SU1365292A1 - Стабилизирующий преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питани . Цель изобретени  - повьшение помехозащищенности , КПД и упрощение. Преобразователь содержит накопительный дроссель с обмотками 6 и 7, два переключающих транзистора 4 и 5, выходной трансформатор с первичной 3 и вторичной 8 обмотками, диодный делитель входного напр жени  на диодах 1 и 2,

Description

« г1 to

(Л

сд to

модул тор длительности импульсов, состо щий из задающего генератора- мультивибратора на транзисторах 10, 11, измерительньм мост с конденсатором 38. Введение пусковых цепей 21, 22 и 28, 29, 30, счетного триггера

на транзисторах 12, 13, инвертирующих 19, 27 и согласующего 25 транзисторов позвол ет обеспечить функционирование преобразовател  при возникновении высокочастотных помех в системе управлени , 1 ил.

1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитани  различньгх радиотехнических систем.

Цель изобретени  - повышение помехозащищенности и КПД, упрощение преобразовател .

На чертеже представлена принци- пиальна  схема стабилизирующего преобразовател  посто нного напр жени .

В преобразователе к плюсовому входному выводу подключен катод диода 1 делител  входного напр жени , анод которого соединен с катодом второго диода 2 делител  и выводом первичной обмотки 3 выходного трансформатора . Другой вывод первичной обмотки 3 соединен с эмиттерами переклю чающих транзисторов обратной проводимости п-р-п 4 и пр мой проводимости ,р-п-р 5. Коллектор транзистора 4 соединен с концом обмотки 6 накопитель- ного дроссел , а начало этой обмот- ки - с плюсовым входным выводом. Коллектор транзистора 5 соединен с началом обмотки 7 дроссел , а конец этой обмотки - с анодом диода 2 и минусовым входным выводом.

К вторичной обмотке 8 выходного трансформатора подключен мостовой вьшр митель 9. Плюсовой вывод последнего соединен с эмиттерами тран7 зисторов 10 и 11 типа р-п-р мультивибратора задающего генератора, с эмиттерами транзисторов 12 и 13 типа р-п-р счетного триггера - делител  частоты, через резисторы 14 и 15 - с коллекторами транзисторов 16 и 17 типа п-р-п нуль-органа, через резистор 18 - с базой переключающего транзистора 4 и коллектором инвертирующего транзистора 19 типа п-р-п.

Q

s о 5 0

0

5

через первые пусковые диод 20 в пр мом направлении, резистор 21 и конденсатор 22 - с плюсовым входным выводом . Минусовой вывод мостового выпр мител  9 соединен через резисторы с коллекторами транзисторов 10 и 11 мультивибратора, задающего генератора , через резисторы - с коллекторами транзисторов 12 и 13 триггера, через резистор 23 - с базой, а через резистор 24 - с коллектором согласующего транзистора 25 нуль-органа, че- ре з резистор 26 - с базой переключающего транзистора 5 и коллектором инвертирующего транзистора 27 типа ргп-р, через вторые пусковые диод 26 в пр мом направлении, резистор 29 и конденсатор 30 - с минусовым выводом питани , через ограничительный резистор 31 - с анодом стабилитрона

32второго плеча моста и резистором

33третьего плеча измерительного моста.

Средн   точка вторичной обмотки 8 выходного трансформатора соединена с транзисторами 4, 5,19, 27,16, 17 и 25, Через стабилитрон 34 - с анодом диода 20, через стабилитрон 35 - с катодом диода 28, через резистор 36 - с базой транзистора 19, через резистор 37 - с базой тран- зистора 27, катодом стабилитрона 32, конденсатором 38 первого плеча моста формировани , пилообразного напр жени , зашунтированного резистором 39. Другой вывод конденсатора 38 соединен через резистор 40 четвертого плеча измерительного моста с резистором 33 третьего плеча моста и базой транзистора 17 нуль-органа и через регулируемый резистор 41 и диод 42 с выходом завис щего генератора (кол

лектором транзистора 10 мультивибратора ) .

