RU2035117C1 - Single-cycle d c/d c converter - Google Patents

Single-cycle d c/d c converter Download PDF

Info

Publication number
RU2035117C1
RU2035117C1 SU5041959A RU2035117C1 RU 2035117 C1 RU2035117 C1 RU 2035117C1 SU 5041959 A SU5041959 A SU 5041959A RU 2035117 C1 RU2035117 C1 RU 2035117C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
converter
resistor
circuit
diode
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Григорьевич Пономарев
Александр Геннадьевич Мясников
Виталий Никитич Коломиец
Олег Витальевич Коломиец
Original Assignee
Игорь Григорьевич Пономарев
Александр Геннадьевич Мясников
Виталий Никитич Коломиец
Олег Витальевич Коломиец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Григорьевич Пономарев, Александр Геннадьевич Мясников, Виталий Никитич Коломиец, Олег Витальевич Коломиец filed Critical Игорь Григорьевич Пономарев
Priority to SU5041959 priority Critical patent/RU2035117C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2035117C1 publication Critical patent/RU2035117C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: converter operates as self-sustained generator. Under this condition with transistor 1 open choke 3 accumulates energy which it generates in load circuit 19 after transistor blanking. Decrease of input current of transistor 1 starts when it is open at moment while current growing linearly reaches level at which voltage across resistor 5 renders stabilizer diode 9 conducting. As a result of action of negative feedback transistor 1 starts blanking and at this moment positive feedback starts acting in circuit: transistor 1 - winding 12 of choke 3 - resistor 10 and forcing network 11 - transistor 1. Owing to the fact that negative feedback is attenuated by ohmic resistance of network: stabilizer diode 9 - resistor 8 and positive feedback is amplified by use of forcing network 11 transistor 1 switches on within short time without delay. EFFECT: enhanced which power transistor operates under active mode. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания, в частности в сетевых источниках питания небольшой мощности до 1 Вт. The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power supply devices, in particular in network power supplies of small power up to 1 W.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, первичная обмотка которого включена последовательно с силовым транзистором, выходную цепь, цепь положительной обратной связи, цепь контроля выходного напряжения и цепь активного запирания силового транзистора [1] Недостаток такого преобразователя связан с отсутствием цепи контроля тока во входной цепи, что является причиной низкой надежности и относительно невысокого КПД преобразователя. К тому же схема преобразователя отличается относительной сложностью, что также вызывает снижение надежности преобразователя и увеличение его стоимости. Known single-phase DC-DC converter containing a inductor, the primary winding of which is connected in series with the power transistor, the output circuit, the positive feedback circuit, the output voltage control circuit and the active locking circuit of the power transistor [1] The disadvantage of this converter is the lack of a current control circuit in the input circuit, which is the reason for the low reliability and relatively low efficiency of the converter. In addition, the converter circuit is characterized by relative complexity, which also causes a decrease in the reliability of the converter and an increase in its cost.

Известен также однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, силовой транзистор, выходную цепь, цепь контроля входного тока, цепь положительной обратной связи, цепь контроля выходного напряжения и цепь активного запирания силового транзистора [2] К недостаткам такого преобразователя следует отнести его неустойчивую работу при изменении нагрузки, вызванную взаимным влиянием цепей контроля входного тока и выходного напряжения. Это приводит к снижению его надежности, увеличению пульсаций выходного напряжения и росту генерируемых электромагнитных помех. Кроме того, преобразователь отличается относительной схемной сложностью. Also known is a single-cycle DC-DC converter containing a choke, a power transistor, an output circuit, an input current control circuit, a positive feedback circuit, an output voltage control circuit and an active locking circuit of a power transistor [2] Its disadvantages include its unstable operation when changing load caused by the mutual influence of the input current and output voltage control circuits. This leads to a decrease in its reliability, an increase in output voltage ripples and an increase in the generated electromagnetic interference. In addition, the converter is characterized by relative circuit complexity.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является преобразователь. Он содержит дроссель, первичная обмотка которого включена последовательно с силовым транзистором и резистивным датчиком тока, управляющий транзистор, вход которого включен параллельно с датчиком тока, а коллектор соединен с базой силового транзистора, цепь положительной обратной связи, подключенную ко входу силового транзистора, выходную цепь и цепь стабилизации выходного напряжения [3] Недостаток такого преобразователя связан с действием сильной отрицательной обратной связи в момент, когда сигнал датчика тока открывает управляющий транзистор. Это приводит к появлению горизонтального участка на кривой входного тока, причем силовой транзистор в течение времени от начала действия отрицательной обратной связи до момента выключения работает в активном режиме. В результате этого резко увеличивается мощность, рассеиваемая силовым транзистором, что в свою очередь приводит к снижению КПД и надежности преобразователя. The closest to the proposed device in technical essence is the Converter. It contains a choke, the primary winding of which is connected in series with the power transistor and a resistive current sensor, a control transistor, the input of which is connected in parallel with the current sensor, and the collector is connected to the base of the power transistor, a positive feedback circuit connected to the input of the power transistor, an output circuit and output voltage stabilization circuit [3] The disadvantage of such a converter is associated with the action of strong negative feedback at the moment when the current sensor signal opens the control ranzistor. This leads to the appearance of a horizontal section on the input current curve, and the power transistor works in the active mode during the time from the beginning of the negative feedback action to the moment of shutdown. As a result of this, the power dissipated by the power transistor increases sharply, which in turn leads to a decrease in the efficiency and reliability of the converter.

