SU1713050A1

SU1713050A1 - Single-ended constant voltage converter

Info

Publication number: SU1713050A1
Application number: SU904832866A
Authority: SU
Inventors: Игорь Григорьевич Пономарев; Алексей Леонидович Свительский; Александр Геннадьевич Мясников
Original assignee: Институт Электродинамики Ан Усср
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани . Цель изобретени - уменьшение пульсаций выходного напр жени , повышение КПД и надежности засчет равномерной нагрузки элементов. Преобразователь выполнен по однотактной самовозбуждающейс схеме с трансформатором 8 в цепи положительной обратной св зи. Вторична обмотка 12 трансформатора 8 подключена к транзистору 1. Первична обмотка 7 дроссел 6 подключена к входным выводам преобразовател . Дл стабилизации выходного напр жени в силовую цепь последовательно включен рези- стивный датчик тока 5, падение напр жение на котором суммируетс с напр жениеги на выходе дополнительного выпр мител 23 и сравниваетс с опорным напр жением стабилитрона 24. Разностное напр жение приложено к входу управл ющего транзистора 17, который при отпирании, воздейству через трансформатор 8, запирает транзисторы 1, 2, обеспечива стабилизацию выходного напр жени . 2 ил.слсThe invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power supply systems. The purpose of the invention is to reduce the output voltage ripple, increase efficiency and reliability due to uniform load of elements. The converter is made in a single-ended self-exciting circuit with a transformer 8 in the positive feedback circuit. The secondary winding 12 of the transformer 8 is connected to the transistor 1. The primary winding 7 throttle 6 is connected to the input terminals of the converter. To stabilize the output voltage to the power circuit, a resistive current sensor 5 is connected in series, the voltage drop on which is summed with the voltage at the output of the additional rectifier 23 and compared with the reference voltage of the Zener diode 24. The differential voltage is applied to the input of the control transistor 17, which, when unlocked, acting through the transformer 8, locks the transistors 1, 2, ensuring the stabilization of the output voltage. 2 illustrationsl

Description

Изобретение относитс к злектротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани .The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power supply systems.

Известен стабилизированный источник питани , содержащий транзисторный ключ, многообмоточный дроссель, датчик тока, выпр митель, пороговый элемент и цепь стабилизации напр жени . Это устройство имеет невысокую надежность при повышенных питающих напр жени х из-за чрезмерно высокого напр жени на транзисторном ключе. Кроме того, из-за больших динамических потерь мощности в пассивно запираемом транзисторном ключе устройство имеет невысокий КПД.A stabilized power supply is known, comprising a transistor switch, a multi-winding choke, a current sensor, a rectifier, a threshold element and a voltage stabilization circuit. This device has low reliability at high supply voltages due to excessively high voltage on the transistor key. In addition, due to the large dynamic power losses in the passively locked transistor key, the device has a low efficiency.

Известен также транзисторный преобразователь посто нного напр жени , содержащий транзисторный ключ, многообмоточный дроссель, выпр митель, трансформатор и узел обратной св зи. Это устройство wAeej 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 надежности устройства.Also known is a transistor DC converter containing a transistor switch, a multi-winding choke, a rectifier, a transformer, and a feedback node. This device has relatively large output voltage ripples, due to the fact that it operates in the modes of excitation and stalling of oscillations. In addition, the absence in the converter circuit of the control and limiting current flowing through the transistor switch, as well as its passive locking at the initial stage of the shutdown process, predetermine the low efficiency and reliability of the device.

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 . Основной недостаток такого преобразовател св зан с высоким уровнем пульсаций выходного напр жени , так как устройство работает; и режимах возбуждени и срыва колебаний. Кроме того,релейный 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.The closest to the inventive device is a single-ended DC-to-DC converter containing N transistors, a multiple-winding choke, a rectifying diode, a capacitor, a transformer, a resistor, a feedback node, a resistive current sensor, a threshold element and a constant-voltage source. wives The main disadvantage of such a converter is associated with a high level of output voltage ripple, since the device works; and modes of excitation and breakdown of oscillations. In addition, the relay principle of operation of the converter leads to uneven load elements, in particular transistors, during its operation. This, in turn, causes a decrease in the efficiency and reliability of the device.

