SU1721751A1 - Single-stage stabilized dc converter - Google Patents
Single-stage stabilized dc converter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1721751A1 SU1721751A1 SU894754403A SU4754403A SU1721751A1 SU 1721751 A1 SU1721751 A1 SU 1721751A1 SU 894754403 A SU894754403 A SU 894754403A SU 4754403 A SU4754403 A SU 4754403A SU 1721751 A1 SU1721751 A1 SU 1721751A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- output
- transistor
- diode
- winding
- input
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано во.вторичных источниках электропитани . Цель изобретени - расширение функциональных возможностей преобразовател путем обеспечени работоспособности при малых нагрузках и холостом ходе. Преобразователь содержит транзистор 3, трансформатор 5 с выходными обмотками 8 и 9 и дополнительной обмоткой 16 и транзисторно-диодный ключ 17. Введение цепи обратной св зи, состо щей из второго согласующего устройства 24 и узла сравнени 25 с вторым опорным источником , обеспечивает достижение цели, 2 з.п. ф-лы, 4 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power sources. The purpose of the invention is to expand the functionality of the converter by ensuring operability at low loads and at idle. The converter contains a transistor 3, a transformer 5 with output windings 8 and 9 and an additional winding 16 and a transistor-diode switch 17. The introduction of a feedback circuit consisting of a second matching device 24 and a comparison node 25 with a second reference source ensures the achievement of a goal 2 hp f-ly, 4 ill.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания.The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power sources.
Известен стабилизированный однотактный преобразователь, который в цепи обратной связи содержит узел сравнения с измерительной цепью и источником опорного напряжения, выход которого связан с входом второго транзистора через широтно-импульсный модулятор.Known stabilized single-phase Converter, which in the feedback circuit contains a comparison node with a measuring circuit and a reference voltage source, the output of which is connected to the input of the second transistor through a pulse-width modulator.
Этот преобразователь отличает высокая стабильность выходного напряжения, простота схемы,обеспечивающей гальваническую развязку выходных цепей. Однако он допускает перенапряжение на выходе при сбросе нагрузки и неработоспособен на холостом ходу. При сбросе нагрузки с возрастанием напряжения на выходе,появляется сигнал обратной связи, вызывающий блокирование цепи управления силового транзистора. Силовой транзистор запирается, но энергия, накопленная в трансформаторе, продолжает поступать в нагрузку, вызывая перенапряжение на выходах преобразователя.This converter is distinguished by high stability of the output voltage, simplicity of the circuit, providing galvanic isolation of the output circuits. However, it allows output overvoltage during load shedding and is inoperative at idle. When the load is dropped with increasing voltage at the output, a feedback signal appears, causing the control circuit of the power transistor to block. The power transistor is locked, but the energy stored in the transformer continues to flow into the load, causing overvoltage at the outputs of the converter.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является однотактный преобразователь с обратным включе нием диодов, который не допускает работу на холостом ходу, поэтому требуются дополнительные схемные меры, исключающие режим холостого хода, либо аварийного отключения преобразователя.The closest to the proposed technical essence is a single-cycle converter with reverse diodes, which does not allow idling, therefore, additional circuit measures are required that exclude idling or emergency shutdown of the converter.
В тех случаях, когда нагрузка сбрасывается не полностью, аварийное отключение приводит к перерывам в работе, что недопустимо для большинства потребителей.In cases where the load is not completely relieved, an emergency shutdown leads to interruptions in operation, which is unacceptable for most consumers.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности на холостом ходу.The purpose of the invention is the expansion of functionality by ensuring operability at idle.