В основу изобретения поставлена задача создания однотактного преобразователя постоянного напряжения, в котором путем введения дополнительных элементов удалось исключить временной промежуток, в течение которого силовой транзистор работает в активном режиме, и благодаря этому повысить КПД и надежность преобразователя. The basis of the invention is the task of creating a single-cycle DC-DC converter, in which by introducing additional elements it was possible to exclude the time period during which the power transistor is in active mode, and thereby increase the efficiency and reliability of the converter.

Поставленная задача решена тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, первичная обмотка которого одним выводом электрически связана с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом соединена с коллектором транзистора, эмиттер которого через первый резистор подключен к второму входному выводу преобразователя, управляющая обмотка дросселя через второй резистор включена между базой и эмиттером транзистора, вторичная обмотка дросселя через диод подключена к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, и параметрический стабилизатор выходного напряжения, согласно изобретению, введены стабилитрон, который включен через дополнительный резистор между базой транзистора и вторым входным выводом преобразователя, и форсирующая цепочка, включенная параллельно со вторым резистором. The problem is solved in that in a single-cycle DC-DC converter containing a inductor, the primary winding of which is connected electrically to the first input terminal of the converter by one output and the second terminal is connected to the collector of the transistor, the emitter of which is connected to the second input terminal of the converter through the first resistor, the control winding the throttle through a second resistor is connected between the base and the emitter of the transistor, the secondary winding of the throttle through a diode is connected to the output terminals of the transformer According to the invention, a zener diode is introduced, which is connected through an additional resistor between the base of the transistor and the second input terminal of the converter, and a boost circuit connected in parallel with the second resistor.

Целесообразно в указанном однотактном преобразователе постоянного напряжения в качестве форсирующей цепочки использовать последовательную RC-цепочку. It is advisable to use a serial RC circuit in the indicated single-cycle DC-DC converter as a boost chain.

В указанном однотактном преобразователе постоянного напряжения в качестве форсирующей цепочки может быть также использован диод. A diode may also be used as a boost chain in said single-ended DC / DC converter.

По сравнению с устройством-прототипом в предлагаемом преобразователе отрицательная обратная связь, действующая в момент закрывания силового транзистора, ослаблена путем введения стабилитрона и резистора, а положительная обратная связь усилена введением форсирующей цепочки, в результате чего выключение транзистора происходит за короткое время без задержки. Это дает возможность повысить КПД и надежность преобразователя. Compared with the prototype device in the proposed converter, the negative feedback acting at the time of closing the power transistor is weakened by introducing a zener diode and a resistor, and the positive feedback is amplified by introducing a boost chain, as a result of which the transistor turns off in a short time without delay. This makes it possible to increase the efficiency and reliability of the converter.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие его работу. In FIG. 1 shows a circuit diagram of the proposed device; in FIG. 2 time diagrams of currents and voltages, explaining his work.