Цель изобретени - уменьшение пульсаций выходного напр жени , повышение КПД и надежности за счет равномерной нагрузки элементов.The purpose of the invention is to reduce output voltage ripple, increase efficiency and reliability due to uniform load of elements.

Поставленна цель достигаетс тем, что в однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий N транзисто; ров, соединенных последовательно с первичной обмоткой дроссел , подключенной через упом нутые транзисторы к входным выводам преобразовггвлд, выпр мительный диод, через который зторична обмотка дроссел соединена с выходными выводами преобразовател , шунтированного конденсатором, трансформатор, первична обмотка которого соединена через резистор с управл ющей обмоткой дроссел , а кажда из N вторичных обмоток подключена ко входу соответствующего транзистора, резистивный датчик тока, включенный последовательно в цепь первичной обмотки дроссел и шунтированный входом управл ющего транзистора, который подключен между источником посто нного напр жени и управл ющей обмоткой трансформатора, введены дополнительна обмотка дроссел , подключенна ко входу дополнительного выпр мител , стабилитрон и дополнительный диод, причем выход дополнительного выпр мител через стабилитрон подключен параллельно дополнительному диоду, который включен последовательно в цепь базы управл ющего транзистора.The goal is achieved in that a single-ended DC / DC converter containing N transistors; A rectifying diode, through which the secondary throttle winding is connected to the output pins of a converter shunt by a capacitor, a transformer, the primary winding of which is connected through a resistor to a control winding capacitor, a transformer, the primary winding of which is connected through a resistor to a control winding capacitor, a transformer, the primary winding of which is connected through a resistor to a control winding capacitor, a transformer, a transformer, the primary winding of which is connected through a resistor to a control winding capacitor, a transformer, a transformer whose primary winding is connected through a resistor to a control winding capacitor, a transformer, a transformer whose primary winding is connected through a resistor to a control winding capacitor, a transformer, a transformer, which is connected to and each of the N secondary windings is connected to the input of the corresponding transistor, a resistive current sensor connected in series to the primary circuit Drosel coils and a shunt input of the control transistor, which is connected between the DC voltage source and the control winding of the transformer, are introduced an additional winding winding connected to the input of the additional rectifier, a zener diode and an additional diode, and the output of the additional rectifier through the zener diode is connected parallel to the additional a diode that is connected in series to the base circuit of the control transistor.

На фиг. 1 приведена принципиальна электрическа схема предлагаемого однотактного преобразовател посто нного напр жени ; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений, по сн ющие принцип его работы.FIG. 1 is a circuit diagram of the proposed single-ended DC / DC converter; in fig. 2 - time diagrams of voltages, explaining the principle of its operation.

Преобразователь содержит транзисторы 1 и 2, диоды 3 и 4, резистивный датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первична обмотка 7 которого включена послёдо5 вательно с транзисторами 1, 2 и датчиком 5, а также трансформатор 8, первична обмотка 9 которого через резистор 10 соединена ,с управл ющей обмоткой 11 дроссел 6, а вторичные обмотки 12 и 13 подключены коThe converter contains transistors 1 and 2, diodes 3 and 4, resistive current sensor 5, multiwinding choke 6, the primary winding 7 of which is connected sequentially with transistors 1, 2 and sensor 5, as well as the transformer 8, the primary winding 9 of which is connected through a resistor 10 , with a control winding 11 droplets 6, and the secondary windings 12 and 13 are connected to

0 входам транзисторов 1 и 2. Вторична обмотка 14 дроссел б через выпр митель 15 соединена с нагрузкой 16. В состав устройства входит также управл ющий транзистор 17, управл юща обмотка 18 трансформатора 8и источник 19 посто нного напр жени , в качестве которого использован выпр митель 20 с подключенной к его входу обмоткой 21 дроссел 6. Кроме того, устройство содержит дополнительную обмотку 22 дроссел 6, подключенную ко входу дополнительного выпр мител 23, стабилитрон 24 и дополнительный диод 25, причем выход дополнительного выпр мител 23 через стабилитрон 24 подключен параллельно0 inputs of transistors 1 and 2. The secondary winding 14 throttle b through the rectifier 15 is connected to the load 16. The device also includes a control transistor 17, the control winding 18 of the transformer 8 and the source 19 of a constant voltage, which is used as a rectifier 20 with a winding connected to its input 21 droplets 6. In addition, the device contains an additional winding 22 droplets 6, connected to the input of the additional rectifier 23, the zener diode 24 and the additional diode 25, and the output of the additional rectifier 23 cher of zener diode 24 is connected in parallel

