SU1654944A1 - Single-ended direct voltage regulator - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитани  радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ. Цель изобретени  - повышение надежности работы. В цепь ,управлени  силовым транзистором 1 преобразовател  напр жени  вводитс  нелинейна  обратна  св зь между выходом силового транзистора 1 и его базой в виде последовательной цепи из диода 15, дополнительного транзистора 16 и датчика 17 тока. При этом вход дополнительного транзистора 16 через двухвходовой элемент И 20 соединен с выходом датчика тока 3 в цепи силового транзистора 1 и с его входом, который соединен с выходом RS-триггера 19, а входы RS- триггера 19 соединены с выходом блока 18 управлени  и выходом датчика 17 тока. Такое включение элементов обеспечивает наиболее оптимальный режим переключени  силового транзистора 1. Использование изобретени  в источниках вторичного электропитани  с бестрансформаторным входом позвол ет повысить надежность работы за счет увеличени  коммутируемых напр жений от уровн  граничных до уровн  максимальных. 2 ил. ёThe invention relates to electrical engineering, in particular, to power converter technology, and can be used in sources of secondary power supply for electronic equipment and computers. The purpose of the invention is to increase the reliability of work. A non-linear feedback between the output of the power transistor 1 and its base as a series circuit from diode 15, auxiliary transistor 16 and current sensor 17 is introduced into the circuit controlled by the power transistor 1 of the voltage converter. The input of the additional transistor 16 through a two-input element And 20 is connected to the output of the current sensor 3 in the circuit of the power transistor 1 and its input, which is connected to the output of the RS flip-flop 19, and the inputs of the RS-flip-flop 19 are connected to the output of the control unit 18 and the output sensor 17 current. Such switching on of the elements provides the most optimal switching mode of the power transistor 1. The use of the invention in the sources of secondary power supply with a transformerless input allows to increase the reliability of operation by increasing the switching voltages from the boundary to the maximum level. 2 Il. yo

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани  радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ.The invention relates to electrical engineering and can be used in the sources of secondary power supply of electronic equipment and computers.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы устройства.The aim of the invention is to improve the reliability of the device.

На фиг.1 приведена принципиальна  электрическа  схема однотактно- го стабилизатора посто нного напр жени ; на фиг.2 - эпюры напр жений в характерных точках устройства,Fig. 1 shows a circuit diagram of a single-cycle DC voltage stabilizer; Fig. 2 shows stress plots at characteristic points of the device;

Однотактный стабилизатор посто нного напр жени  состоит из силового транзистора 1, в коллекторнуюA single-ended DC voltage regulator consists of a power transistor 1, into a collector

цепь которого включена первична  обмотка выходного трансформатора 2, а в цепь эмиттера - первый датчик 3 тока, вторична  обмотка включена через выпр митель на диодах 4 и 5 ta LC-фильтр на дросселе 6 и конденсаторе 7 к шинам 8 и 9 нагрузки, база силового транзистора 1 соединена с общей шиной через вторичную обмотку трансформатора 10 управлени  и параллельно через резистор 11 утечки , первого 12 и второго 13 транзисторов управлени , у которых коллекторы соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора 10the circuit of which includes the primary winding of the output transformer 2, and the first current sensor 3 is connected to the emitter circuit, the secondary winding is connected via a rectifier on diodes 4 and 5 ta LC filter on inductor 6 and capacitor 7 to load buses 8 and 9, power transistor base 1 is connected to the common bus through the secondary winding of the control transformer 10 and in parallel through the leakage resistor 11 of the first 12 and second 13 control transistors, in which the collectors are connected to the outer terminals of the primary winding of the transformer 10

О 01About 01

4sfe4sfe

еоeo

ESOOt iESOOt i

управлени , а средний вывод через резистор 14 соединен с выводом дл  подключени  источника вспомогательного питани , эмиттеры первого 12 и второго 13 транзисторов управлени  соединены с общей шиной, диода 1, который катодом через дополнитель-  ый транзистор 16 и второй датчик 17 тока соединен с общей шиной, а анодом - с коллектором силового транзистора 1( блока 18 управлени , построенного по принципу ШИМ-регулиро- ванч , вход которого соединен с выходным выводом 8, первый выход (выход а) блока 18 управлени  соединен с базой транзистора 12 управлени , а второй выход (выход Ь) соединен с S-входом RS-триггера 19, R-вход триггера 19 соединен с выходом датчика 1 тока, элемента И 20, у которого первый вход соединен с выходом триггера 19 и базой транзистора 13 управлени , второй вход соединен с выходом датчика 3 тока, выход элемента И 20 соединен с базой дополнительного транзистора 16,control, and the middle output through the resistor 14 is connected to the output for connecting the auxiliary power source, the emitters of the first 12 and second 13 control transistors are connected to the common bus, diode 1, which is connected to the common bus by the cathode via the additional transistor 16 and the second current sensor 17 and the anode is connected to the collector of the power transistor 1 (control unit 18, built according to the PWM control principle, the input of which is connected to output terminal 8, the first output (output a) of control unit 18 is connected to the base of transistor 12 control and the second output (output b) is connected to the S input of the RS flip-flop 19, the R input of the flip-flop 19 is connected to the output of the current sensor 1, And 20, whose first input is connected to the output of the flip-flop 19 and the base of the transistor 13 control, the second the input is connected to the output of the current sensor 3, the output element And 20 is connected to the base of the additional transistor 16,