Преобразователь содержит транзистор 1, коллектор которого через первичную обмотку 2 дросселя 3 подключен к входному выводу 4 преобразователя, а эмиттер через резистор 5 подключен к входному выводу 6. База транзистора 1 через пусковой резистор 7 соединена с входным выводом 4, через резистор 8 и стабилитрон 9 с входным выводом 6, а через резистор 10, параллельно с которым включена форсирующая цепочка 11, в качестве которой может быть использована последовательная RC-цепочка или диод, и управляющую обмотку 12 дросселя 3 с эмиттером транзистора 1. Вторичная обмотка 13 дросселя 3 через диод 14 подключена к фильтрующему конденсатору 15 и параметрическому стабилизатору 16 выходного напряжения. В качестве первичного источника питания может быть использован сетевой выпрямитель 17, в состав которого может входить фильтрующий конденсатор 18. Позицией 19 на фиг. 1 обозначена нагрузка преобразователя. The converter contains a transistor 1, the collector of which through the primary winding 2 of the inductor 3 is connected to the input terminal 4 of the converter, and the emitter is connected through the resistor 5 to the input terminal 6. The base of the transistor 1 is connected via input resistor 7 to the input terminal 4, through resistor 8 and zener diode 9 with an input terminal 6, and through a resistor 10, in parallel with which a boost circuit 11 is connected, which can be used as a serial RC circuit or diode, and a control winding 12 of the inductor 3 with the emitter of transistor 1. Secondary Single winding inductor 13 3 through the diode 14 is connected to a filter capacitor 15 and the stabilizer 16, the parametric output voltage. As a primary power source, a network rectifier 17 may be used, which may include a filter capacitor 18. At 19 in FIG. 1 indicates the inverter load.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи, осуществляемой по цепи: транзистор 1 обмотка 2 дросселя 3 обмотка 12 дросселя 3 резистор 10 и форсирующая цепочка 11 транзистор 1 устройство работает в режиме автогенератора, возбуждение колебаний которого осуществляется автоматически, причем использование пускового резистора 7 повышает надежность его запуска. Due to the presence of positive feedback in the circuit: transistor 1 winding 2 inductor 3 winding 12 inductor 3 resistor 10 and boost circuit 11 transistor 1 the device operates in the oscillator mode, the oscillation of which is carried out automatically, and the use of a starting resistor 7 increases its reliability launch.

В момент to возбуждения колебаний транзистор 1 открывается, к обмотке 2 дросселя 3 прикладывается напряжение u1 (фиг. 2) и через обмотку 2, транзистор 1 и резистор 5 начинает протекать линейно нарастающий ток i1, увеличивая напряжение u2 на резисторе 5. В момент t1, когда напряжение u2 достигает уровня Uп, стабилитрон 9 открывается и напряжение U2 через стабилитрон 9 и резистор 8 поступает на базу транзистора 1, входной ток которого при этом уменьшается. В результате действия отрицательной обратной связи транзистор 1 начинает закрываться и в этот момент начинает действовать положительная обратная связь. При этом благодаря тому, что отрицательная обратная связь ослаблена омическим сопротивлением цепочки: стабилитрон 9 резистор 8, а положительная обратная связь усилена применением форсирующей цепочки 11, выключение транзистора 1 происходит за короткое время без задержки.At the time t o of the excitation of the oscillations, the transistor 1 opens, a voltage u 1 is applied to the winding 2 of the inductor 3 (Fig. 2) and a linearly increasing current i 1 begins to flow through the winding 2, the transistor 1 and the resistor 5, increasing the voltage u 2 on the resistor 5. At time t 1 , when the voltage u 2 reaches the level of U p , the zener diode 9 opens and the voltage U 2 through the zener diode 9 and the resistor 8 enters the base of the transistor 1, the input current of which decreases. As a result of the action of negative feedback, the transistor 1 starts to close and at that moment, positive feedback begins to act. Moreover, due to the fact that the negative feedback is weakened by the ohmic resistance of the circuit: the zener diode 9 is the resistor 8, and the positive feedback is enhanced by the use of the boost chain 11, the transistor 1 turns off in a short time without delay.

После закрывания транзистора 1 ток i1 становится равным нулю, а в цепи: обмотка 13 дросселя 3 диод 14 нагрузка 19 появляется ток i2 и дроссель 3 отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 19, повышая напряжение u3 на выходе устройства.After closing the transistor 1, the current i 1 becomes equal to zero, and in the circuit: winding 13 of the inductor 3 diode 14 load 19, the current i 2 appears and the inductor 3 transfers the stored energy to the load circuit 19, increasing the voltage u 3 at the output of the device.

