RU1783602C - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: в системах вторичного электропитани . Сущность изобретени : устр-во содержит транзисторы 1 и 2, диоды 3 и 4, резистивный датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первична  обмотка 7 которого включена последовательно с транзисторами 1 и 2 и датчиком 5, первый вывод которого соединен с общей клеммой преобразовател . Первична  обмотка 9 трансформатора 8 через резистор 10 сообщена с управл ющей обмоткой 11 дроссел  6; а вторичные обмотки 12 и 13 подключены соответственно к входам транзисторов 1 и 2. Выходна  обмотка 14 дроссел  6 через выпр митель 15 соединена с нагрузкой 16. В состав устройства также вход т узел 17 обратной св зи, включающий резистор 18 и подключенный входом параллельно нагрузке 16, а выходом - между общей клеммой преобразовател  и средней точкой рези- стивного делител  19 напр жени , крайние точки которого подключены между общей точкой преобразовател  и первым выводом питани  компаратора 20. 3 ил. у fe XI 00 со о о ю Фиг.1

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани .

Известен транзисторный преобразователь посто нного напр жени , содержащий транзисторный ключ, многообмоточный дроссель, выпр митель, трансформатор и узел обратной св зи 1.

Это устройство имеет относительно большие пульсации выходного напр жени , обусловленные тем, что оно работает в режимах возбуждени  и срыва колебаний. Кроме того, отсутствие в схеме преобразовател  цепи контрол  и ограничени  тока, протекающего через транзисторный ключ, а также его пассивное запирание на начальной стадии процесса выключени  предопредел ют невысокие КПД и надежность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности  вл етс  однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий N транзисторов, многообмоточный дроссель, выпр мительный диод, конденсатор, трансформатор, резистор , узел обратной св зи, резистивный датчик тока, пороговый элемент и источник посто нного напр жени  2.

Основной недостаток такого преобразовател  св зан с высоким уровнем пульсаций выходного напр жени , так как устройство работает в режимах возбуждени  и срыва колебаний. Кроме того, такой принцип работы преобразовател  приводит к неравномерности нагрузки элементов, в частности транзисторов, во врем  его работы , Это в свою очередь  вл етс  причиной снижени  КПД и надежности устройства.

Цель изобретени  - уменьшение пульсаций выходного напр жени , повышение КПД и надежности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий N транзисторов , соединенных последовательно с первичной обмоткой дроссел , подключенной через упом нутые транзисторы к входным выводам преобразовател , выпр мительный диод, через который вторична  обмотка дроссел  соединена с выходными выводами преобразовател , между которыми включен конденсатор, трансформатор, имеющий первичную обмотку, котора  через резистор соединена с управл ющей обмоткой дроссел , N вторичных обмоток, кажда  из которых подключена к входу соответствующего транзистора, и управл ющую обмотку, узел обратной св зи, подключенный входом к выходным выводам

преобразовател , и резистивный датчик тока , включенный последовательно в цепь первичной обмотки дроссел  и первым выводом соединенный с отрицательным входным выводом, введены компаратор, дополнительный диод и резистивный делитель напр жени , крайние выводы которого подключены между отрицательным входным выводом и первым выводом питани 

указанного компаратора, а средний вывод подключен к первому входному выводу компаратора , второй входной вывод которого соединен с вторым выводом упом нутого резистивного датчика тока, а выходной вывод подключен через последовательно включенные дополнительный диод и управл ющую обмотку трансформатора к отрицательному входному выводу, причем упом нутый узел обратной св зи выходом подключен к отрицательному входному выводу и среднему выводу указанного резистивного делител  напр жени ,

В указанный однотактный преобразователь посто нного напр жени  может

быть также введен дополнительный конденсатор , включенный между средним выводом указанного резистивного делител  Напр жени  и отрицательным входным выводом. Далее в указанный однотактный преобразователь посто нного напр жени  может быть введена дополнительна  RC-цепь, включенна  между вторым входным выводом и выходным выводом указанного компаратора .

Кроме того, в указанном однотактном преобразователе посто нного напр жени  в качестве источника питани  указанного компаратора может быть использован дополнительный выпр митель, подключенный по входу к дополнительной обмотке дроссел .