Выход нуль-органа (коллектор транзистора 16) соединен через резистор 43 с базой транзистора 19, через резистор 44 - с базой транзистора 17, через резистор 45 - с базой транзистора 25, а его база соединена с коллектором транзистора 17. Коллек тор транзистора 25 соединен через резистор 46 с базой транзистора 27,

База транзистора 19 соединена с анодом первого разделительного диода 47, база транзистора 21 - с катодом второго разделительного диода 48, канод диода 47 и анод диода 48 подключены к выходу счетного триггера (коллектор транзистора 12). Второй выход задающего генератора (коллектор транзистора 11 мультивибратора) соединен через конденсатор 49 с входом счетного триггера (аноды диодов 50 и 51, подключенных катодами к базам транзисторов 12 и 13 триггера), обща  точка конденсатора 49 и анодов диодов 50 и 51 соединена через резистор 52 с плюсовым выводом выпр мител  .

Стабилизирующий преобразователь посто нного напр жени  работает следующим образом.

При включении напр жени  питани  зар жаютс  пусковые конденсаторы 22 и 30 через пусковые резисторы 21 и 29 и стабилитроны 34 и 35. На стабилитронах 34 и 35 соответственно после диодов 20 и 28 по вл етс  -напр жение питани  задающего генератора мультивибратора с уровнем, устанавливаемым чуть меньше напр жени  на выходе выпр мител  9 в установившемс  режиме работы. Запускаетс  задающий генератор-мультивибратор на транзисторах 10 и 11. С коллектора транзистора 10 переменное напр жение пр моугольной формы со скважностью два поступает через диод 42 и резистор 41 на вход цепи формировани  пилообразного напр жени , а с коллектора транзистора 11 - на входы симметричного триггера на транзисторах 12 и 13. Когда транзистор 11 мультивибратора закрыт, конденсатор 49 зар жаетс  через резистор 52, при этом диоды 50 и.51 закрыты, В момент открытого состо ни  транзистора 11 конденсатор 49 разр жаетс  и на базы транзисторов 12 и 13 триггера через дио

15

20

25

30

- IQ

- 365292

ды 50 и 51 поступает импульс положительной пол рности и малой длительности . Этот импульс не измен ет состо ни  закрытого транзистора триггера , но его открытый транзистор закрываетс  этим импульсом. В результате происходит регенеративный процесс опрокидывани  триггера.в другое устойчивое состо ние. Следующий импульс приводит триггер в первоначальное устойчивое состо ние. Следовательно, триггер делит количество импульсов на два, т.е.  вл етс  делителем частоты мультивибратора.

Рассматривают режим работы преобразовател  при поступлении на базы инвертирующих транзисторов 19 и 27 управл ющих импульсов только с триггера , условившись, что транзисторы 16 и 25 нуль-органа закрыты и на базы транзисторов 19 и 27 подаютс  через резисторы 14, 43 и 24, 46 отпирающие напр жени . Так как эмиттеры транзисторов.19 м 27 соединены со средней точкой обмотки 8 выходного трансформатора и стабилитронов 34 и 35, при закрытом состо нии транзистора 12 триггера с его коллектора поступает пр моугольный импульс отрицательной пол рности, отпирающий только диод 47 и запирающий только инвертирующий транзистор 19 в течение всего первого периода переменного напр жени  с мультивибратора. Так как транзистор 19 закрыт, переключающий транзистор открыт положительным напр жением, поступающим через резистор 18. В этот момент инвертирующий транзистор 27 открыт, шунтиру  переход эмиттер - база переключающего транзистора 5, и последний закрыт.

В следующий период переменного 45 напр жени  с мультивибратора транзистора 12 триггера открыт, соответственно уже на базу транзистора 27 через диод 48 поступает пр моугольный импульс положительной пол рнос- 50 ти. Транзистор 27 закрываетс , соответственно транзистор 5 открьшаетс , В этот момент наоборот транзистор 19 открываетс  транзистор 4 закрываетс . Такой режим работы  вл етс  55 безопасным дл  работоспособности

35

40

нуль-органа. Кроме этого, исключаетс  опасньй режим - одновременное нахождение транзисторов 4 и 5 в закрытом состо нии при любых помехах. В таком режиме работы через обмотки дроссел  не проходит ток, преобразователь не потребл ет электрической энергии и напр жение на первичной обмотке 3 выходного трансформатора равно нулю.