Указанная цель достигается тем, что в однотактном стабилизированном преобразователе постоянного напряжения, содержащем первый и второй транзисторы, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами через первый транзистор, к входу которого подключен пусковой узел и обмотка управления с токозадающей цепью, а выходная обмотка соединена через выпрямительный диод и конденсатор фильтра с выходными выводами, узел сравнения с измерительной цепью и источником опорного напряжения, подключенный выходом к входу широтно-импульсного модулятора, выход которого подключен через согласующее устройство с входом второго транзистора, шунтирующего управляющий вход первого транзистора, диодно-транзисторный ключ, подключенный параллельно дополнительной,обмотке, введены второе согласующее устройство и второй узел сравнения с соответствующим вторым источником опорного напряжения, вход которого подключен к выходу измерительной цепи, а выход второго согласующего устройства подключен к управляющему входу диодно-транзисторного ключа.This goal is achieved by the fact that in a single-cycle stabilized DC-DC converter containing the first and second transistors, a transformer, the primary winding of which is connected to the input terminals through the first transistor, to the input of which is connected the start-up unit and the control winding with a pick-up circuit, and the output winding is connected through a rectifier diode and a filter capacitor with output terminals, a comparison node with a measuring circuit and a reference voltage source, connected by an output to the input of the pulse modulator, the output of which is connected through a matching device with the input of the second transistor, shunting the control input of the first transistor, a diode-transistor switch connected in parallel to the additional winding, a second matching device and a second comparison node with a corresponding second reference voltage source are input, the input of which is connected to the output of the measuring circuit, and the output of the second matching device is connected to the control input of the diode-transistor switch.
В одном варианте диодно-транзисторный ключ подключен параллельно выходной обмотке преобразователя, в другом - параллельно выходной обмотке через дополнительно введенную обмотку трансформатора.In one embodiment, the diode-transistor switch is connected parallel to the output winding of the converter, in another, parallel to the output winding through an additionally introduced transformer winding.
На фиг.1 представлена схема преобразователя с включением диодно-транзисторного ключа в цепь дополнительной обмотки трансформатора; на фиг.2 - то же, с включением диодно-транзисторного ключа параллельно выходной обмотке; на фиг.З - схема с ключом, подключенным параллельно выходной обмотке через дополнительную; на фиг.4 - временные диаграммы, характеризующие работу преобразователя в режиме холостого хода.Figure 1 presents a diagram of the Converter with the inclusion of a diode-transistor switch in the circuit of the additional winding of the transformer; figure 2 is the same, with the inclusion of a diode-transistor switch parallel to the output winding; on Fig.3 is a diagram with a key connected in parallel to the output winding through an additional; figure 4 - timing diagrams characterizing the operation of the Converter in idle mode.
К входным выводам 1 и 2 преобразователя (фиг.1) через первый транзистор 3 подключена первичная обмотка 4 трансформатора 5, содержащего также обмотку 6 управления, подключенную через токозадающую цепь 7 к входу силового транзистора 3. Выходные обмотки 8 и 9 подключены через выпрямительные диоды 10 и 11 и конденсаторы 12 и 13 фильтра к выходным выводам преобразователя 14 и 15. Параллельно дополнительной обмотке 16 включен диодно-транзисторный ключ 17. Цепь обратной связи, управляющая силовым транзистором, содержит второй транзистор 18, шунтирующий вход силового транзистора 3, формирователь 19 импульсов, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 20 и узел 21 сравнения, входы которого подключены к резистору 22 измерительной цепи и первому источнику 23 опорного напряжения. Цепь управления диодно-транзисторного ключа 17 содержит второе согласующее устройство 24 и второй узел 25 сравнения, связанный с выходными выводами преобразователя через измерительный резистор 22. Запуск преобразователя осуществляется пусковым устройством 26, подключенным к входу первого транзистора 3.The primary winding 4 of the transformer 5 is connected to the input terminals 1 and 2 of the converter (Fig. 1) through the first transistor 3, which also contains a control winding 6 connected through a current-supply circuit 7 to the input of the power transistor 3. The output windings 8 and 9 are connected through rectifier diodes 10 and 11 and filter capacitors 12 and 13 to the output terminals of the converter 14 and 15. In parallel with the additional winding 16, a diode-transistor switch 17 is connected. The feedback circuit controlling the power transistor contains a second transistor 18, bypassing the input si ovogo transistor 3, pulse generator 19, pulse width modulator (PWM) 20 and the comparing unit 21, whose inputs are connected to the resistor 22 of the measuring circuit and the first reference voltage source 23. The control circuit of the diode-transistor switch 17 contains a second matching device 24 and a second comparison unit 25, connected to the output terminals of the transducer through the measuring resistor 22. The converter is started by the starting device 26 connected to the input of the first transistor 3.