Введение в схему преобразовател  компаратора , дополнительного диода и резистивного делител  напр жени , а также

подключение узла обратной св зи выходом к отрицательному входному выводу и среднему выводу резистивного делител  напр жени  позвол ет по сравнению с устройством-прототипом существенно уменьшить пульсации

выходного напр жени  благодар  тому, что

предлагаемый преобразователь работает в автогенераторном режиме, при котором отсутствуют режимы возбуждени  и срыва колебаний . В дополнение к этому принцип

работы прелагаемого устройства предопредел ет относительно равномерную нагрузку элементов, в частности транзисторов, во времени , что в свою очередь обуславливает более высокие КПД и надежность устройства

Введение в схему преобразовател  дополнительного конденсатора способствует еще большему уменьшению пульсаций выходного напр жени , повышению КПД и надежности за счет полного устранени  релейности в работе преобразовател .

Введение в схему преобразовател  последовательной RC-цепи, реализующей в указанном компараторе динамическую положительную обратную св зь, позвол ет уменьшить мощность, выдел ющуюс  в транзисторах, путем полного обеспечени  их активного запирани  на всех стади х процесса выключени , что также способствует повышению КПД и надежности устройства .

Кроме того, использование в качестве источника питани  указанного компаратора дополнительного выпр мител , подключенного по входу к дополнительной обмотке дроссел , позвол ет расширить возможности применени  преобразовател .

Таким образом, нова  совокупность элементов и св зей между ними, не встречающа с  ни в одном из известных преобразователей , обуславливает новые свойства и соответствует критерию существенных отличий .

На фиг. 1 приведен вариант принципиальной электрической схемы предлагаемого однотактного преобразовател  посто нного напр жени ; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы напр жений и токов, по сн ющие принцип его работы.

Преобразователь содержит транзисторы 1 и 2, диоды 3 и 4, резистивный датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первична  обмотка 7 которого включена последовательно с транзисторами 1 и 2 и датчиком 5, первый вывод которого соединен с отрицательным входным выводом преобразовател , а также трансформатор 8, первична  обмотка 9 которого через, резистор 10 соединена с управл ющей обмоткой 11 дроссе- л  6, а вторичные обмотки 12 и 13 подключены соответственно к входам транзисторов 1 и 2. В.ыходна  обмотка 14 дроссел  б через выпр митель 15 соединена с нагрузкой 16. В состав устройства также вход т узел 17 обратной св зи, включающий резистор 18 и подключенный входом параллельно нагрузке 16, а выходом - к отрицательному входному выводу преобразовател  и среднему выводу резистивного делител  19 напр жени , крайние выводы которого подключены между отрицательным входным выводом преобразовател  и первым выводом питани  компаратора 20, пр мой входной вывод которого соединен с вторым выводом датчика 5, инверсный

входной вывод подключен к среднему выводу делител  19, а выходной вывод подключен через дополнительный диод 21 и управл ющую обмотку 22 трансформатора 8 к отрицательному входному выводу преобразовател . Кроме того, в устройство могут входить дополнительный конденсатор 23 и последовательна  RC-цепь 24. Устройство далее содержит ието чшк.и пйтан й   25 и 26

0 компаратора 20, причем источник питани  25 может быть реализован в виде дополнительного выпр мител  27, входом подключенного к дополнительной обмотке 28 дроссел  6, а источник питани  26 может

5 быть соответственно реализован в виде дополнительного выпр мител  29, входом подключенного к дополнительной обмотке 30 дроссел  6.

Преобразователь работает следующим

0 образом.

Благодар  наличию в схеме положительной обратной св зи, осуществл емой по цепи транзисторы 1 и 2 - обмотки 7 и 11 дроссел  6 - резистор 10 - обмотки 9, 12 и

5 13 трансформатора 8 - транзисторы 1, 2 устройство работает в режиме автогенератора .

В момент to возбуждени  колебаний транзисторы 1 и 2 открываютс  (см.фиг.2) и

0 через обмотку 7 дроссел  б и датчик 5 начинает протекать линейно нарастающий ток 1. В момент времени ti, когда ток и достигает заданной величины И, напр жение на датчике 5 (см.фиг.2 - пунктирна  лини  на за5 висимости U2(t), подаваемое на пр мой входной вывод компаратора 20, превышает напр жение Ue , подаваемое на его инверсный входной вывод с делител  19. В результате этого происходит срабатывание

0 компаратора 20 и напр жение Уз на его выходе измен ет пол рность. Это в свою очередь приводит к тому, что открываетс  диод 21 и напр жение 1)4 на обмотке 22 трансформатора 8 измен ет свой знак, станов сь рав5 ным по величине некоторому заданному значению LU (см.фиг.З). Аналогичным образом измен етс  напр жение на обмотках 12 и 13 трансформатора 8 и на входы транзисторов 1 и 2 поступает запирающее напр жение,

0 причем активное запирание транзисторов 1 и 2 осуществл етс  на всех стади х процесса их выключени . После запирани  транзисторов 1 и 2, в момент ti, дроссель 6 начинает отдавать накопленную энергию в цепь

5 нагрузки 16, увеличива  напр жение U8ux.

