RU1179U1 - Однотактный автогенераторный преобразователь напряжения - Google Patents

Abstract

Однотактный автогенераторный преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через транзисторный ключ подсоединена к входным выводам, вторичная обмотка через обратно включенный выпрямительный диод - к выходным выводам вместе со сглаживающим фильтром, обмотка управления через базовый резистор - к управляющему переходу транзисторного ключа вместе с выводами электронного ключа, выполненного, например, на транзисторе, управляющий вход которого подключен к последовательно соединенным управляющему диоду и транзистору оптопары, ограничительный резистор образует последовательную цепь с коммутирующим конденсатором, второй вывод которого подключен к точке соединения конца обмотки управления и вывода электронного ключа, а база транзисторного ключа через резистор запуска связана с входным выводом, стабилитрон, соединенный последовательно с баластным резистором, и обратный диод, отличающийся тем, что преобразователь снабжен фокусирующим конденсатором, включенным последовательно с базовым резистором между началом обмотки управления и базой транзисторного ключа, параллельно управляющему переходу которого подключен обратный диод, к эмиттеру - конец обмотки управления, а ее начало соединено с вторым выводом ограничительного резистора, параллельно которому подключены соединенные согласно управляющий диод и транзистор оптопары, диод оптопары включен параллельно баластному резистору, подключенному вместе со стабилитроном к выходным выводам.

Description

ОдиотахтинЙ мтогвнврАТОрнпй преобразователь напряжения

Предлагаемое иаобретенне отнештея к области преобразовательной техники и может быть использовано ш иеточниках вторичного электропитания.

Известен однотактшШ автогенератор с обратным включением выпряштельного диода Л.с. СССР 1642564, МХИ H0ai( 3/335, Н02Н 7/12, заявл. 16.01.69, 01огбя. 15.04.91 Бпжд. 1 14 J, выбранный в качестве прототипа, как шшбодее блиат по ожоей технической сущности ; предлагаемоцу . Дашюе устройство содержит трансформатор, первичная обмопса которого через транзисторный ключ и датчик тока соединена с входишш вмводаим, вторичКая обмотка через выпрямительный диод - с носодшшя wa jUjOOL вместе с сглаживаюсцим фильтром и входами узла обратной ешяш обмотка управления через базовый резиетор - к управяяще ог пережеду трамаиеторного ключа, у которого база соединена черее рееяетор аш гтаса с входным выводом, и к выходам электронного кдгаа, уяфавляпцрМ вход которого подключен к датчику тока и через т1щилжта диед - к транзистору оптопары и вы1елючающецу коцценсато дг через огриогаительный резистор « к коммутирующему коцденватощг м к вюеедеи у«ла обратной связи, причем к выводам обмотки упр«мею1Я подеоедртем через дополнительный диод коммутирующий коццемветор, а черев обратный диод - дополнительный конденсатор, параллельно KOTopoiQT подасягаенн дополнительный резистор и стабилитрон о бш&тным реенетором и диодом оптопары. Данный автогенератор преднавиачен для преобравования постоянного напряжения в постоянное со б фбклявацией его урокм путем регулирования узлом обратной связи моментов отпцршом и запирания транзисторного ключа. При коротком вамшшнш в Ilirai Ш1Грузки транзисторный ключ в автогенераторе переходит в дцопчИ рпаш ко11мутации - вццачи пачек импульсов с большой вкважноетью, 1то шижает ток короткого замыкания.

