RU2017202C1

RU2017202C1 - Power source

Info

Publication number: RU2017202C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Артемьев; В.Ю. Бондарь
Original assignee: Украинский научно-исследовательский институт силовой электроники "Преобразователь"
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: capacitance-type transducers. SUBSTANCE: power supply source has DC-to-DC converter 1, choke 2 connected to one of the power source buses, control transistor 3, starting capacitor 4 connected to common bus via one of the leading-out terminals, starting resistor 5 and control block 8 designed as pulse modulator 9 and pulse driver 10. DC-to-DC converter 1 has half-bridged inverter 11, power transformer 7, control-circuit transformer 12 and rectifiers 6, 13 connected to the secondary coils of power transformer 7. To dissipate the energy to be collected in choke coil 2, there is provided diode 25. EFFECT: increased power supply efficiency, improved quality. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках питания устройств преобразовательной технике, автоматики и вычислительной техники. The invention relates to electrical engineering and can be used in power supplies for devices of converting technology, automation and computer technology.

Известны источники питания в виде импульсных стабилизаторов понижающего типа, содержащих последовательно включенные в одну из силовых шин регулирующий транзистор и дроссель [1]. Known power sources in the form of pulse stabilizers step-down type, containing in series included in one of the power bus control transistor and inductor [1].

Недостатком подобных импульсных стабилизаторов понижающего типа является гальваническая связь между напряжением на выходных выводах стабилизаторов и напряжением на их входных выводах. Для обеспечения гальванической развязки питание таких импульсных стабилизаторов производят обычно через выпрямитель, подключаемый к питающей сети через понижающий трансформатор. Это существенно ухудшает массогабаритные показатели стабилизаторов. Недостатком известных стабилизаторов является также наличие только одного уровня выходного напряжения, иначе говоря такие стабилизаторы являются одноканальными. The disadvantage of such pulsed stabilizers lowering type is the galvanic connection between the voltage at the output terminals of the stabilizers and the voltage at their input terminals. To ensure galvanic isolation, the power of such pulse stabilizers is usually produced through a rectifier connected to the mains via a step-down transformer. This significantly worsens the overall dimensions of the stabilizers. A disadvantage of the known stabilizers is also the presence of only one level of output voltage, in other words, such stabilizers are single-channel.

Известен источник стабилизированного напряжения, содержащий соединенные последовательно импульсный стабилизатор постоянного напряжения и преобразователь постоянного напряжения в виде ключевого управляемого преобразователя с трансформатором, при этом импульсный стабилизатор содержит включенные в одну из силовых шин регулирующий транзистор, дроссель и пусковой конденсатор, соединенный одним выводом с общей шиной источника, блок управления в виде соединенных между собой формирователя импульсов в виде ключевого пускового блока, включающего первый и второй транзисторы и первый, второй, третий резисторы, и цепочки из диода и резистора, соединяющей одну из вторичных обмоток трансформатора преобразователя с формирователем импульсов [2]. В этом источнике питания число уровней выходного напряжения ограничено только числом вторичных обмоток трансформатора преобразователя, при этом все выходные напряжения гальванически развязаны и между собой и от входного напряжения. A stabilized voltage source is known, comprising a pulsed constant voltage stabilizer and a constant voltage converter connected in series in the form of a key controlled converter with a transformer, while the pulse stabilizer contains a regulating transistor, inductor and a starting capacitor connected to a common terminal of the source in one of the power buses , control unit in the form of interconnected pulse shaper in the form of a key starting block, incl The first and second transistors and the first, second, third resistors, and a chain of a diode and a resistor connecting one of the secondary windings of the transformer of the converter with a pulse shaper [2]. In this power source, the number of output voltage levels is limited only by the number of secondary windings of the transformer of the converter, while all output voltages are galvanically isolated from each other and from the input voltage.