В момент 12 дроссель 6 полностью отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 1 б и под действием положительной обратной св зи снова измен етс  пол рность напр жени  на обмотках дроссел  6 (см,фиг.2) зависимость Ui(t) и трансформатора 8. Это приводит к открыванию транзисторов 1 и 2 и процесс повтор етс .

Далее преобразователь работает аналогичным образом до момента ta, когда напр жение Увых на нагрузке 16 не достигает значени  11Вых, при котором происходит срабатывание узла 17 обратной св зи, в результате чего напр жение U2, прикладываемое к инверсному входному выводу компаратора 20. уменьшаетс  со значени  U2 до значени  U2. Поэтому с момента т.4, когда после очередного этапа отдачи энергии дросселем 6 в нагрузку 16 снова измен етс  пол рность напр жени  1Н на обмотках дроссел  6 и трансформатора 8 и открываютс  транзисторы 1 и 2, ток И нарастает до меньшей величины li , отвечающей такому напр жению на датчике 5 (см.фиг.2 - пунктирна  лини  на зависимости U2(t)). при котором в моментtsпроисходит очередное срабатывание компаратора 20. При этом транзисторы 1 и 2 снова закрываютс  и дроссель 6 отдает меньшую, чем ранее, величину запасенной энергии в цепь нагрузки 16. В результате этого рабоча  частота преобразовател  увеличиваетс , а напр жение 11Вых на нагрузке уменьшаетс .

В момент те, когда напр жение Увых становитс  равным ивых. происходит очередное срабатывание узла 17, в результате чего напр жение U2, прикладываемое к инверсному входному выводу компаратора 20, снова становитс  равным U2 . Это в свою очередь приводит к тому, что в момент t очередное срабатывание компаратора 20 снова происходит при достижении током 11 заданного значени  И .

Далее преобразователь работает в автогенераторном режиме при неполной модул ции тока, осуществл   стабилизацию ивых на заданном уровне Увых. При этом отсутствуют режимы возбуждени  и срыва колебаний, что приводит к уменьшению пульсаций выходного напр же-ни , повышению КПД и надежности,

Дальнейшее уменьшение пульсаций выходного напр жени , повышение КПД и надежности достигаетс  при использовании конденсатора 23, посредством которого осуществл етс  сглаживание модулированного сигнала (см.фиг,2 - права  часть зависимости U2(t), начина  с момента ts).

Еще большему повышению КПД и надежности способствуеттакже использование последовательной RC-цепи 24, в результате которого уменьшаетс  мощность, выдел юща с  в транзисторах 1 и 2, благодар  полному обеспечиванию их активного запирани  на всех стади х процесса выключени .

Рассмотрим процесс запирани  транзисторов 1 и 2 более подробно. До момента ti, когда транзисторы 1 и 2 полностью закрываютс , можно выделить следующие моменты , В момент ti , когда ток и достигает заданного уровн  h , происходит срабатывание компаратора 20 и измен етс  напр жение на обмотках трансформатора 8 (см.фиг.З - зависимости 11з(т.) и Uj,(t)). В мо0 мент ti транзисторы 1 и 2 Начинают закрыватьс , что вызывает рост напр жени  Us на выходе каждого из них и уменьшение тока 11. При этом по вл етс  ток 12 в обмотке 14 дроссел  6 и последний начинает отдавать

5 накопленную энергию через выпр митель 15 в цепь нагрузки 16. В момент ti может произойти очередное срабатывание компа- ратора О, в результате чего напр жение начнет измен ть свою пол рность, что в

0 свою очередь вызовет соответствующий провал в напр жении LM, которое прикладываетс  к обмотке 22 трансформатора 8 (см.кривые фиг.З, выполненные пунктирной линией на соответствующих диаграммах).