В момент t2 дроссель 3 полностью отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 19, под действием положительной обратной связи снова изменяется полярность напряжения на обмотках дросселя 3, что приводит к открыванию транзистора 1, и процесс повторяется.At time t 2, inductor 3 completely gives up the accumulated energy to the load circuit 19, under the action of positive feedback, the polarity of the voltage across the windings of inductor 3 changes again, which leads to the opening of transistor 1, and the process repeats.

В момент t3 напряжение на выходе преобразователя достигает заданного уровня Uc, при котором параметрический стабилизатор 16 ограничивает дальнейший рост напряжения. Далее преобразователь работает аналогичным образом, причем стабилизатор 16 обеспечивает поддержание выходного напряжения на заданном уровне Uc.At time t 3, the voltage at the converter output reaches a predetermined level U c , at which the parametric stabilizer 16 limits further voltage growth. Further, the Converter operates in a similar manner, and the stabilizer 16 ensures that the output voltage is maintained at a given level U c .

Использование в качестве форсирующей цепочки последовательной RC-цепочки позволяет не только форсировать процесс закрывания транзистора 1, но и процесс его открывания. Однако в некоторых случаях такая цепочка может служить причиной возникновения перенапряжения на входе транзистора 1 в момент его закрывания. При использовании диода в качестве форсирующей цепочки такого перенапряжения не возникает, однако диод не оказывает практически никакого влияния на процесс открывания транзистора 1. The use of a serial RC chain as a boost chain allows not only to force the closing process of transistor 1, but also the process of opening it. However, in some cases, such a chain can cause overvoltage at the input of transistor 1 at the time of its closing. When using a diode as a boost chain, such an overvoltage does not occur, however, the diode has almost no effect on the process of opening the transistor 1.

На фиг. 1 показан схемный вариант реализации устройства на основе применения транзистора n-p-n-типа. Предлагаемый преобразователь может быть реализован также на базе использования транзистора p-n-p-типа. При этом изменяется полярность входного напряжения преобразователя и соответствующим образом изменяется направление включения обмоток 2 и 12 дросселя 3, стабилитрона 9 и диода форсирующей цепочки 11. In FIG. 1 shows a schematic embodiment of an apparatus based on the use of an n-p-n-type transistor. The proposed converter can also be implemented using a p-n-p-type transistor. In this case, the polarity of the input voltage of the converter changes and the direction of switching on of the windings 2 and 12 of the inductor 3, the zener diode 9, and the diode of the boost chain 11 changes accordingly.

Следует отметить, что при использовании в качестве первичного источника питания сетевого выпрямителя 17 устройство может работать без фильтрующего конденсатора 18. В этом случае на вход преобразователя поступает низкочастотное периодически повторяющееся напряжение колоколообразной формы и преобразователь работает в режиме периодического возбуждения и срыва колебаний, причем в промежутках между очередным срывом и возбуждением колебаний выходные ток и напряжение поддерживаются на заданном уровне за счет энергии, накапливаемой в конденсаторе 15. It should be noted that when using a network rectifier 17 as the primary power source, the device can operate without a filter capacitor 18. In this case, a low-frequency periodically repeating bell-shaped voltage is supplied to the input of the converter and the converter operates in the mode of periodic excitation and stall, in the intervals between by the next breakdown and excitation of oscillations, the output current and voltage are maintained at a given level due to the energy stored in the cond nsatore 15.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом устранена временная задержка, в течение которой силовой транзистор работает в активном режиме, что позволило повысить его КПД и надежность. Кроме того, несомненным достоинством предлагаемого устройства является схемная простота, позволяющая снизить его массу, габариты и стоимость. Наконец, возможность работы преобразователя от сетевого выпрямителя без фильтрующего низкочастотного конденсатора позволяет повысить электромагнитную совместимость преобразователя с питающей сетью благодаря равномерности потребления тока от сети. Thus, in the proposed device, compared with the prototype device, the time delay during which the power transistor is in active mode has been eliminated, which has increased its efficiency and reliability. In addition, the undoubted advantage of the proposed device is the circuit simplicity, which allows to reduce its weight, dimensions and cost. Finally, the possibility of operation of the converter from a mains rectifier without a filtering low-frequency capacitor allows you to increase the electromagnetic compatibility of the converter with the supply network due to the uniformity of current consumption from the network.

