SU1159134A1

SU1159134A1 - Stabilized d.c.voltage converter

Info

Publication number: SU1159134A1
Application number: SU843683207A
Authority: SU
Inventors: Владимир Алексеевич Поляков; Фридрих Иосифович Петровский
Original assignee: Предприятие П/Я А-1736
Priority date: 1984-01-02
Filing date: 1984-01-02
Publication date: 1985-05-30

Abstract

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном трансформаторе, вторична обмотка которого через выпр митель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной св зи, входом подключенный 4С выходным выводам, а выходом - к управл ющему входу регулирукйцего элемента, управл кщне транзисто1ш, ка}едый из которых эмиттером соеда{нен с базой соответствующего транзистора усилител мощности, отличающийс тем, что, с целью расширени функ1щональных возможностей путем обеспечени гальванической разв зки входного и выходного напр жений и повышени надежности при коротком замыкании нагрузки путем обеспечени .автоматического выключени преобразовател , усилитель сигнала обратной св зи выполнен в Виде маломощного генератора пр моугольного напр жени на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотк переключа ощето трансформатора, базоэмиттерными переходами - к дополнительным обмоткам сшювого вьпсодного трансформатора, а вход усилител сигнала обратной св зи образован средним выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенн1АШ эмиттерами транзисторных ключей, выход - выпр мителем с 4мльтрсй4, подключенным к од:юй из (Л выходных обноток переключающего трансформатора, базо-змиттерны1В пе реходы управл ющих транзисторов соединены с соответствукицими выходными обмотками переключающего,ТрансфЬрматора , а коллекторы и транзисторы усилител мощности соединены по ел txeMe с коллектором, кроме то;о го введена цепочка пуска, подключена на к коллектору и базе одного из :о транзисторов усилител мощности, а 4 регулирующий элемент выполнен в виде компёксациониого стабилизатора напр жени , подключенного входом к входньт выводам, выходом - к коллекторам управл кши1х транзисторов.STABILIZED INVERTER VOLTAGE DIRECT CURRENT, comprising connected to the input terminals of a power amplifier formed on the two transistors and the power output transformer, the secondary winding is through a rectifier with a filter connected to the output terminals of the amplifier feedback signal input connected 4C output terminals, and the output - to the control input of the regulating element, the control of the transistor, ka} one of which is connected to the base of the corresponding transistor by the amplifier powerfully characterized in that, in order to expand the functional capabilities by providing galvanic isolation of input and output voltages and increase reliability during a short circuit load by providing an automatic switch off of the converter, the feedback signal amplifier is made in the form of a low-power rectangular voltage generator on two transistor switches, connected by collectors to the primary windings, switching the transformer numbered, by base-emitting transitions - to additional windings a transformer and the input of the feedback signal amplifier is formed by the middle output of the primary winding of the switching transformer and connected with the emitters of the transistor switches, the output is rectified with 4 ml of 4 connected to one of the (L output circuits of the switching transformer, i) i loop transmitter i1. transistors are connected to the corresponding output windings of the switching, Transformer, and the collectors and transistors of the power amplifier are connected txeMe to the collector, except that; A start chain was introduced, connected to the collector and the base of one of the following: power amplifier transistors, and 4 the regulating element is designed as a voltage regulator connected by the input to the input pins, output to the control transducer collectors.