Недостаток автогенератора - ммвкая надегшость, обусловленная сложностью схемы и неудовлетво мщяыовш условиями коммутации транзисторного ключа. Сложность шсенк ефюана с большим количеством элементов, подсоединеюош к управления, и наличием узла обратной связи, в котором дяя е1 1|Шшея1Ш гальванического разделения сетей питания и нагрдгвки нее|||0|р|11 дополнительные моточные изделия

или оптоэдектронные xeiftfmi и уомктмь. Отпирание и запирание транзисторного lurow током, опрад дшумм напряасением на обмотке управления и базошш {«аяетором, 9ет|огдняет форсирование процессов КОММУТШ91И, что оеб0«шо важ1Ю 1фм коротком замыкании, когда напряжение на облютке уп мхения во врФмя; аапирания клюяю равно нулю По этой причине тртвкоторннй кдвч мреходит ия насыщенного состояния в режим отсечки (м обратно) м относительно длительное время, что увеличивает дияшогаеские потере моцкости при неудовлетворительной траектории перешоочтшя. Сдожноеть схемы и нефорвированные npoEieccu переключения снмяшот надежность устройства.

Цель иэобретегаш - повнвенмо жм ежности преобразователя путем упрощения схемы и yjqnawHiM уедогай коммутации транзисторного ключа.

Поставленная цвдь доетигаетея тем что известный однотактный автогенератор1шй преобрааомтедь напртения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого чмфоа транзисторный ключ подсоединена к входным выводам, вто|шчнш1 обмотка через обратно включенный выпряаштельный диод - к вмходнмм моодам вместе со сглаживающим фильтром, обмотка управдоння через бааовый резистор - к управляющец/ переходу транзистор1юго ключа вмёеТе с выводами электронного ключа, выполненного, ншцжмер, на Т|шш1оторе, управляющий вход которого подключен к поедедоватедьно оршдкнеюшм управляющему диоду и транзистору onTOimj, orptlillЧQ|lRijlыlй резистор образует последовательную цепь с комцутнрзгющш , второй вывод которого подключен к точке соедииеикя кош обУотки управления и вывода электронного ключа, а 6|iea транамото|р1ного ключа через резистор зацускфвязана с входным мводом ета иятрон, соединенный последовательно с баластным реакстором, м обретши диод, снабжен форсирующим концейсатором, мцигчемнш {ювдедевательно с базовым резистором между началом обмо11ш управления м бааой 1ранзисторного ключа, параддельно управдяюцму переходу iiOTOporo подключен обратный диод, к эмиттеру - ieoHei|4 обмоТ|Е | уоре1|де1«я, а ачало соединено со вторым выводом ограничетедьноро рееяеторе, параллельно которому подключены соединенные еогдаео упрецявцшй диод и транзистор оптопары, диод оптопариг вкдючем пераддедв гбааеетному резистору, подключенHoiQT вместе со стабедитромом к пеюдраш выводам.

Предлагаееее совокупноеть jV evMHHMx признаков - введение форсирующего коцценсаторе, его иящиа в базовую цепь и подключение обратного диода, огреюпштедыюго ревяетора, управляющего диода с транзистором оптопарм || те&ШШ1|ие е беластным резистором и диодом оптопары, а такм мтип11|1|М| 1|да элементов, например, датчика тока и узла обратной евяее «мвечнвает достижение цели изобрете- -.

имя. Действительно, рцюрцт схема устройства и получено фораированное переюгоченне 1римпииРО|1Юго кягаа за счет введения формирую щего конщенсатора, дцМКшмипцего 6aaoMril ток ключа даже при запмраНИИ последнего в eJ94ie 01кгтвтвмя нацрякения на обмотке управления Упрощение схемы и удрпмпш уодошй 1ЮМ1 тации транзисторного ключа повивает надешюсть щр вДраомтеля. 1фоме того при возникновении токовой нагрузки у qpMtffMdMfedUi н«в1яя (нагрузочная) характернотика становится педнйр m щл воашошовении короткого замыкания частота отпирания тршшмфорюро хлвча реако снижается с увеличением скважности и ток щцмтюго аамшання становится практически нулевим, что также умннрпшмт надежность устройства.