Недостатки известного источника питания заключаются в том, что, во-первых, подача отпирающего базового тока к регулирующему транзистору при использованном в источнике способе управления возможна только от другой шины источника через балластный резистор. При повышенной величине входного напряжения источника потери мощности в балластном резисторе велики, что существенно снижает КПД источника. Во-вторых, реализованный в известном источнике способ управления регулирующим транзистором однополярными импульсами не может обеспечить работоспособности регулирующего транзистора при высоких входных напряжениях источника, так как в этом случае требуется подача двухполярных импульсов, т.е. непосредственно по окончании отпирающего импульса тока в базу регулирующего транзистора необходимо подать запирающее напряжение на его переход база-эмиттер для снижения динамических потерь мощности в транзисторе и обеспечения его устойчивости к высоким напряжениям на коллекторном переходе. По этой причине известный источник может работать только при невысоких напряжениях на входе, для чего необходимо его подключение к сети производить через понижающий трансформатор. Наличие двух трансформаторов в источнике существенно ухудшает его массогабаритные показатели. Кроме того, в известном источнике на этапе запуска переключение регулирующего транзистора управляющим узлом производится только в функции выходного напряжения. При емкостной нагрузке источника на первых интервалах проводимости регулирующего транзистора это приводит к перегрузке последнего и может вывести его из строя. The disadvantages of the known power source are that, firstly, the supply of the unlocking base current to the control transistor using the control method used in the source is possible only from another source bus through a ballast resistor. With an increased input voltage of the source, the power losses in the ballast resistor are large, which significantly reduces the efficiency of the source. Secondly, a method for controlling a regulating transistor of unipolar pulses implemented in a known source cannot ensure the operability of the regulating transistor at high input voltage of the source, since in this case a supply of bipolar pulses is required, i.e. Immediately at the end of the unlocking current pulse, a locking voltage must be applied to the base of the regulating transistor to its base-emitter junction to reduce dynamic power losses in the transistor and ensure its resistance to high voltages at the collector junction. For this reason, a known source can only work at low input voltages, for which it is necessary to connect it to the network through a step-down transformer. The presence of two transformers in the source significantly worsens its overall dimensions. In addition, in a known source, at the start-up stage, the switching of the control transistor by the control unit is performed only as a function of the output voltage. With a capacitive load of the source in the first intervals of the conductivity of the regulating transistor, this leads to an overload of the latter and can damage it.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей источника при одновременном повышении КПД и надежности за счет расширения вверх рабочего диапазона входного напряжения и реализации режима мягкого пуска. The aim of the invention is to improve the overall dimensions of the source while increasing efficiency and reliability by expanding up the operating range of the input voltage and implementing the soft start mode.

Цель достигается за счет того, что управляющий узел выполнен в виде импульсного модулятора, в формирователь импульсов введены дополнительные транзистор, диод и два конденсатора, а преобразователь постоянного напряжения выполнен на основе полумостового инвертора с силовым и управляющим трансформаторами, вследствие чего при связях между указанными узлами источника и между элементами этих узлов, реализованных в заявляемом источнике, обеспечивается двухполярное управление регулирующим транзистором, что обеспечивает повышение его пробивного напряжения. Кроме того, на этапе запуска источника обеспечивается уменьшение частоты и длительности управляющих импульсов, чем исключается перегрузка регулирующего транзистора при пуске его на емкостную нагрузку. The goal is achieved due to the fact that the control unit is made in the form of a pulse modulator, an additional transistor, a diode and two capacitors are introduced into the pulse shaper, and the DC / DC converter is based on a half-bridge inverter with power and control transformers, as a result of which there are connections between the indicated source units and between the elements of these nodes implemented in the claimed source, bipolar control of the regulating transistor is provided, which ensures an increase in its samples vnogo voltage. In addition, at the stage of starting the source, the frequency and duration of the control pulses is reduced, which eliminates the overload of the control transistor when it is launched on a capacitive load.

Предложенное решение имеет отличительные от прототипа признаки, следовательно, соответствует критерию изобретения "новизна". The proposed solution has distinctive features from the prototype, therefore, meets the criteria of the invention of "novelty."