В преобразователе, приведенном на фиг.2, диодно-транзисторный ключ 17 подключен параллельно выходной обмотке 8. В преобразователе на фиг.З диодно-транзисторный ключ 17 подключен к выходной обмотке 8 через дополнительную обмотку 16.In the converter shown in FIG. 2, the diode-transistor switch 17 is connected in parallel with the output winding 8. In the converter in FIG. 3, the diode-transistor switch 17 is connected to the output winding 8 through an additional winding 16.
Принцип работы всех трех преобразователей заключается в следующем. В установившемся режиме при номинальной нагрузке узел 25 сравнения не срабатывает, и диодно-транзисторный ключ 17 находится в закрытом состоянии. В режиме закрытого состояния первого транзистора 3 энергия трансформатора 5 передается через вторичные обмотки 8 и 9 в нагрузку, при этом на обмотке 6 возбуждения устанавливается напряжение отрицательной полярности,поддерживающее силовой транзистор 3 в закрытом состоянии. После спада тока выходных обмоток до нуля в выпрямительных диодах 10 и 11 возникает обратный ток в течение короткого времени восстановления р-п-перехода, который вызывает появление на обмотке 6 возбуждения напряжения положительной полярности. Приоткрывается транзистор 3, появляется напряжение на первичной обмотке 4 и за счет положительной обратной связи через обмотку 6 управления транзистор 3 переходит в насыщенное состояние. Ток коллектора нарастает по линейному закону, скорость его нарастания ограничивается индуктивностью первичной обмотки трансформатора. При этом происходит процесс накопления магнитной энергии в трансформаторе. Диоды выходных выпрямителей блокируются напряжением, а напряжение на выходных выводах снижается за счет разряда конденсаторов 12 и 13 фильтра на нагрузку.The principle of operation of all three converters is as follows. In the steady state, at rated load, the comparison unit 25 does not work, and the diode-transistor switch 17 is in the closed state. In the closed state of the first transistor 3, the energy of the transformer 5 is transmitted through the secondary windings 8 and 9 to the load, while a negative polarity voltage is established on the field winding 6, which keeps the power transistor 3 in the closed state. After the current of the output windings drops to zero in rectifier diodes 10 and 11, a reverse current occurs for a short recovery time of the pn junction, which causes a positive polarity voltage to appear on the winding 6. The transistor 3 is opened, the voltage appears on the primary winding 4 and due to the positive feedback through the control winding 6, the transistor 3 goes into a saturated state. The collector current rises according to a linear law, its slew rate is limited by the inductance of the transformer primary winding. When this occurs, the process of accumulation of magnetic energy in the transformer. The diodes of the output rectifiers are blocked by voltage, and the voltage at the output terminals is reduced due to the discharge of the filter capacitors 12 and 13 to the load.
В этот же период в ШИМ 20 формируется пилообразное напряжение, крутизна нарастания которого регулируется сигналом с выхода схемы 21 сравнения пропорционально превышению выходным напряжением опорного. В момент достижения пилообразного напряжения ШИМ заданного значения на выходе формирователя 19 импульсов появляется короткий импульс, отпирающий транзистор 18, который блокирует вход силового транзистора. Последний закрывается, ток первичной обмотки прерывается, напряжение на обмотках меняет полярность. Открываются выпрямительные диоды 10 и 11 и накопленная в индуктивности трансформатора 5 энергия передается в конденсаторы фильтра и нагрузку. В дальнейшем процессы повторяются.In the same period, a sawtooth voltage is formed in the PWM 20, the slope of which is regulated by the signal from the output of the comparison circuit 21 in proportion to the excess of the reference voltage by the output. When the sawtooth PWM voltage reaches the set value, a short pulse appears at the output of the pulse shaper 19, which unlocks the transistor 18, which blocks the input of the power transistor. The latter is closed, the current of the primary winding is interrupted, the voltage across the windings reverses the polarity. The rectifier diodes 10 and 11 open and the energy stored in the inductance of the transformer 5 is transferred to the filter capacitors and the load. Subsequently, the processes are repeated.