Description

11 Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитани . Известен преобразователь напр жени , например транзисторный инвертор в котором осуществл етс регулирование выходного переменного пр моуголь ного напр жени по амплитудному значению , содержащий задающий генератор двухтактный выходной усилитель и промежуточный усилитель, в цепь питани которого включен линейный регул тор напр жени . Регулирование выходного напр жени в таком устройстве осуществл етс зй счет изменени тока без транзисторов выходного усилител , в результате чего избыточное входное напр женке гаситс на этих транзисторах flj. Недостатком такого инвертора вл етс возникновение аварийного режима работы (перегрузка силовьк элементов инвертора) в случае короткого замыкани нагрузки. Кроме того, в инверторе имеет место асимметри формы выходного напр жени по амплитуде определ ема раз(5росом по усилению параметров транзисторов выходного и промежуточного усилителей. Наиболее близким к изобретению;по техническому решению вл етс стабилизированный преобразователь напр жени посто нного тока, содержащий подключенный к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом выходном тран форматоре, вторична обмотка которог через выпр митель с фильтром подключена к выходным вьюодам, усилитель сигнала обратной св зи, входом подключенный к выходным выводам, а выходом- к управл ющему входу регулирующего элеме нта, управл ющие транзисторы , каждый из которых эмиттером соединен с базой соответствующего транзистора усилител мощности С23« Недостаток известного устройства- гальваническа св зь между входом и выходом преобразовател , поэтому такой преобразователь в случае заземлени одного из полюсов источника питани не может быть использован дл питани нагрузки, котора не допускает заземлени или у которой заземлен другой полюс напр жени . Кроме тогОаВ преобразователе не обес печиваетс защита силовых элементов при коротком замыкании нагрузки. 4 . . 2 Цель изобретени - расширение функциональных возможностей путем обеспечени гальванической разв зки входного и выходного напр жени и повышение надежности путем обеспечени автоматического выключени преобразо вател в случае короткого замыкани Нагрузки. Поставленна цель достигаетс тем, что в стабилизированном преобразователе напр жени посто нного тока, содержащем подключенньШ к входным выводам усилитель мощности, выполненный на двух транзисторах и силовом в.ыходном трансформаторе, вторична обмо- ка которого через выпр митель с фильтром подключена к выходным выводам, усилитель сигнала обратной св зи, входом подключенный к выходным выводам, а выходом - к управл ющему входу регулирующего элемента , управл ющие транзисторы, каждый из которых эмиттером соединен с 6a3q соответствующего транзистора усилител мощности, усилитель сигнала обратной св зи выполнен в виде маломощного генератора пр моугольног напр жени на двух транзисторных ключах, подключенных коллекторами к первичной обмотке переключающего трансформатора, базо-эмиттерными переходами - к: дополнительнь1м обмоткам силового выходного трансформатора , а выход усилител обратной св зи образован средним выводом первичной обмотки переключающего трансформатора и соединенными эмиттерами транзисторных ключей, выход- выпр мителем с фильтром, подключенным к одной из выходных обмоток переключающего трансформатора, базо-эмиттерные переходы управл ющих транзисторов соединены с соответствующими выходными обмотками переключающего трансформатора, а коллекторы и транзисторы усилител мощности соединены по схеме с общим коллектором, кроме того, введена цепочка пуска, подключенна к коллектору и базе одного из транзисторов усилител мощности, а регулирующий элемент выполнен в виде компенсационного стабилизатора напр жени , подключенного входом к входным выводам, выходом - к коллекторам управл ющих транзисторов. На чертеже приведена схема стабилизированного преобразовател напр жени посто нного тока. 31 Преобразователь содержит усилитель 1 мощности с транзисторами 2 и 3 и выходным силовым трансформатором 4, выпр митель 5 с фильтром, выходные выводы 6 преобразовател , усили- тель 7 сигнала обратной св зи с транзисторными ключами 8 и 9, переключающим трансформатором 10 и выпр мителем II с фильтром, регулирующий элемент 12, представл ющий собой компенсационный стабилизатор напр же ни с регулирующим транзистором J3, управл ющие транзисторы 14 и 15, цепочку 16, запуска состо щую из последовательно соединенных резистор I7 и замыкающего контакта выключател 18, входные выводы 19 преобразовате- л . Усилитель 1 мощности образован транзисторами 2 и 3, соединенными коллекторами, эмиттеры которых подкл чены соответственно к началу и концу первичной обмртки трансформатора 4. Выходна обмотка трансформатора 4 подключена через выпр митель 5 к выходным выводам 6. К выходным выводам 6 подключен вход усилител 7. Коллек торы транзисторных ключей 8 и 9 усилител 7 подключены к началу и концу первичной обмотки переключающего трансформатора 10. Базы транзисторных ключей 8 и 9 подключены к началу и концу обмотки трансформатора 4, а средний отвод этой обмотки соединен с эмиттерами этих транзисторов. Сред НИИ отвод первичной обмотки .