5 дополнительному диоду 25, который включен последовательно в цепь базы управл ющего транзистора 17.5 an additional diode 25, which is connected in series to the base circuit of the control transistor 17.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

0 Благодар наличию в схеме положительной обратной св зи, осуществл емой по цепи транзисторы 1, 2 - обмотки 7, 11 дроссел 6 - резистор 10 - обмотки 9,12,13 трансформатора 8 - транзисторы 1, 2, уст5 ройство работает в режиме автогенератора.0 Due to the presence of positive feedback in the circuit through the transistors 1, 2 - windings 7, 11 throttles 6 - resistor 10 - windings 9,12,13 transformer 8 - transistors 1, 2, the device operates in the mode of autogenerator.

В момент to |озбуждени колебаний транзисторы 1 и 2 открываютс (см. фиг. 2) и через обмотку 7 дроссел 6 и датчик 5At the moment of to | excitation of oscillations, transistors 1 and 2 open (see Fig. 2) and through the winding 7 throttle 6 and sensor 5

0 начинает протекать линейно нарастающий ток, увеличива напр жение Us на датчике 5. В момент ti, когда напр жение Us достигает заданного уровн Us, напр жение Ui7, приложенное ко входу управл ющего транзистора 17, превышает величину Ui7, необходимую дл отпирани транзистора 17. В результате этого транзистор 17 замыкает свою выходную цепь и на обмотке 18 трансформатора 8 напр жение измен ет пол рность, станов сь равным по величине напр жени источника 19. Аналогичным образом измен етс напр жение на обмотках 12,13 трансформатора 8 и на входы транзисторов 1 и 2 поступает запирающее напр жение. Активное запирание транзисторов 1 и 2 осуществл етс на всех стади х процесса их выключени . После запирани транзисторов 1 и 2 дроссель 6 начинает отдавать накопленную энергию в цепь нагрузки 16,0 starts a linearly increasing current, increasing the voltage Us on the sensor 5. At ti, when the voltage Us reaches a predetermined level Us, the voltage Ui7 applied to the input of the control transistor 17 exceeds the value Ui7 needed to unlock the transistor 17. As a result, the transistor 17 closes its output circuit and on the winding 18 of the transformer 8, the voltage changes polarity, becoming equal to the source voltage 19. The voltage on the windings 12,13 of the transformer 8 and the inputs to the transistor also change in the same way. Chutes 1 and 2 receive a blocking voltage. The active locking of transistors 1 and 2 is carried out at all stages of the process of turning them off. After the transistors 1 and 2 are locked, the choke 6 begins to transfer the stored energy to the load circuit 16,

увеличива напр жение Uie на нагрузке 16increasing the voltage Uie on load 16

и напр жение Uas на выходе выпр мител 23.and the voltage Uas at the output of the rectifier 23.

В момент t2 дроссель 6 полностью отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 16 и под действием положительной обратной св зи снова измен етс пол рность напр жени на обмотках дроссел 6 (см. фиг. 2 зависимость U7(t7) и трансформатора 8. Это приводит к открыванию транзисторов 1 и 2 и процесс повтор етс .At time t2, the choke 6 completely transfers the accumulated energy to the load circuit 16 and under the action of positive feedback, the polarity of the voltage on the windings of the choke 6 again changes (see Fig. 2, the dependence of U7 (t7) and transformer 8. This leads to the opening transistors 1 and 2 and the process is repeated.