Другой режим работы. Пусть транзисторы 16 и 25 нуль-органа кратковременно открываютс  на врем  менее полупериода переменного напр жени  с мультивибратора. Тогда инвертирующие транзисторы 19 и 27 оба закрываютс , и запирающие импульсы с триг- ig запирающее напр жение, подаваемое

гера не измен ют состо ни  ни одного из них. Переключающие транзисторы 4 и 5 одновременно открьшаютс , обмотки 6 и 7 накопительного дроссел  соедин ютс  последовательно (начало с концом), через них протекает ток, в дросселе накапливаетс  магнитна  энерги , при этом по-прежнему диоды 1 и 2 закрыты обратным напр жением источника питани , и напр жение на первичной обмотке 3 выходного трансформатора равно нулю.

Установившийс  режим работы. На конденсатор 38 с коллектора транзис- тора 10 мультивибратора могут поступать через диод 42 только полуперио- ды положительной пол рности переменного напр жени . На этом конденсаторе наблюдаетс  посто нна  составл юща  напр жени , котора  равна опорному напр жению на стабилитроне 32, и переменна  составл юща  напр жени  пилообразной формы (пила). Нарастание переднего фронта пилы происходит в положительньм полупериод переменного напр жени  с выхода мультивибратора , когда диод 42 открыт, а спад заднего фронта пилы - в отрицательный полупериод, когда диод 42 закрыт и конденсатор 38 разр жаетс  через резистор 39. При равенстве уровней напр жени  на стабилитроне 32 и конденсаторе 38 и равенстве плеч моста, резисторов 40 и 33, в диагонали моста , подключенной к входу нуль-органа напр жение равно нулю (если не учитывать пр мого напр жени  перехода база - эмиттер транзистора 17). При этом напр жение на конденсаторе 38 включено в отпирающем, а напр жение на стабилитроне 32 в запирающем направлени х по отношению к транзисто- РУ 17.

При спаде заднего фронта пи.пы, когда сумма посто нной и переменной составл ющих на конденсаторе 38 станет меньше опорного напр жени  на стабилитроне 32, транзистор 17 нуль- органа закрываетс , а транзистор 16 соответственно открываетс  через резистор 15 (в практической схеме нуль- органа выполнен по схеме компаратора на операционном усилителе). Одновременно открываетс  согласующий транзистор 25 нуль-органа, так как снимаетс  с базы этого транзистора

с резистора 45, поскольку последний оказываетс  соединенным с эмиттером транзистора 25 через транзистор 16.

Следовательно, инвертирующие транзисторы 19 и 27 закрываютс , так как их переходы база - эмиттер зашун- тированы резисторами 36 и 37, а переключающие транзисторы 4 и 5 открыва- ютс . Через последовательно соединенные обмотки 6 и 7 дроссел  проходит

нитна  энерги . Суммарное врем  открытого состо ни  транзисторов 4 и 5 определ етс  временем спада пилы, а затем после по влени  положительного полупериода переменного напр жени  с мультивибратора временем нарастани  пилы до уровн , когда сумма посто нной и переменной составл ющих на конденсаторе 38 становитс  болье напр жени  на стабилитроне 32. Затем транзистор 17 нуль-органа от

0

5

0

5

крываетс , а транзисторы 16 и 25 закрываютс . Однако, только один из транзисторов 19 и 27 открываетс , так как в этот момент на базе одного из них присутствует запирающее напр жение с выхода триггера, при этом весь период переменного напр жени  с мультивибратора. Допустим открываетс  транзистор 19, тогда другой транзистор 27 закрываетс  импульсом, с триггера. Соответственно закрываетс  только переключающий транзис- тор 4, т.е. его переход эмиттер - база зашунтирован транзистором 19. В результате обрыва цепи прохождени  тока через обмотки дроссел  на его обмотках возникает ЭДС самоиндукции противоположной пол рности, т.е. напр жение на обмотке 7 накопительного дроссел  через открытый транзистор 5 и открытый диод 2 прикладываетс  к первичной обмотке 3 выходного трансформатора.