С гщность изобрШРЮВН Аояшшется чертежом. На $ir. I. приведена принципиальная схемш црурагаемого преобразователя, где приняты следу|щие обозначении X трансформатор, 2,3,4 - первичная, вторичная обмотки и обмошш |Г19ШМ«Ю1Я трансформатора, 5 - транзисторный ключ, 6 - выпрямитешш УИ 7 - сглаживающий фильтр, 6 - базовый резистор, 9 - электршнмй шюч, 10 - управляющий диод, II - оптопара, 12 - ограничвпшнрй реаистор, 13 - коммутирующий ко(щенсатор, 14 - резистор зацусш Ш стабклмтрон, 16 - баластный резистор, 17 - формирующий коед||1Ш1|фр, 18 - о1$ратный диод.

Предлагаемый a iiPiim fojitndi преобразователь напряжения (фмг.1) содержит трансфор11а19|р I в аершчмой Z и вторичной 3 обмотками и обмоткой управления 4 Шшпная обмотка 2 через транзисторный ключ & подсоединена к вхдцрви мподам, вторичная обмотка 3 через обратно включенный выпрямителмшВ б - к выходным выводам вместе со сглаживающим фмльтрск 7, сойотка управления 4 через базовый резистор 8 - к управляюща щрюоду 19анаиеторного ключа 5 вместе с выводами электронного Mrai 9, ашравляшций вход которого подключен к последовательно и кммнмйю еоедршеимым управляющецу диоду 10 и транзистору оптопарн ||. Ограмгапельный резистор 12 и комцутирующий конденсатор 13 о%м|рпр лосякдовательную цепь, причем второй вывод коммутирующего ||шц|М19атора 13 подключен к точке соединения конца обмотки управлЩЩ 4 к вывода електронного ключа 9. База транзисторного ключа § |10|Д е«11Юта1 через резистор запуска 14 к ВХОДНОМУ выводу. К тшуцг обмипм гправления 4 подключен второй вывод ограничительная 9tM«tefft 12, параллельно которому включен управляющий диод 10 к fpNUlli оотооарн II. К выходнш выводам присоединены последошшлщ шшрмннме стабилитрон 15 и баластный резистор 16, паралледйМ Ш1рРГ подаишчен диод о1 топары II.

Введенный форомрукярй коцдвнеатор 17 включен последовательно с базовым резистором Ь мецдзг базой транзисторного ключа & и началом обмотки управления 4. Обратный диод 16 подключен параллельно управляюще иог переходу TpaHiBifeypiioro клвяа 5. Стабилитрон 15, являющийся источником опорного (fpfjeHHoro) напрякения, может быть выполнен на основе других одов« транзисторов или интегральных микросхем. Первичн«1 б1ютк«J2 трансформатора I может быть включена как в коллекторная/vaxjij емиттерную 1|впи транзисторного ключа.5. Предлагаемый (|др|| тактнн1| автегенераторнкгй преобразователь напряжения предйазна1ММГ|М1Я111реоб| азования постоянного напряжения в постоянное со стабштмирей его уровня за счет регулирования длительности интервала 1шжош1енр1я энергии трансформатором, предназначеннии для гаяьваюпмвкего разделения сетей питания и нагрузки. Ptiбота преобразователя проиеходнт следукщим образом. При подаче питающего напряжения резистор eaiiyaca 14 протекает ток, заряжающий форсирующий коцденсатор 17, напряжение на котором растет и достигает такого значком, что начнет открываться транзисторный ключ 5. Появляется напрямняе на первичной обмотке 3 и обмотке управления 4. За счет напр||Ьюм на обмотке управления происходит лавинообразное отпирагай транзисторного ключа S и | чинается .перезарлц форсирую1цего кондейёатсра 17 по мере eapfpi которого базовый ток через базовый резио ор 8 спадает и глубокое насыщение транзисторного ключа 5 не проивходит. Напряжение на вторичной обмотке 3 является для выпрямительного диода 6 3aciitpaBii|ni. В первичной обмотке 2 коллекторный ток транщрюторнего ключа 5 нарастает по линейноцу закону, определяемому питафр напряжением ш индуктивностью намагничивающего контура транс |матора 1, который запасает электромаянитную энергию. От обмотия |Г1 ра ления 4 через ограничительный резистр 12 и, в случае открытогё ооотояния транзистора оптопары ii через этот транзистор и упрввлявцщй диод 10 Заряжается комцутирующий конденсатор 13. При достимтк напряженкр на ко1щутирующем конденсаторе 13 порогового значення начюяет откршаться электронный ключ 9, цунтируя управляющий порожод Т ранзнето рного ключа 5. Транзисторный ключ & подз&пирается, напркеше на всох обмотках трансформатора I меняет свою полярность. 3« вчот заяиратрх иапрюсений на обмотке управления 4 и на форсирупцшм хонденоаторе 17 происходит интенсивное выключение транзисто|його ключа 5« После полного его запирания ток nepeeapivia фopcиpafя|вгo коцдонвпора 17 потечет через обратный диод 16, защищающими упрохжццй вефекод транзисторного ключа 5 от пробоя