транс- , форматора 10 и объединенные эмиттеры транзисторных ключей В и 9 образуют вход усилител 7. Выходна обмотка переключающего трансформатора 10 под ключена через выпр митель If к управл кйцему входу регулирующего элемента 12. Эмиттер регулирующего транзистор 13 регулирующего элемента 12 подклю- чен к коллекторам двух управл ю114их транзисторов 14 и 15. Эмиттеры управл ющих транзисторов 14 и 15 подключе ны к базам транзисторов 2 н 3 соот ветственно. Базы и эмиттеры управл ющих транзисторов 14 HI 15 подключены к обмоткам пере1слючающего трансформатора 10, причем одна из обмоток подключена началом к базе транзистора 14, а втора обмотка - началом к эмиттеру управл ющего транзистора 15. Цепочка 16 запуска подключена к коллектору и базе транзистора 2. Иараллельно входным выходам 19 преоб344 разовател подсоединены силовой вход регулирующего элемента 12, а также вход усилител 1 мощности, причем коллекторы транзисторов 2 и 3 и регулирующего транзистора 13 подключены к положительному, входному выводу. Стабилизированный преобразователь работает следующим образом. Пуск преобразовател осуществл етс при кратковремеином замыкании нормально разомкнутого контакта выключател 18 цепочки 16 запуска. При этом на базу транзистора 2 поступает через резистор 17 отпирающее напр жение , транзистор 2 приоткрываетс и в первичной полуОбмотке трансформа тора 4 начинает протекать ток, в результате чего образуетс напр жение на вторичной обмотке трансформатора 4 и, следовательно, на конденсаторе выпр мител 5. Это напр жение поступает на средний вывод переключакнцего трансформатора 10 и зьшттеры . транзисторных ключей 8 и 9 усилител 7. Поскольку базы транзисторных ключей 8 и 9 пОдключеИы соответственно к началу и концу oб oтки трансформатора 4, то транзистор 9 открываетс , а транзистор 8 запираетс , и на обмотках переключающего трансформатора iO формируетс положительна полуволна Пр моугольного напр жени . В результате на базы транзисторов 14 и 15 поступает напр жение с пол рностью, открывающей управл кшщй транзистор 14 и закрывающей управл ющей транзистор 15. Поскольку в момент запуска напр жение на управл ющем входе регулирующего злемента отсутствует, то регулирующий транзистор I3 Ofкрыт и на базу транзистора 2 через транзисторы 13и 14 поступает отпирающее напр жение . В момент насыщени первичной обмотки переключающего трансформатора 10 происходит изменение пол рности напр жени на его обмотках. В результате управл ющий транзистор 14закрываетс , а управл ющий транзистор 15 открываетс , что приводит к открыванию транзистора 3 и закрыванию транзистора 2, и на обмотках трансформатора 4 напр жение измен ет свою пол рность, в результате чего происходит закрывание транзисторного ключа 9, открывание транзисторного Ключа 8 а на обмотках трансформаторов 4 и 10 формируетс отрицатель511 The invention relates to electrical engineering and can be used in power supply devices. A voltage converter is known, for example, a transistor inverter in which the output alternating rectangular voltage is amplified by an amplitude value, which contains a master oscillator, a push-pull output amplifier, and an intermediate amplifier, to which the linear voltage regulator is connected. Regulation of the output voltage in such a device is carried out by counting the current without the transistors of the output amplifier, as a result of which the excess input voltage is quenched on these transistors flj. The disadvantage of such an inverter is the occurrence of emergency operation (overload of the inverter power elements) in the event of a short circuit of the load. In addition, in the inverter there is an asymmetry of the output voltage in amplitude determined times (5dc for amplifying the parameters of output and intermediate amplifier transistors. The closest to the invention; the technical solution is a stabilized DC voltage converter containing to the power amplifier terminals made on two transistors and a power output transformer, the secondary winding of which is connected through the rectifier with a filter to the output circuits, amplifying The feedback signal, connected to the output pins, and the output to the control input of the regulating element, control transistors, each of which are connected to the base of the corresponding transistor of the power amplifier C23 by the corresponding transistor, is a galvanic connection between the input and the converter’s output, therefore, if one of the power supply poles is earthed, such a converter cannot be used to supply a load that does not allow grounding or is grounded ugoy pole voltage. In addition to the converter, the converter does not provide protection for the power elements during a short circuit of the load. four . . 