Схема предложенного источника представлена на чертеже и содержит преобразователь 1 постоянного напряжения (конвертор), дроссель 2, включенный в одну из силовых шин источника, регулирующий транзистор 3, пусковой конденсатор 4, соединенный одним выводом с общей шиной источника, а другим выводом через пусковой резистор 5 с шиной источника, подключенной к дросселю, и через выпрямитель 6 конвертора с одной из вторичных обмоток силового транзистора 7 конвертора. Устройство содержит также блок 8 управления, выполненный в виде импульсного модулятора 9 и формирователя 10 импульсов. Конвертор 1 состоит из полумостового инвертора 11, силового 7, управляющего 12 трансформаторов и выпрямителей 6 и 13 во вторичных обмотках силового трансформатора (число этих выпрямителей определяется числом выходов источника). Конденсаторы 14 и 15 полумостового инвертора 11 включены последовательно между выводом дросселя 2 и коллектором регулирующего транзистора 3. Коллектор первого транзистора 16 формирователя 10 импульсов соединен с базой второго транзистора 17, а через диод 18 и разделительный конденсатор 19 с базой третьего транзистора 20 формирователя. Анод диода 18 через первый резистор 21 соединен с плюсовым выводом пускового конденсатора 4, коллектор второго транзистора 17 соединен с первым выводом формирующего конденсатора 22 и через второй резистор 23 с коллектором третьего транзистора 20 формирователя. Второй вывод формирующего конденсатора 22 соединен через третий резистор 24 с базой регулирующего транзистора 3, эмиттер которого соединен с общей шиной источника, с которой соединены эмиттеры первого 16 и третьего 20 транзисторов формирователя. Эмиттер второго транзистора 17 формирователя соединен с плюсовым выводом пускового конденсатора 4. Коммутирующий диод 25 подключен к выводам дросселя 2. A diagram of the proposed source is shown in the drawing and contains a DC voltage converter 1 (converter), a choke 2 included in one of the power busbars of the source, a regulating transistor 3, a starting capacitor 4 connected to one terminal with a common source bus, and the other terminal through a starting resistor 5 with the source bus connected to the inductor, and through the rectifier 6 of the converter from one of the secondary windings of the power transistor 7 of the converter. The device also contains a control unit 8, made in the form of a pulse modulator 9 and a pulse shaper 10. Converter 1 consists of a half-bridge inverter 11, power 7, which controls 12 transformers and rectifiers 6 and 13 in the secondary windings of the power transformer (the number of these rectifiers is determined by the number of source outputs). The capacitors 14 and 15 of the half-bridge inverter 11 are connected in series between the output of the inductor 2 and the collector of the regulating transistor 3. The collector of the first transistor 16 of the pulse shaper 10 is connected to the base of the second transistor 17, and through the diode 18 and the isolation capacitor 19 to the base of the third transistor 20 of the shaper. The anode of the diode 18 is connected through the first resistor 21 to the positive terminal of the starting capacitor 4, the collector of the second transistor 17 is connected to the first terminal of the forming capacitor 22 and through the second resistor 23 to the collector of the third transistor 20 of the former. The second output of the forming capacitor 22 is connected through the third resistor 24 to the base of the control transistor 3, the emitter of which is connected to a common source bus, to which the emitters of the first 16 and third 20 transistors of the driver are connected. The emitter of the second transistor 17 of the shaper is connected to the positive terminal of the starting capacitor 4. The switching diode 25 is connected to the terminals of the inductor 2.

Импульсный модулятор 9 может быть выполнен по схеме любого уравляемого по частоте генератора импульсов, например по схеме широкого распространеного генератора на базе однопереходного транзистора (см., например, Техн. справочник. Тиристоры./Под ред. В.А.Лабунцова, Энергия, 1971, с.112). Pulse modulator 9 can be performed according to the scheme of any frequency generator that is adjustable in frequency, for example, according to the scheme of a widespread generator based on a single-junction transistor (see, for example, Technical Reference. Thyristors. / Ed. By V.A. Labuntsova, Energia, 1971 , p. 112).

Источник работает следующим образом. The source works as follows.

При подаче напряжения на вход источника через резистор 5 происходит заряд пускового конденсатора 4, напряжение на котором используется в качестве питающего для формирователя 10 импульсов и импульсного модулятора 9. С появлением первого импульса на выходе импульсного модулятора открываются транзисторы 16 и 17 и в течение длительности импульса происходит заряд конденсатора 22 через транзистор 17 по цепи, включающей базовую цепь транзистора 3 и конденсатор 4. Этим обеспечивается открытое состояние транзистора 3. Диод 18 на этом интервале открыт, транзистор 20 закрыт. Через последовательно включенные дроссель 2, конденсаторы 14, 15, транзистор 3 протекает ток, которым заряжаются конденсаторы 14, 15. В момент окончания импульса транзисторы 16 и 17 закрываются, начинается заряд конденсатора 4 через резистор 21 и базовый переход транзистора 20. Транзистор 20 открывается и конденсатор 22, заряжавшийся на предшествующем интервале, начинает разряжаться по цепи, включающей открытый транзистор 20, базовый переход транзистора 3, резистор 24. Этим обеспечивается подача отрицательного (запирающего) тока в базу транзистора 3, т.е. реализуется режим активного запирания регулирующего транзистора 3, что способствует повышению значения его пробивного напряжения. В паузе между импульсами модулятора транзистор 3 закрыт, энергия, накопленная в дросселе 2, рассеивается на диоде 25. Напряжение на конденсаторах 14, 15 является питающим для конвертора 1. С началом его работы появляется выпрямленное напряжение на выходах выпрямителей 6 и 13. От выпрямителя 6 напряжение поступает на пусковой конденсатор 4 и является питающим для формирователя 10. When a voltage is applied to the input of the source through the resistor 5, the starting capacitor 4 is charged, the voltage at which is used as a supply for the pulse shaper 10 and the pulse modulator 9. With the appearance of the first pulse, the transistors 16 and 17 open at the output of the pulse modulator and during the pulse duration the charge of the capacitor 22 through the transistor 17 through a circuit including the base circuit of the transistor 3 and the capacitor 4. This ensures the open state of the transistor 3. The diode 18 in this interval is open, t ranzistor 20 is closed. Through a series-connected inductor 2, capacitors 14, 15, transistor 3, a current flows through which the capacitors 14, 15 are charged. At the end of the pulse, transistors 16 and 17 are closed, the capacitor 4 starts charging through resistor 21 and the base transition of transistor 20. Transistor 20 opens and the capacitor 22, charged in the previous interval, begins to discharge along the circuit, including the open transistor 20, the base transition of the transistor 3, the resistor 24. This ensures the supply of negative (blocking) current to the base of the transistor 3, t. . an active locking mode of the regulating transistor 3 is implemented, which contributes to an increase in the value of its breakdown voltage. In the pause between the pulses of the modulator, the transistor 3 is closed, the energy stored in the inductor 2 is dissipated by the diode 25. The voltage on the capacitors 14, 15 is the supply voltage for the converter 1. With the beginning of its operation, a rectified voltage appears on the outputs of the rectifiers 6 and 13. From the rectifier 6 voltage is supplied to the starting capacitor 4 and is the supply for the shaper 10.