Claims (3)

1. ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий дроссель, первичная обмотка которого одним выводом электрически связана с первым входным выводом преобразователя, а другим выводом с коллектором транзистора, эмиттер которого через первый резистор подключен к второму входному выводу преобразователя, управляющая обмотка дросселя через второй резистор включена между базой и эмиттером транзистора, вторичная обмотка дросселя через диод подключена к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, и параметрический стабилизатор выходного напряжения, отличающийся тем, что в него введены форсирующая цепочка, дополнительный резистор и стабилитрон, который включен через дополнительный резистор между базой транзистора и вторым входным выводом преобразователя, а указанная форсирующая цепочка включена параллельно второму резистору. 1. A one-step DC-DC converter containing a inductor, the primary winding of which is connected electrically to the first input terminal of the converter by one terminal and the transistor collector by another terminal, the emitter of which is connected to the second input terminal of the converter through the first resistor, and the control coil of the inductor is connected between the second resistor the base and emitter of the transistor, the secondary winding of the inductor through a diode is connected to the output terminals of the converter, between which a filter capacitor, and parametric output voltage stabilizer, characterized in that it introduced which forces the chain, a further resistor and a zener diode which is turned on via a further resistor between the base of the transistor and the second input terminal of the inverter, and which forces said chain is connected in parallel to the second resistor. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве форсирующей цепочки использована последовательная RC-цепочка. 2. The Converter according to claim 1, characterized in that a sequential RC chain is used as a boost chain. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве форсирующей цепочки использован диод. 3. The Converter according to claim 1, characterized in that a diode is used as a boost chain.
SU5041959 1992-05-14 1992-05-14 Single-cycle d c/d c converter RU2035117C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5041959 RU2035117C1 (en) 1992-05-14 1992-05-14 Single-cycle d c/d c converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5041959 RU2035117C1 (en) 1992-05-14 1992-05-14 Single-cycle d c/d c converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2035117C1 true RU2035117C1 (en) 1995-05-10

Family

ID=21604097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5041959 RU2035117C1 (en) 1992-05-14 1992-05-14 Single-cycle d c/d c converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2035117C1 (en)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1244761, кл. H 02M 3/335, 1984. *
Патент Франции N 2575617, кл. H 02M 3/335, опублик. 1978. *
Патент Японии N 60-18190, кл. H 02M 3/335, опублик. 1985. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4887199A (en) Start circuit for generation of pulse width modulated switching pulses for switch mode power supplies
US4709316A (en) Single-ended DC-to-DC converter with lossless switching
KR100420608B1 (en) Low-cost, high-voltage, flyback power supply
US6487059B2 (en) Switching mode power supply device with detection of malfunctioning
KR20010080701A (en) Soft start scheme for resonant converters having variable frequency control
US6201713B1 (en) Switching power supply unit having sub-switching element and time constant circuit
US7295449B2 (en) Simple switched-mode power supply with current and voltage limitation
US4486822A (en) Switched-mode self oscillating supply voltage circuit
US6493245B1 (en) Inrush current control for AC to DC converters
KR20050050674A (en) Capacitively coupled power supply
NZ209570A (en) Switching regulator
US20060171179A1 (en) Low audible noise power supply method and controller therefor
EP0683936A1 (en) Control circuit for a switching dc-dc power converter including a controlled magnetic core flux resetting technique for output regulation
JPH11122926A (en) Self-oscillating switching power supply
JPH0628510B2 (en) DC-DC converter
USRE34462E (en) Start circuit for generation of pulse width modulated switching pulses for switch mode power supplies
KR100432480B1 (en) Tuned switch-mode power supply with current mode control
RU2035117C1 (en) Single-cycle d c/d c converter
RU2109394C1 (en) Quasi-resonance constant voltage converter with switching- over under zero voltage
KR20030005785A (en) Snubber circuit
RU2031530C1 (en) Single-cycle constant voltage converter
JPH0767335A (en) Switching power supply device
RU2123755C1 (en) Secondary power supply
SU1667207A1 (en) Single-cycle d c/ d c voltage converter
KR960007997B1 (en) Converter using zero voltage switching