2 The purpose of the invention is to enhance the functionality by providing galvanic isolation of input and output voltages and increase reliability by ensuring automatic switching off of the converter in the event of a load short circuit. The goal is achieved by the fact that in a stabilized DC voltage converter containing a power amplifier connected to the input terminals, made on two transistors and a power output transformer, the secondary winding of which is connected to the output terminals through a rectifier with a filter feedback signal, the input connected to the output pins, and the output to the control input of the regulating element, the control transistors, each of which is connected to a 6a3q by an emitter power amplifier transistor, the feedback signal amplifier is made in the form of a low-power rectangular voltage generator on two transistor switches connected by collectors to the primary winding of a switching transformer, base-emitter transitions to: additional 1m windings of the power output transformer, and the output of the reverse amplifier zi is formed by the average output of the primary winding of the switching transformer and the connected emitters of transistor switches, the output of the rectifier with a filter connected to one of the output windings of the switching transformer, the base-emitter transitions of the control transistors are connected to the corresponding output windings of the switching transformer, and the collectors and transistors of the power amplifier are connected to a common collector; in addition, a start-up chain is connected to the collector and the base of one of power amplifier transistors, and the regulating element is designed as a compensation voltage regulator connected by an input to the input pins, and an output to the collectors of governing transistors. The drawing is a schematic of a stabilized DC-to-DC converter. 31 The converter contains a power amplifier 1 with transistors 2 and 3 and an output power transformer 4, a rectifier 5 with a filter, output pins 6 of the converter, an amplifier 7 feedback signal with transistor switches 8 and 9, a switching transformer 10 and a rectifier II with a filter, a regulating element 12, which is a compensation stabilizer with a regulating transistor J3, control transistors 14 and 15, a trigger 16, a starting circuit consisting of series-connected resistor I7 and a closing contact off yuchatel 18, input terminals of the transducers 19 liters. The power amplifier 1 is formed by transistors 2 and 3, connected collectors, the emitters of which are connected respectively to the beginning and end of the primary winding of the transformer 4. The output winding of the transformer 4 is connected via rectifier 5 to the output pins 6. The output pins 6 are connected to the input of the amplifier 7. Collector The tori of the transistor switches 8 and 9 of the amplifier 7 are connected to the beginning and end of the primary winding of the switching transformer 10. The bases of the transistor switches 8 and 9 are connected to the beginning and end of the winding of the transformer 4, and the average tap of this The coils are connected to the emitters of these transistors. The SRI primary transformer, transformer 10 and combined emitters of transistor switches B and 9 form the input of amplifier 7. The output winding of switching transformer 10 is connected via a rectifier If to control element of regulating element 12. Regulator of transistor 13 of regulating element 12 It is connected to the collectors of two control transistors 14 and 15. The emitters of control transistors 14 and 15 are connected to the bases of transistors 2 and 3, respectively. The control transistor emitters 14 and HI 15 are connected to the windings of a switching transformer 10, one of the windings connected to the base of transistor 14, and the second winding to starting of the control emitter 15. The starting circuit 16 is connected to the collector and the base of transistor 2. Parallel to the input outputs 19 of the transformer, the power input of the regulating element 12 and the input of the power amplifier 1 are connected, and the collectors of transistors 2 and 3 and the regulating transistor 13 are connected to the positive, output ode to Stabilized Converter works as follows. The converter is started when the normally open contact of the switch 18 of the start chain 16 is short-circuited. At the same time, the base of the transistor 2 is supplied through the resistor 17 unlocking voltage, the transistor 2 opens slightly and a current begins to flow in the primary half-winding of the transformer 4, resulting in a voltage on the secondary winding of the transformer 4 and, consequently, on the capacitor of the rectifier 5. This the voltage is applied to the middle terminal of the switching transformer 10 and the strans. the transistor switches 8 and 9 of the amplifier 7. Since the bases of the transistor switches 8 and 9 are connected to the beginning and end of the circuit of the transformer 4, the transistor 9 opens and the transistor 8 is locked, and a positive half-wave of Coal voltage is formed on the windings of the switching transformer iO. As a result, the bases of transistors 14 and 15 are supplied with polarity, which opens the control transistor 14 and closes the control transistor 15. Because at the time of the start, the voltage at the control input of the regulating element is absent, the control transistor I3 Of 2 through the transistors 13 and 14, a release voltage is applied. At the moment of saturation of the primary winding of the switching transformer 10, the polarity of the voltage on its windings changes. As a result, the control transistor 14 closes, and the control transistor 15 opens, which leads to the opening of the transistor 3 and the closing of the transistor 2, and on the windings of the transformer 4 the voltage changes its polarity, resulting in the closing of the transistor switch 9, the opening of the transistor switch 8a a negative is formed on the windings of transformers 4 and 10