т- /3ff Jf ff

- обратным капряженкш. Одновременно через ограничительны реамстор 12 происходит переаарщд коимутируикцфго ноцденсатора 13 от обмотки управления 4 и запирание мехтронного клвиа 9. На вторичной обмотке 3 напряжение имеет отшреющую полдцркость для выпрямительного диода 6. Через этот диод в еглехившощий фильтр 7 и нагрузку за счет накопленной в трансформморе I энергии потечет линейно спадающий ток. вЫльтр 7 подзарядцтея накопит энергию, которую будет отдавать в нагрузку во время прямого хода, когда транзисторный ключ 5 будет открыт. После того, как трансформатор I отдаст накоплениую энергию в ЦШ1Ь нагрузки и ток через выпрямгаеяьный диод 6 спадет до &огля, напряжение на всех также станет нулевым. На заряженном фррсирующем конденсаторе 17 полярность напржкения будет отпирающей я ПОЭТОМУ через базомй реакетор потечет ток, который начнет отпирать транзисторный ключ &. Cpaaty поям1тся напряжение на обмотках и произойдет лавинообрамнй интенвмвннй процесс вклзченил транзисторного ключа 5. Затем все процессы происэсо дят аналогично. При увеличении питаю цего напряжения (снижении тока нагрузки) выходное напряжение начинает расти, а е ним растет и напряжение на баластном резисторе 16 ( на стабилитроне 15 напряжение постоянно). Ток через диод и, следовательно, черев тренвмстор onvooapii станет больше. Заряд комцутирущего конценоаФора 13 (через ррмь - управляющий диод 10 и транзистор оптопарн II) будет проиш о цить быстрее, раньше откроется электронный ключ 9 закроется транаметорт й ключ 5. Пpoизoйдet вокращение интервала прямого хода, а мосодное напрячеение преобразователя вернется к прежнему уровш. Так происходит стабилизация выходного напряжения. При токовой перегрузке напрЯ2&ени1Г на сглаживающем фильтре 7 снизится, диод и транзистор оптопары II закроются и 3apjvi коммутирующего хоцденсатора 13 будет происходить только через ограничительнкИ резистор 12. По етой причине длительность интервала прямого хода (транзисторний ключ Ь открыт) будет постоянной, а длительность интервала обратного хода (выпрямительный диод 6 открыт) будет возрастать. В ре1гльтате внешняя Отгрузочная) характеристика преобрмов«геяя станет пшцциощей. Гфи коротком замыкании напряжение на иторичной обнотке 3, а следовательно и на других обмотках, на интервале обратного хода будет нулевым. Запирание транзисторного ключи 5 обуи стмяетея только за счет разряда форсируюа|его ковденсатори 17 (вир1|| его во время прямого хода происходит как при нормальном режим)« Перезаряд этого конденсатора произой дет через резистор аишувии 14, сопротивление которого выбира-g- ,

-

етея достаточно бсишпм Поэтоцу ptifii до очередного отпирания транзисторного клвч 5 воараотавт и ключ начинает работать с низкой частотой ( с бсмшвой скея мностью), что делает ток короткого замошняя в цвш наг{дг81Ш близким к нулю.

