voltage regulation
US6304463B1 (en) * 1999-05-07 2001-10-16 Power-One, Inc. Single-ended forward converter circuit with quasi-optimal resetting for synchronous rectification
US6842350B2 (en) * 2001-12-03 2005-01-11 Sanken Electric Co., Ltd. Dc-to-dc converter with flyback period detector circuit
RU2563976C1 (en) * 2014-11-18 2015-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Single-step dc voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10978945B2 (en) Semiconductor device for switching power supply control and AC-DC converter
US9276483B2 (en) Control circuit for active-clamp flyback power converter with programmable switching period
US7800923B2 (en) Offline synchronous switching regulator
US6519165B2 (en) Dc-to-dc converter
USRE44228E1 (en) Switching mode power supply and driving method
US5336985A (en) Tapped inductor slave regulating circuit
US7492615B2 (en) Switching power supply
US7592790B2 (en) Start-up circuit with feedforward compensation for power converters
US9343971B2 (en) Synchronous VCC generator for switching voltage regulator
CN107210676B (en) Semiconductor device for power supply control
KR100703821B1 (en) Switching power supply
US20170012544A1 (en) Method for regulating an output voltage using a converter configured to operate in a critical conduction mode and a frequency fold-back mode and structure
US7212417B2 (en) Dual-mode switching DC-to-DC converter
US20110157919A1 (en) Vcc generator for switching regulator
US11671021B2 (en) Systems and methods for providing power to pulse-width-modulation controllers of power converters during normal operation
CN110932553B (en) Power supply control apparatus
US20130329468A1 (en) Switching controller with clamp circuit for capacitor-less power supplies
US11005376B2 (en) Switching power supply controller
CN109067206B (en) AC-DC power supply and control circuit of synchronous rectifier tube thereof
JP2013078111A (en) Drive circuit
CN111052581B (en) Control device for resonant converter
US20230299607A1 (en) Self-powered power supply drive circuit and chip
US11411499B2 (en) Integrated circuit and power supply circuit
RU2759119C1 (en) Single-stroke dc voltage converter
US20230143191A1 (en) Integrated circuit and power supply circuit