на полуволна переменного пр моугольного напр жени . Процессы формировани полуволн напр жени происход т лавинообразно, поэтому на обмотках трансформаторов 4 и 10 формируетс пр моугольное переменное напр жение с хорошим фронтом. Переменное напр жение выходной обмотки трансформатора 4 выпр мл етс выпр мителем 5 и поступает на выводы 6 подключени нагрузки. При уменьшении нагрузки или увеличении напр жени на входных выводах 19 возрастает напр жение на входе усилител 7 - увеличиваетс напр жение на обмотках переключающего трансформатора 10. Увеличение напр жени на выходной обмотке переключающего трансформатора 10 приводит к увеличению напр жени на выходе выпр мител 1I, следовательно, и на управл ющем входе регулирующего элемента 12. В результате регулирующий транзистор 13 подзакрьшаетс , и на базы транзисторов 2 и 3 через управл ющие транзисторы 14 и 15 поступает напр жение меньшее, чем напр жение источника питани . Поскольку транзисторы 2 и 3 усилител мощности I включены по схеме с общим коллектором (по схеме эмиттерного повторител ), то на первичной обмотке трансформатора 4 напр жение соответственно уменьшаетс , что приводит к уменьшению напр жени на выходных выводах 6 преобразовател . Таким образом , по цепи обратной св зи осуществл етс стабилизаци выходного напр жени при изменении нагрузки и входного напр жени .on a half wave of variable rectangular voltage. The processes of forming the half-wave voltage are an avalanche-like process, therefore, a rectangular alternating voltage with a good front is formed on the windings of transformers 4 and 10. The alternating voltage of the output winding of the transformer 4 is rectified by rectifier 5 and is fed to the terminals 6 for connecting the load. Decreasing the load or increasing the voltage on the input terminals 19 increases the voltage at the input of the amplifier 7 - the voltage on the windings of the switching transformer 10 increases. Increasing the voltage on the output winding of the switching transformer 10 leads to an increase in the voltage at the output of the rectifier 1I, therefore and at the control input of the regulating element 12. As a result, the regulating transistor 13 is closed, and the bases of the transistors 2 and 3 are fed through the control transistors 14 and 15 to a voltage less than power source wiring. Since the transistors 2 and 3 of the power amplifier I are connected according to a circuit with a common collector (according to the emitter follower circuit), the voltage on the primary side of the transformer 4 decreases accordingly, which leads to a decrease in the voltage on the output terminals 6 of the converter. Thus, the feedback circuit is used to stabilize the output voltage when the load and input voltage change.