Таким образом, повммние надешювти преобразователя достигнуто за счет упрощения езсемк (исключен увел обратной связи датчик тока и другие элементн) и yJQПeния увяовмй коммутации транзисторного ключа. тршвиефорного клича происходит при значительном ггр прямом (обратном) бюовом токе, nojiyvaeMOM как за счет напряжения на обмотке управлемш, так и с шшоцью фораирующего коцценсатора, перезарвд которого @1Ьвоечмвает бреоок базового тока в моменты переключения ключа и вЕЩд бавового тока в режиме насыщения. Такие условия коммутации ечятииРбя наилучпшн. При значительных токових перегрузках и короттом вамтании, напряжение на обмотке управления во время o6p§ffiioro хода уиеиьяветея практически до нуля, уоловия запирания транви рного ключа мало ухудшаются, так как обратный базовый ток ф9р1нруетея форофупцим конденсатором. Исключение резистивного датчик тока иа Е|шш эмиттера транзисторного ключа также улучоает условия его ком1огта1ри, так как этот датчик влияет на базовый ток и яшшвтея елеменгом отрицательной обратной связи для транзисторного уенлктеля. Ташш образом, получены условия для формирования наилучней трАекторкм перемещения рабочей точки ключа, сокращение длителыюбтя интервалов переключения и, как следствие, повышение надежностк. Наличие падаяцвй нагрузочной характеристики у преобразователя п|М тоюпмх П4црегрузках, резкое снижение частоты коммутации ключа с увеличмшем ехмшяоети при коротком замыкании в цепи нагрузки, вкявчеиие обратного диода параллельно управляюще переходу транзмотормого ключа все зто дополнительно повышает надежность ус||ро11етва.

Проверка предловвннего ренеиня проводилась на макете однотактного автогенератариого яреобрввомтеля с входным напряжением 310 В, выходным налрякением 5 В током нагрузки до I А при частоте преобразования около 160 кГц. ШЩ преобразователя составил 0,66-0,70 Коэффициент стабилизацкм мееоднего нш1ряхения не превышал 3. при изменении входного ншрпеюш от ЖЮ до З&О В, тока нагрузки от 0,05 до I А. Уровень щммвИ Л п помпе - менее 10 мВ. Преобразователь сохран ует свою работовооеобмоеть щт токотх перегрузках и коротком замыкании в цюш 1ШГр9Г 1Ш туркно функционирует при различных

-

условиях экспяуатащш. Удельная мощноотц, образца, выполненного на дискретных элементах доетмгла 140 Вт/дм.

-{Q- - -

Соавторы:(.А.Хабуэов В.Ф.Худяков

Claims (1)

1. Однотактный автогенераторный преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через транзисторный ключ подсоединена к входным выводам, вторичная обмотка через обратно включенный выпрямительный диод - к выходным выводам вместе со сглаживающим фильтром, обмотка управления через базовый резистор - к управляющему переходу транзисторного ключа вместе с выводами электронного ключа, выполненного, например, на транзисторе, управляющий вход которого подключен к последовательно соединенным управляющему диоду и транзистору оптопары, ограничительный резистор образует последовательную цепь с коммутирующим конденсатором, второй вывод которого подключен к точке соединения конца обмотки управления и вывода электронного ключа, а база транзисторного ключа через резистор запуска связана с входным выводом, стабилитрон, соединенный последовательно с баластным резистором, и обратный диод, отличающийся тем, что преобразователь снабжен фокусирующим конденсатором, включенным последовательно с базовым резистором между началом обмотки управления и базой транзисторного ключа, параллельно управляющему переходу которого подключен обратный диод, к эмиттеру - конец обмотки управления, а ее начало соединено с вторым выводом ограничительного резистора, параллельно которому подключены соединенные согласно управляющий диод и транзистор оптопары, диод оптопары включен параллельно баластному резистору, подключенному вместе со стабилитроном к выходным выводам.