Во вторичных обмотках выходного трансформатора (в том числе в обмотке 8) наводитс  ЭДС с амплитудами, пр мо пропорциональными коэффициентам трансформации, С выпр мител  9 на модул тор длительности поступает напр жение питани , по уровню больше чем на стабилитронах 34 и 35 и поэтому диоды 20 и 28 в установившемс  режиме закрыты. Суммарное врем  такого состо ни  определ етс  временем продолжающегос  нарастани  пилы, а затем после по влени  отрицательного полупериода напр жени  с выхода мультивибратора временем спада пилы до уровн , когда сумма посто нной и переменной составл ющий на конденсаторе 38 становитс  меньше напр жени  на стабилитроне 32, В результате транзистор 17 вновь закрьшаетс , транзисторы 16 и 25 открываютс , транзисторы 19 и 27 закрываютс , а

транзисторы 4 и 5 открываютс  и в J

дросселе вновь накапливаетс  магнитна  энерги .

Как только сумма посто нной и переменной составл ющих на конденсаторе 38 оп ть станет больше напр жени  на стабилитроне 32, транзисторы 16 .и 25 закрываютс . Однако открываетс  уже другой инвертирующий транзистор , а именно транзистор 27, так как начинаетс  уже второй период переменного напр жени  с мультивибратора, и с выхода триггера - делител  частоты мультивибратора на два запирающее напр жение весь период прилагаетс  к базе другого инвертирующего транзистора, а именно транзистора 19, Соответственно закрываетс  уже другой переключающий транзистор 5, в обмотках 6 и 7 дроссел  возникает ЭДС самоиндукции, и напр жение с другой обмотки 7 через открытый транзистор 4 и открытый диод 1 при- кладьшаетс  к первичной обмотке 3 выходного трансформатора, но пол рность этого напр жени  противоположна напр жению на обмотке 3 и предыдущем полупериоде. Таким образом, на обмотке 3 выходного трансформатора наблюдают переменное напр жение пр моугольной формы с паузами между полупериодами (в момент накоплени  магнитной энергии в дросселе) и час5

тотой, в два раза меньшей частоты задающего генератора - мультивибратора.

Стабилизаци  выходного напр жени  осуществлетс  изменением соотношени  времени открытого и времени закрытого состо ний переключающих транзисторов 4 и 5, при этом они наход тс  в закрытом состо нии поочеQ редно. Допустим в установившемс  режиме работы возрастает напр жение питани  и соответственно напр жение на выходе выпр мител  9, Тогда сумма посто нной и переменной составл ющих на конденсаторе 38 превьш1ает уровень опорного напр жени  на стабилитроне 32 по времени раньше, а уменьшаетс  до уровн  опорного напр жени  позже, т,е, фактически возQ растает длительность поочередного закрытого состо ни  переключающих транзисторов 4 и 5, а открытого - уменьшаетс , В результате магнитной энергии в дросселе накапливаютс  то5 же количество и амплитуда ЭДС самоиндукции в обмотках 6 и 7 дроссел , а соответственно aмплиtyдa переменного напр жени  на первичной обмотке 3 выходного трансформатора остает0 с  на прежнем стабилизирующем уровне.

Так как резистор 41 образует с резистором 39 делитель напр жени , измен   величину сопротивлени  резистора 41, можно регулировать уровень посто нной составл ющей на конденсаторе 38, т,е, тем самым регулировать стабилизируемый уровень напр жени  на выходах преобразовател .

Амплитуда напр жени  на первичной

0 обмотке 3 выходного трансформатора определ етс  по известной формуле

5

и.

пув« 3 Г- q

45

где

WHOH

0

5

UB.q w

HO к

выходное напр жение питани ;

коэффициент заполнени  импульсов (в диапазоне 0-1); число витков дроссел  при накоплении энергии; число витков дроссел  при рассе нии энергии. Так как число витков при накоплении в два раза больше, п 0,5 и

и .