Регулирование длительности открытого состояния транзистора 3 обратно пропорционально разности выходного и опорного напряжения приводит к ограничению энергии, трансформируемой в нагрузку. Таким образом происходит стабилизация напряжения на выходных выводах преобразователя.The regulation of the duration of the open state of the transistor 3 is inversely proportional to the difference between the output and the reference voltage, which limits the energy that is transformed into the load. Thus, the voltage is stabilized at the output terminals of the converter.
При сбросе нагрузки в период передачи энергии трансформатора в конденсаторы фильтров (силовой транзистор 3 находится в. закрытом состоянии) на выходных выводах преобразователя напряжение растет и возникает перенапряжение, превышающее пороговое значение схемы 25 сравнения, последняя срабатывает, вызывая отпирание ключа 17 и закорачивание обмотки 16. Напряжение на обмотках трансформатора падает до нуля, диоды 10 и 11 блокируются выходным напряжением, и магнитная энергия трансформатора начинает циркулировать в цепи дополнительной обмотки 16. При снижении выходного напряжения ниже порогового происходит отпускание схемы 25 сравнения с вторым опорным источником, запирание ключа 17 и передача энергии трансформатора в нагрузку.When the load is unloaded during the period when the transformer energy is transferred to the filter capacitors (the power transistor 3 is in the closed state), the voltage at the output terminals of the converter increases and an overvoltage occurs that exceeds the threshold value of the comparison circuit 25, the latter is triggered, causing the key 17 to unlock and the winding 16 to be shorted. The voltage on the transformer windings drops to zero, the diodes 10 and 11 are blocked by the output voltage, and the magnetic energy of the transformer begins to circulate in the circuit of the additional winding 16. When reducing the output voltage drop occurs below a threshold comparison circuit 25 with a second reference source, the locking key 17 and the transformer of energy transfer to the load.
Запуск преобразователя на холостом ходу происходит следующим образом. С появлением сигнала пускового устройства 26 транзистор отпирается и находится в открытом состоянии до момента насыщения магнитопровода трансформатора (режим максимальной длительности открытого состояния транзистора).Starting the converter at idle is as follows. With the advent of the signal of the starting device 26, the transistor is unlocked and is in the open state until the transformer magnetic core is saturated (the maximum duration of the open state of the transistor).
Насыщение магнитопровода вызывает изменение полярности на обмотке возбуждения, запирание силового транзистора 3 и передачу энергии, накопленной трансформатором, в нагрузку. Происходит нерегулируемый процесс работы преобразователя в режиме самовозбуждения. По мере достижения выходным напряжением номинальной величины вступает в работу ШИМ, обеспечивающий управляемый режим работы преобразователя, а при превышении опорного источника срабатывает схема 25 сравнения и вступает в работу цепь ограничения перенапряжения. Таким образом осуществляется надежный пуск преобразователя как при малых нагрузках, так и на холостом ходу. При подключении номинальной нагрузки происходит спад выходного напряжения до номинального и автоматическое отключение диодно-транзисторного ключа 17.The saturation of the magnetic circuit causes a change in polarity on the field winding, the locking of the power transistor 3 and the transfer of energy stored by the transformer to the load. An unregulated process of the converter in self-excitation occurs. As the output voltage reaches the nominal value, the PWM enters, providing a controlled mode of operation of the converter, and when the reference source is exceeded, the comparison circuit 25 is activated and the overvoltage limiting circuit enters into operation. In this way, the converter is reliably started both at low loads and at idle. When you connect the rated load, the output voltage drops to the rated voltage and the diode-transistor switch 17 is automatically turned off.