9134691346

При коротком замыкании нагрузки пропадает напр жение питани генератора пр моугольного напр жени - усилител 7, в результате управл ющие 5 транзисторы 14 и 15 закрываютс ,When a load is short-circuited, the supply voltage of the square voltage generator — amplifier 7 — disappears; as a result, the control 5 transistors 14 and 15 close,

следовательно, закрываютс транзисторы 2 и 3 - происходит срыв автоколебательного процесса формировани переменного напр жени на обмотках трансформаторов 4 и 10- преобразователь выключаетс , обеспечива самозащиту от короткого замыкани на его выходе. Резисторы и диоды, подключенные к базам транзисторов 2 и 3, обозначенные на чертеже пунктиром, обеспечивают надежную работу преобразовател в услови х высокой температуры окружающей среды (50°С и вьш1е).therefore, transistors 2 and 3 are closed - the self-oscillating process of forming an alternating voltage on the windings of transformers 4 is disrupted and the converter 10 is turned off, providing self-protection against short circuits at its output. Resistors and diodes connected to the bases of transistors 2 and 3, indicated by a dotted line in the drawing, ensure reliable operation of the converter in conditions of high ambient temperature (50 ° C and above).

Таким образом, выполнение усилител сигнала обратной св зи на переключающем трансформаторе позвод ет использовать в качестве регулирующего элемента маломощный компенсационный стабилизатор напр жени дл управлени транзисторами усилител мощности, включенными по схеме с общим коллектором , а также обеспечивает гальваническую разв зку входного и выходного напр жени и одновременно самозаЕЦ1ТУ преобразовател от короткого замыкани нагрузки. Одновременно с зтим силовой трансформатор преобразовател , в отличие от прототипа, работает без насыщени сердечника, что значительно уменьшает потери мощнЪети преобразовател и, кроне того, позвол ет увеличить частоту преобразовани ориентировочно с 600 800 Гц до 16-20 кГц.Thus, performing a feedback signal amplifier on a switching transformer makes it possible to use a low-power compensating voltage regulator for controlling transistors of a power amplifier connected to a common collector circuit as a regulating element, and also provides for the input and output voltage to be galvanically isolated and at the same time samosaEC1TU converter from short circuit load. Simultaneously with this, the power transformer of the converter, unlike the prototype, operates without saturation of the core, which significantly reduces the power loss of the converter and, moreover, allows the conversion frequency to be increased from approximately 600,800 Hz to 16-20 kHz.

Claims

A STABILIZED DC VOLTAGE CONVERTER, containing a power amplifier connected to the input terminals, made on two transistors and a power output transformer, the secondary winding of which is connected through the rectifier with a filter to the output terminals, a feedback signal amplifier connected to the output terminals by the input and the output to the control input of the regulatory element, the control transistors, each of which is emitter connected to the base of the corresponding transistor of the power amplifier, different which, in order to expand the functionality by providing galvanic isolation of the input and output voltages and increasing reliability in case of a short circuit of the load by providing automatic shutdown of the converter, the feedback signal amplifier is made in the form of a low-power square-wave generator with two transistor switches connected by collectors to the primary winding of the switching transformer, by Baeoemitter junctions - to additional windings of the power output of the transformer, and the input of the feedback signal amplifier is formed by the middle output of the primary winding of the switching transformer and the connected emitters of transistor switches, the output is a rectifier with a filter connected to one of the output windings of the switching transformer, the base-emitter junctions of the control transistors are connected to the corresponding output windings of the switching transformer and the collectors and transistors of the power amplifier are connected according to the Scheme with a common collector, in addition, a start chain is introduced a, connected to the collector and the base of one of the transistors of the power amplifier, and the control element is made in the form of a compensation voltage stabilizer, connected by an input to input terminals, and an output - to the collectors of control transistors.

1159