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Силовой транзистор 1 периодически включаетс  и коммутирует посто нное напр жение источника питани  Еп на первичную обмотку выходного трансформатора 2. Импульсы напр жени , возникающие на вторичной обмотке и модулированные по длительности, -через выпр митель на диодах 4 и 5 и LC- фильтр 6, 7 поступают на выход устройства .The power transistor 1 is periodically turned on and commutes a constant voltage of the power source En to the primary winding of the output transformer 2. Voltage pulses arising on the secondary winding and modulated in duration through a rectifier on diodes 4 and 5 and LC filter 6, 7 arrive at the output of the device.

Стабилизаци  выходного напр жени  осуществл етс  с помощью цепи обратной св зи, в которую вход т блок 18 управлени , транзисторы 12 и 13 управлени  и трансформатор 10 управлени  , Блок 18 управлени  преобразует выходное напр жение устройства в последовательности импулнсов, которые модулированы по ширине ширЪтно- импульсным модул тором, вход щим в состав блока 18 управлени . Управление длительностью выключенного состони  силового транзистора 1 осущест-. вл етс  с помощью транзистора 12 управлени , на вход которого поступа- ет последовательность импульсов (фиг. 2а)- с первого выхода блока 18 управлени . Формирование длительност включающего импульса управлени  осуществл етс  с помощью транзистора 13The output voltage is stabilized using a feedback circuit, which includes the control unit 18, the control transistors 12 and 13, and the control transformer 10, the control unit 18 converts the output voltage of the device into impulse sequences that are width-width modulated modulator, which is part of the control unit 18. The control of the duration of the turned off sostoni of the power transistor 1 is realized. is using a control transistor 12, the input of which receives a sequence of pulses (Fig. 2a) from the first output of the control unit 18. The formation of the duration of the switching control pulse is carried out using a transistor 13

5five

00

5 five

00

5five

00

5five

00

5five

Переключение тока в цепи базы силового транзистора 1 происходит в три этапа.The switching current in the base circuit of the power transistor 1 occurs in three stages.

На первом этапе транзистор 12 управлени  открыт сигналом широтно-им- пульсного модул тора блока 18, а транзистор 13 управлени  закрыт сигналом RS-триггера 19. В этом случае в первичной обмотке протекает ток источника вспомогательного напр жени  Е„ через резистор 14. Этот ток трансформируетс  во вторичную обмотку трансформатора 10 управлени  и вызывает запирающее напр жение на базе силового транзистора 1. Величина этого напр жени  определ етс  резистором 11. Включение силового транзистора 1 происходит в моменты времени, когда с выхода b блока 18 управлени  на S-вход RS-триггера 19 поступает импульс напр жени  положительной пол рности (фиг. 26). В результате этого скачка напр жени  на выходе RS-триггера 19 (фиг. 2в) возникает импульс положительной пол рности, который обеспечивает включение транзистора . 13 управлени . Транзистор 12 управлени  включаетс  импульсами с выхода а блока 18 управлени . Изменение состо ний транзисторов 12 и 13 управлени  вызывает в обмотке трансформатора 10 изменение пол рности напр жени . В результате такого переключени  напр жени  силовой транзистор 1 переходит из выключенного состо ни  в режим глубокого насыщени  и в первичной обмотке выходного трансформатора 2 возникает импульс напр жени , который определ етс  величиной напр жени  источника питани  Еп.At the first stage, the control transistor 12 is opened by the signal of the pulse-width modulator of the unit 18, and the control transistor 13 is closed by the RS-trigger signal 19. In this case, the auxiliary voltage source E passes through the resistor 14. In the primary winding to the secondary winding of the control transformer 10 and causes a blocking voltage at the base of the power transistor 1. The magnitude of this voltage is determined by the resistor 11. The power transistor 1 turns on at times when the output of the b block And the control 18 to the S input of the RS flip-flop 19 receives a voltage pulse of positive polarity (Fig. 26). As a result of this voltage jump, a positive polarity pulse arises at the output of the RS flip-flop 19 (Fig. 2c), which ensures that the transistor is turned on. 13 controls The control transistor 12 is pulsed from the output of the control unit 18. A change in the states of the transistors 12 and 13 of the control causes a change in the polarity of the voltage in the winding of the transformer 10. As a result of this voltage switching, the power transistor 1 goes from the off state to the deep saturation mode and a voltage pulse is generated in the primary winding of the output transformer 2, which is determined by the voltage of the power source Ep.