Отличие работы преобразователя на фиг.2 и 3 заключается лишь в том, что при срабатывании схемы 25 сравнения происходит закорачивание выходной обмотки. Дополнительная обмотка 16 (фиг.З) предназначена для согласования режима работы диодно-транзисторного ключа.The difference between the operation of the Converter in figure 2 and 3 is only that when the circuit 25 of the comparison occurs, the output winding is shorted. The additional winding 16 (Fig.Z) is designed to coordinate the operation mode of the diode-transistor switch.
Введение в известный преобразователь новых узлов и обеспечение с их помощью новых взаимосвязанных режимов работы позволяют сохранить в преобразователе высокие стабилизирующие свойства в номи7 нальном режиме и сформировать новые, а именно обеспечить работоспособность устройства при сбросе нагрузки и холостом ходе. Все это существенно расширяет область применения преобразователя.The introduction of new units into the well-known converter and the provision of new interconnected operating modes with their help make it possible to maintain high stabilizing properties in the converter in the nominal mode and form new ones, namely, to ensure the operability of the device during load shedding and idling. All this significantly expands the scope of the converter.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894754403A SU1721751A1 (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Single-stage stabilized dc converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894754403A SU1721751A1 (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Single-stage stabilized dc converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1721751A1 true SU1721751A1 (en) | 1992-03-23 |
Family
ID=21477170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU894754403A SU1721751A1 (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Single-stage stabilized dc converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1721751A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2115993C1 (en) * | 1995-07-18 | 1998-07-20 | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова | Secondary power supply |
-
1989
- 1989-10-31 SU SU894754403A patent/SU1721751A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР NJ 1327248, кл. Н 02 М 3/335, 1987. За вка JP № 59-37668, кл. Н 02 М 3/335, 1984. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2115993C1 (en) * | 1995-07-18 | 1998-07-20 | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова | Secondary power supply |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5940281A (en) | Switched-mode power supply with magnetic flux density control | |
| US3515974A (en) | Dc to dc power supply with isolated control circuit | |
| US4499530A (en) | Switching power supply apparatus | |
| CA1157518A (en) | Converter circuit providing isolation and load sensing | |
| RU2069444C1 (en) | Single-ended stabilizing dc voltage changer | |
| JP2563385B2 (en) | Switching regulator device | |
| SU1099362A2 (en) | Self-excited d.c. voltage converter with parametric stabilization of output voltage | |
| RU1783602C (en) | Single-cycle dc/dc converter | |
| SU1594664A1 (en) | D.c. to d.c. voltage converter | |
| RU2073303C1 (en) | Controllable two-stroke dc-to-dc converter | |
| SU1598076A1 (en) | Single-ended d.c. voltage converter | |
| SU1667207A1 (en) | Single-cycle d c/ d c voltage converter | |
| SU1525839A1 (en) | Single-ended dc voltage converter | |
| RU2014713C1 (en) | Stabilized voltage converter with digital microcircuits | |
| RU2016482C1 (en) | Single-cycle d c/d c converter | |
| SU928563A2 (en) | Controllable converter | |
| SU1141545A1 (en) | Transistor d.c.voltage converter | |
| RU2017202C1 (en) | Power source | |
| SU1515286A1 (en) | Single-ended self-excited d.c. voltage converter | |
| SU1647542A1 (en) | Dc voltage regulator | |
| SU1636973A1 (en) | Dc voltage converter | |
| SU936279A1 (en) | Stabilized dc-to-dc voltage converter | |
| SU1408423A1 (en) | Stabilized power supply source | |
| SU1758796A1 (en) | Single-ended constant voltage converter | |
| RU1778889C (en) | Dc voliage converter |