Далее преобразователь работает аналогичным образом до тех пор, пока напр жение U23 на выходе дополнительного выпр мител 23 не достигает в момент тз значени U24, равного по величине напр жению стабилизации стабилитрона 24, после чего начинаетс рост напр жени U25 на дополнительном диоде 25 (см. фиг. 2 - пунктирна лини на зависимости Un (t).Next, the converter operates in the same way until the voltage U23 at the output of the additional rectifier 23 reaches the value of U24 at the instant of time, equal to the stabilizing voltage of the diode 24, after which the voltage U25 on the additional diode 25 begins to grow (see Fig. 2 is a dashed line on the Un (t) dependence.

Напр жение Ui7, прикладываемое ко входу управл ющего транзистора 17, при этом определ етс соотношением Ui Us + +U25, из которого следует, что увеличение напр жени U25 автоматически приводит к уменьшению величины напр жени Us, необходимой дл отпирани транзистора 17. Поэтому в момент t4, когда после очередного этапа отдачи энергии дросселем 6 в нагрузку 16 снова измен етс пол рность напр жени на обмотках дроссел 6 и трансформатора 8 и открываютс транзисторы 1 и 2, ток через обмотку 7 дроссел 6 и датчик 5 нарастает до меньшей величины, причем эта величина тем меньше, чем больше напр жение U2S.The voltage Ui7 applied to the input of the control transistor 17 is determined by the ratio Ui Us + + U25, from which it follows that increasing the voltage U25 automatically leads to a decrease in the magnitude of the voltage Us needed to unlock the transistor 17. Therefore, at t4, when, after the next stage of energy return by choke 6 to load 16, the polarity of the voltage on the windings of the throttles 6 and transformer 8 again changes and the transistors 1 and 2 open, the current through the winding 7 of the throttles 6 and the sensor 5 increases to a smaller value, and this the value is the smaller, the greater the voltage U2S.

В момент ts 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 Ьреобразовател увеличиваетс , а рост напр жени Uie на нагрузке 16 прекращаетс .At the time ts, transistors 1 and 2 close again and the choke 6 gives less than before the amount of stored energy to the load circuit 16. As a result, the operating frequency of the L converter increases and the voltage Uie increases at the load 16.

Далее преобразователь работает в автогенераторном режиме аналогично тому, как это было показано выше, осуществл стабилизацию напр жени Ui6 на нагрузке 16 на заданном уровне ивых.Further, the converter operates in the autogenerator mode in the same way as shown above, stabilizing the voltage Ui6 at the load 16 at a predetermined level.

Таким образом, в предлагаемом устройстве отсутствует релейный режим работы.Thus, in the proposed device there is no relay mode.

основанный на возбуждении и срыве колебаний преобразовател . Предлагаемое устройство работает только в режиме автогенератора, 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 релейногоbased on the excitation and breakdown of the converter. The proposed device operates only in the autogenerator mode, increasing the conversion frequency while stabilizing the output voltage at a given level. At the same time, the device has lower output voltage ripple compared to the ripple characteristic of relay

режима работы. Кроме того, устранение релейного режима работы способствует повышению равномерности нагрузки элементов схемы устройства во врем его работы, что, в свою очередь, приводит к повышениюmode of operation. In addition, the elimination of the relay mode of operation helps to improve the uniformity of the load on the elements of the device’s circuit during its operation, which, in turn, leads to an increase in

КПД и надежности преобразовател .Efficiency and reliability of the converter.

Claims

Invention Formula

A single-voltage DC-DC converter containing N series-connected transistors, through which the primary winding of the throttle is connected to the input pins of the converter, a rectifying diode, through which the secondary winding of the drossel is connected to the output pins of the converter, bypassing a capacitor, a transformer, the primary winding of which through a resistor lead with the manager

Drossel winding, and each of the N secondary windings is connected to the input of the corresponding transistor, a resistive current sensor connected in series to the circuit of the throttle primary winding and shunted by the input of the control transistor, which is connected between the DC voltage source and the control winding of the transformer, characterized by that in order to reduce pulsations

output voltage, increased efficiency and reliability due to the uniform load of the elements, additional winding of throttle, connected to the input of the additional rectifier, zener diode and

an additional diode, with the output of the additional rectifier through a zener diode connected in parallel with an additional diode, which is connected in series to the base circuit of the control transistor.

F1 / -g.

,: 2G