Такое состо ние в схеме длитс  до тех пор, пока на выходе с| блока 18 управлени  возникает перепад напр жени  положительной пол рности (фиг. 2а), который вызывает включение транзистора 12 управлени . Так как транзистор 13 управлени  при этом удерживаетс  во включенном состо нии импульсом управлени  (фиг,2в) с выхода RS-триггера 19, то в обмотке трансформатора 10 напр жение отсутствует.This state in the circuit lasts as long as the output from | The control unit 18 produces a positive polarity voltage drop (Fig. 2a), which causes the control transistor 12 to turn on. Since the control transistor 13 is kept in the on state by the control pulse (Fig. 2c) from the output of the RS flip-flop 19, there is no voltage in the winding of the transformer 10.

Состо ние схемы, при котором о&а транзистора 12 и 13 управлени  открыты ,1 характеризует второй этап работы устройства. На этом этапеThe state of the circuit in which the o & a of the transistor 12 and 13 of the control is open 1 characterizes the second stage of operation of the device. At this stage

за счет отсутстви  напр жени  на переходе база - эмиттер силового транзистора 1 происходит рассасывание неосновных носителей и разр да емкости перехода через резистор 11, что приводит к выравниванию потенциала вдоль поверхности базы. После выхода силового транзистора 1 из режима глубокого насыщени  напр жени  на его переходе коллектор эмиттер начинает возрастать и схема переходит в состо ние третьего этапа работы.due to the absence of voltage at the base – emitter junction of the power transistor 1, the minority carriers dissolve and the junction capacitance through the resistor 11 is discharged, which leads to the potential equalization along the base surface. After the output of the power transistor 1 from the state of deep saturation of the voltage at its transition, the collector emitter begins to increase and the circuit goes into the state of the third stage of operation.

До перехода схемы в состо ние третьего этапа транзистор 16 по цепи база - эмиттер находитс  в состо нии Включено, так как положительный перепад напр жени  с выхода RS- тркггера 19 и сигнал с выхода датчика 3 тока обусловливает наличие положительного напр жени  на выходе элемента И 20. Увеличение напр жени  на коллекторе силового транзистора 1 до величины, превышающей пр мое падение напр жени  на диоде 15 и переходе коллектор - эмиттер транзистора 16, вызывает прохождение по ним тока. Этот ток, протека  по входной цепи датчика 17 тока, вызывает на его выходе по вление импульсного напр жени  (фиг. 2г), которое воздействует на R-ЕХОД RS-триггера 19, В результате такого воздействи  триггер переходит в нупевое состо ние и силовой транзистор 1 и транзистор 16 запираютс .Before the circuit goes to the state of the third stage, the transistor 16 in the base-emitter circuit is in the Enabled state, since the positive voltage drop from the RS-trggger 19 output and the signal from the current sensor 3 output causes a positive voltage at the output of the And 20 cell. An increase in the voltage across the collector of the power transistor 1 to a value greater than the direct voltage drop across the diode 15 and the collector-emitter junction of the transistor 16 causes current to flow through it. This current, flowing through the input circuit of the current sensor 17, causes the appearance of a pulse voltage at its output (Fig. 2d), which acts on the R-EQUIPMENT of the RS flip-flop 19. As a result of such an impact, the trigger goes into the rest state and the power transistor 1 and transistor 16 are locked.

После запирани  силового транзистора 1 схема находитс  в состо нии третьего этапа работы, который  вл етс  исходным дл  повторени  режима переключени . На этом этапе за счет включенного состо ни  транзистора 12 управлени  к базе силового транзистора 1 приложено запирающее напр жение через трансформатор 10. Форма напр жени  на вторичной обмотке трансформатора 10 приведена на фиг.2д.After locking the power transistor 1, the circuit is in the state of the third stage of operation, which is the starting point for repeating the switching mode. At this stage, due to the turned on state of the transistor 12 control, a block voltage is applied to the base of the power transistor 1 through the transformer 10. The voltage form on the secondary winding of the transformer 10 is shown in FIG.

Повышение надежности работы устройства обеспечиваетс  за счет устранени  локальной динамической пере- грузки кристалла силового транзистора .Improving the reliability of the device is provided by eliminating the local dynamic overload of the power transistor crystal.