5 Уменьшение напр жени  на обмотках трансформатора 8, прикладываемого к входным цеп м транзисторов 1 и 2, в этом случае может привести к зат гиванию процесса их выключени  (увеличению проме0 жутка ti - ti). Однако этого можно избежать благодар  использованию RC-цепи 24, реализующей в компараторе 20 динамическую положительную обратную св зь. Посто нна  времени RC-цепи 24 выбира5 етс  таким образом, чтобы на промежутке ti не происходило срабатывание компаратора 20,/

Начина  с момента t2, когда происходит очередное срабатывание компаратора 20,

0 до момента t2 на обмотке 9 трансформатора 8 поддерживаетс  напр жение, величина которого задаетс  напр жением на обмотке., 11 дроссел  6. При этом напр жени  на обмотках 12 и 13 трансформатора 8 поддержи5 вают транзисторы 1 и 2 в закрытом состо нии,

В случае, когда источники 25 и 26 реализованы посредством введени  обмоток 28 и 30 дроссел  6 и выпр мителей 27 и 29, до ч

0 момента, когда напр жени  на выходах источников 25 и 26 не станут достаточными дл  нормального функционировани  компаратора 20, преобразователь также работает в автогенераторном режиме, но запирание

5 транзисторов 1 и 2 происходит при достижении током ti максимального значени , определ емого током в цепи положительной обратной св зи. Этот ток задаетс  резистором 10. Далее преобразователь работает аналогично тому, как это показано выше,

однако за счет исключени  необходимости использовани  внешних источников питани  компаратора расшир ютс  возможности его применени .

Необходимо отметить, что узел 17 может иметь в своем составе оптрон (на фиг.1 не показан), посредством которого возможно осуществление гальванической разв зки между входом и выходом устройства. Срабатывание узла 17 в этом случае приводит к тому, что в выходной цепи оптрона начинает протекать ток, в результате чего происходит уменьшение напр жени  U2, прикладываемого к инверсному входному выводу компаратора 20. Величина тока, протекающего в выходной цепи оптрона, задаетс  резистором 18. Наличие в схеме преобразовател  оптрона принципиально не измен ет основные процессы его работы.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом , отсутствуют режимы возбуждени  и срыва колебаний. Предлагаемое устройство работает только в автогенераторном режиме , повыша  частоту преобразовани  при стабилизации выходного напр жени  на заданном уровне. При этом устройство имеет меньшие пульсации выходного напр жени  по сравнению с пульсаци ми, характерными дл  режимов срыва и возбуждени  колебаний . Кроме того, устранение режимов возбуждени  и срыва колебаний способствует повышению равномерности нагрузки элементов схемы устройства во врем  его работы, что в свою очередь приводит к повышению КПД и надежности преобразовател . Наконец, использование в качестве источника питани  компаратора дополнительного выпр мител , подключенного входом к дополнительной обмотке дроссел , позвол ет расширить возможности применени  предлагаемого устройства.

Claims (4)

1. Однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий N транзисторов , соединенных последовательно с первичной обмоткой дроссел , подключенной через упом нутые транзисторы к входным выводам преобразовател , выпр мительный диод, через который вторична  обмотка дроссел  соединена с выходными

выводами преобразовател , между которыми включен конденсатор, трансформатор, имеющий первичную обмотку, котора  через резистор соединена с управл ющей об- моткой дроссел , N вторичных обмоток, кажда  из которых подключена к входу соответствующего транзистора, и управл ющую обмотку, узел обратной св зи, подключенный входом к выходным выводам

преобразовател , и резистивный датчик то- ка, включенный последовательно в цепь первичной обмотки дроссел  и первым выводом соединенный с отрицательным входным выводом, отличающийс  тем, что,

с целью уменьшени  пульсации выходного напр жени , повышени  КПД и надежности , в него введены компаратор, дополнительный диод и резистивный делитель напр жени , крайние выводы которого подключены между отрицательным входным выводом, и первым выводом питани  указанного компаратора, а средний вывод под- ключен к первому входному выводу компаратора, второй входной вывод которого соединен с вторым выводом упом нутого резистивного датчика тока, а выходной вывод подключен через последовательно включенные дополнительный диод и управл ющую обмотку трансформатора к отрицательному входному выводу, причем упом нутый узел обратной св зи выходом подключен к отрицательному входному выводу и среднему выводу указанного резистивного делител  напр жени .

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что в него введен дополнительный конденсатор, включенный между средним выводом указанного резистивного делител  напр жени  и отрицательным

входным выводом.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- чающийс  тем, что в него введена последовательна  RC-цепь, включенна  между вторым входным выводом и выходным выводом указанного компаратора.

4.Преобразователь по пп. 1-3, отличающийс  тем, что в качестве источника питани  указанного компаратора использован дополнительный выпр митель, подключенный по входу к дополнительной обмотке дроссел .

& ts t, t

фог.г

ц