2(1-q)

W,

росс

ормула

и

9 зоб

136

р е т е н и  

Стабилизирующий преобразователь посто нного напр жени , содержащий накопительньш дроссель, выходной трансформатор, два переключающих транзистора, цепь из двух последовательно соединенных диодов, подключенную в обратном направлении к входным выводам, к точке соединени  диодов подключен один из вьтодов первичной обмотки выходного трансформатора , задающий генератор, измерительный мост с конденсатором, зашунтирован- ным резистором в первом плече моста, последовательно соединенным с ним стабилитроном во втором плече моста и резисторами в третьем и четвертом плечах, причем точки соединени  конденсатора и резистора четвертого плеча через регулирующий резистор и диод соединены с первым выходом задающего генератора, точка соединени 

резисторов третьего и четвертого плеч 25 причем база инвертирующего транзиссоединена с входом нуль-органа, а точки соединени .конденсатора и стабилитрона - с общим вьшодом нуль-органа , причем точка соединени  резистора третьего плеча и стабилитрона подключена через ограничительный резистор к одному из вьшодов выпр мител , подключенного к дополнительной обмотке выходного трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  помехозащищеннос1365292

10

ти, кпд и упрощени , введены пуско- .вые цепи, счетный триггер, инвертирующий и согласующий транзисторы, «i переключающие транзисторы выполнены на транзисторах разного типа проводимости , точки соединени  эмиттеров которых подключены к второму выводу первичной обмотки трансформатора,

Q общему выводу нуль-органа и отводу от средней точки указанной дополнительной обмотки выходного трансформатора , выпр митель которой подключен к входным выводам через пусковые

5 цепи из последовательно соединенных пускового конденсатора, резистора и диода к шинам питани  задающего генератора и введенного счетного триггера , вход которого соединен с втоQ рым выходом задающего генератора, а выход через разделительные диоды - с базами инвертирующих транзисторов, силовые переходы которых подключены к входам переключающих транзисторов.

тора обратной проводимости соединена с выходом нуль-органа непосредственно , а база инвертирующего транзистора пр мой проводимости - через согласующий транзистор, при этом накопи- тельньй дроссель выполнен двухобмо- точным с равным числом витков в обмотках и кажда  из обмоток дроссел  включена между соответствующим входным вьшодом и коллектором переключающего транзистора.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий накопительный дроссель, выходной трансформатор, два переключающих транзистора, цепь из двух последовательно соединенных диодов, подключенную в обратном направлении к входным выводам, к точке соединения диодов подключен один из выводов первичной обмотки выходного трансформатора задающий генератор, измерительный мост с конденсатором, зашунтированным резистором в первом плече моста, последовательно соединенным с ним стабилитроном во втором плече моста и резисторами в третьем и четвертом плечах, причем точки соединения конденсатора и резистора четвертого плеча через регулирующий резистор 'и ти, КПД и упрощения, введены пусковые цепи, счетный триггер, инвертирующий и согласующий транзисторы, а переключающие транзисторы выполнены ⁵ на транзисторах разного типа проводимости, точки соединения эмиттеров которых подключены к второму выводу первичной обмотки трансформатора, jq общему выводу нуль-органа и отводу от средней точки указанной дополнительной обмотки выходного трансформатора, выпрямитель которой подключен · к входным выводам через пусковые цепи из последовательно соединенных пускового конденсатора, резистора и диода к шинам питания задающего генератора и введенного счетного триггера, вход которого соединен с вто2Q рым выходом задающего генератора, а выход через разделительные диоды с базами инвертирующих транзисторов, диод соединены с первым выходом задасиловые переходы которых подключены ющего генератора, точка соединения резисторов третьего и четвертого плеч соединена с входом нуль-органа, а точки соединения.конденсатора и стабилитрона - с общим выводом нуль-органа, причем точка соединения резистора третьего плеча и стабилитрона подключена через ограничительный резистор к одному из выводов выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке выходного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенноск входам переключающих транзисторов, 25 причем база инвертирующего транзистора обратной проводимости соединена с выходом нуль-органа непосредственно, а база инвертирующего транзистора прямой проводимости - через согла3Q сующий транзистор, при этом накопительный дроссель выполнен двухобмоточным с равным числом витков в. обмотках и каждая из обмоток дросселя включена между соответствующим входным выводом и коллектором переключа³⁵ ющего транзистора.