Ступенчатое запирание силового транзистора вызвано необходимостью рассасывани  леосновных носителей зар да без подачи форсирующего импульса запирани . На этапе запираThe step locking of the power transistor is caused by the need for resorption of the basic charge carriers without the application of a forcing pulse to the locking. At the stage of locking

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

ни  в момент окончани  рассасывани  зар дов начинает активно работать вс  рабоча  плоскость кристалла, что не вызывает градиента потенциала.nor at the moment of the end of the absorption of the charges, the entire working plane of the crystal begins to work actively, which does not cause a potential gradient.

Технико-экономическа  эффективность изобретени  заключаетс  в увеличении коммутируемого посто нного напр жени  при максимальных токах с уровн  граничного, указываемого в технических услови х, до максимального , которое обычно превышает граничное почти в 2 раза. При этом повышаетс  надежность работы силового транзистора не менее чем в 2 раза.The technical and economic efficiency of the invention is to increase the switched DC voltage at maximum currents from the limit level indicated in the technical conditions to the maximum, which usually exceeds the limit by almost 2 times. This increases the reliability of the power transistor at least 2 times.

Claims (1)

Таким образом, в предложенном техническом решении коммутаци  максимальных рабочих токов возможна при максимальных уровн х напр жений. Обеспечение высоких технико-экономических характеристик обусловлено тем, что форсированное запирание силового транзистора обеспечиваетс  после выравнивани  потенциала поверхности базы, т.е. запирание обеспечиваетс  при нулевом градиенте потенциала . Формула изобретени Thus, in the proposed technical solution, switching of the maximum operating currents is possible at maximum voltage levels. Ensuring high technical and economic characteristics is due to the fact that the forced locking of the power transistor is provided after leveling the potential of the base surface, i.e. locking is provided with a zero potential gradient. Invention Formula Однотактный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий последовательно соединенные между входным выводом и общей шиной первичную об - мотку выходного трансформатора, силовой транзистор и первый датчик тока, вторична  обмотка выходного трансформатора через выпр митель с фильтром соединена с выходным выводом, первый и второй транзисторы управлени , коллекторы которых соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора управлени , выполненной со средним выводом, вторична  обмотка трансформатора управлени  одним из выводов соединена с базой силового транзнстора5 эмиттеры трак- зисторов управлени  соединены с 067 щей шиной, блок управлени , построенный по принципу широтно-импульсного регулировани , вход которого соединен с выходным выводом, первый выход - с базой первого транзистора управлени , первый резистор, один из выводов которого соединен с выводом дл  подключени  источника вспомога- тельного напр жени , и диод, отличающийс  тем, что, с s целью повышени  надежности работы, в него введены элемент И, второй датчик тока, RS-триггер, дополнительный транзистор и второй резистор, при этом коллектор силового транзистора через диод, дополнительный транзистор и второй датчик тока соединен с общей шиной, первый вход элемента И соединен с выходом первого датчика тока, выход элемента И соединен с базой дополнительного транзистора, второй выход блока управлени  соединен с S-входом RS-триггера, R-входA single-ended DC voltage regulator, containing the primary winding of the output transformer, the power transistor and the first current sensor, the secondary winding of the output transformer connected to the output terminal, the first and second control transistors connected in series between the input output and the common bus, the collectors of which are connected to the extreme terminals of the primary winding of the control transformer, made with the middle terminal, the secondary winding of the control transformer is one and the leads are connected to the base of the power transistor 5; the emitters of the control torque switches are connected to the 067 bus; the control unit is built according to the pulse-width control principle, the input of which is connected to the output terminal, the first output is connected to the base of the first control transistor, the first resistor, one of the terminals which is connected to an output for connecting an auxiliary voltage source, and a diode, characterized in that, with the aim of increasing the reliability of operation, an AND element, a second current sensor, an RS flip-flop, an additional ranzistor and second resistor, while the collector of the power transistor through the diode, the auxiliary transistor and the second current sensor is connected to a common bus, the first input of the element I is connected to the output of the first current sensor, the output of the element And is connected to the base of the additional transistor, the second output of the control unit is connected to S-input RS flip-flop, R-input которого соединен с выходом второго датчика тока, а выход - с базой второго тр анзистора управлени  и вторым входом элемента И, второй вывод вторичной обмотки трансформатора управлени  соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора управлени , а второй резистор включен между базой силового транзистора и общей шиной.the second output of the secondary winding of the control transformer is connected to the common bus, the second terminal of the first resistor is connected to the middle output of the primary winding of the control transformer, and the second resistor connected between the base of the power transistor and the common bus. ВыходOutput