Технико-экономические преимущества видны из сравнения с прототипом. Technical and economic advantages are visible from a comparison with the prototype.

Подключение входных выводов конвертора между выводом дросселя и коллектором регулирующего транзистора, а также выполнение формирователя импульсов в виде составного транзисторного усилителя импульсов с разделительной и формирующей частями, выходом соединенного с базой регулирующего транзистора, а входом - с частотно-импульсным модулятором, позволило реализовать экономичное двухполярное управление регулирующим транзистором, вследствие чего регулирующий транзистор источника работоспособен при высоких входных напряжениях, т.е. его питание можно производить без применения входного понижающего трансформатора, резко ухудшающего массогабаритные показатели источника. В формирователе одновременно с исключением входного трансформатора исключаются и вносимые им потери мощности, что повышает КПД источника. Цепь питания базы регулирующего транзистора в стационарном режиме работы не связана с его входным напряжением, вследствие чего отсутствуют потери в балластных резисторах, что также повышает КПД источника. Connecting the input terminals of the converter between the output of the inductor and the collector of the control transistor, as well as the implementation of the pulse shaper in the form of a composite transistor pulse amplifier with dividing and forming parts, the output connected to the base of the control transistor, and the input with a pulse-frequency modulator, made it possible to realize an economical bipolar control control transistor, as a result of which the source control transistor is operable at high input voltages, i.e. its power can be produced without the use of an input step-down transformer, sharply worsening the weight and size characteristics of the source. In the former, with the exception of the input transformer, the power losses introduced by it are also excluded, which increases the efficiency of the source. The power supply circuit of the base of the regulating transistor in the stationary mode of operation is not connected with its input voltage, as a result of which there are no losses in the ballast resistors, which also increases the efficiency of the source.

Повышение надежности источника обусловлено тем, что на этапе запуска частота переключения и длительность импульсов задаются величиной управляющего напряжения на входе импульсного модулятора, чем исключается перегрузка регулирующего транзистора при пуске на емкостную нагрузку. The increase in the reliability of the source is due to the fact that at the start-up stage, the switching frequency and the pulse duration are set by the value of the control voltage at the input of the pulse modulator, which eliminates the overload of the control transistor when starting at a capacitive load.

Claims

A POWER SOURCE comprising a control transistor, a choke, the first output of which is connected to the first output of the switching diode, a DC-DC converter, the outputs of which are connected to the corresponding output terminals, series-connected starting resistor and capacitor, a control unit including a control unit and a pulse shaper, consisting of the first transistor emitter connected to a common bus, the second transistor, the base of which is connected through the first resistor to the collector of the first t an anistor, a second and third resistor, and a fourth resistor, the first output of which is connected to the base of the control transistor, characterized in that the pulse shaper is equipped with a third transistor, a diode, isolation and forming capacitors, the control unit is made in the form of a pulse modulator, the output of which is connected to the control the input of the first transistor, and the DC / DC converter is based on a half-bridge inverter with power and control transformers, and the secondary windings are A new transformer is connected to the inputs of the corresponding rectifiers, the outputs of which are used as the outputs of the DC-DC converter, with the starting capacitor connected between one of the output terminals and the common bus, the free output of the starting resistor and the first output of the inductor are connected to the input output, the second output of the inductor is connected to the second output of the switching diode, and through the capacitors of a half-bridge inverter connected to the collector of a control transistor, the emitter of which is connected to a common not, the emitter of the second transistor is connected to the output terminal, and the collector is connected to the first terminals of the forming capacitor and the second resistor, the second terminal of the second resistor is connected to the collector of the third transistor, the emitter of which is connected to the common bus, and the base is connected through the isolation capacitor to the first terminals of the diode and the third resistor, the second terminals of which are connected respectively to the junction point of the collector of the first transistor with the first resistor and to the output terminal, and the second terminal forming the condensate the ora is connected to the second terminal of the fourth resistor.