Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

(5) р,ОБРЕ В 977, М 7, с. 56 - 57,етельство СССР3 К 17/60, 1988. г 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Нижегородскиский иНститут рад(54) СТАбИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Использование: вторичные источники питания радиоэлектронной аппаратуры, Сущность изобретения: устройство содержит силовую часть 1, ключевой транзистор 2, резисторы 3 и 4, диод 5,.дроссель 6 и блок 7 управления, содержащий транзистор 10, дополнительный транзистор 11, трансформатор 12, диод 13, резистор 14,.широтно-импульсный модулятор 15, делитель 16 напряжения и пороговый элемент 17. Повышен КПД за счет исключения токоограничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе 6 и передачи энергии для включения ключевого транзистора 2. За счет шунтирования управляющего перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапряжения на укаэанном переходе. 3 ил.Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при создании вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры,Известен электронный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, три диода, три резистора.и блок управления, включающий а себя транзистор, трансформатор с тремя обмотками, резистор и диод,Недостатком данного ключа является значительная задержка выключения ключевого транзистора вследствие протекания паразитного отпирающего тока в базовой цепи из-за наличия барьерной емкости фиксирующего диода. Из-за протекания этого тока увеличивается время спада ключевого транзистора, увеличиваются динамические потери, и, как следствие, снижаются КПД и надежность электронного транзисторного ключа. Другим недостатком рассматриваемого преобразователя являются его низкие частотные свойства (или быстродействие), Это объясняется тем, что ключевой транзистор имеет большие времена выключения из-за пассивного его выключения.Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является электронный транзисторный ключ, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, ключевой транзистор, токозадающий резистор, первый диод, фиксирующий диод, обратный диод, накопительный дроссель. - трансформатор и два резистора, причем анод обратного диода подключен к базе ключевого транзистора, первый вывод токо- задающего резистора соединен с первым выходом блока управления, а второй вывод - с анодом фиксирую;цего диода, коллектор ключевого транзистора через нагрузку соединен с первой шиной питания и вторым выходом блока управления, первичная обмотка накопительного дросселя-трансфор. матора включена между катодом фиксирующего диода и коллектором ключевого транзистора, а его вторичная обмотка подключена к база-эмиттерному переходу ключевого транзистора через последовательно соединенные первый диод и первый резистор, второй резистор включен между . анодом фиксирующего диода и базой ключевого транзистора, катод обратного диода соединен с первым выходом блока управления.Одним из недостатков указанного ключа являются невысокие удельные массогабаритные показатели вследствие использования большого числа элементов, а также наличие дросселя-трансформатора, имеющего большиегабариты для обеспече ния надежной гальванической развязки высоковольтной коллекторной и низковольтной базовой цепей ключевого транзистора 7, особенно при построении ключевых преобразователей напряжения промышленных сетей (220/380 К), Кроме того, описанный. электронный транзисторный ключ имеет низкий КПД из-за наличия токоограничительных цепей запаса энергии,Кроме того, ключ имеет невысокие частоты преобразования, особенно при высо 10 ком напряжении. на шинахпитания, ограничиваемые частотными свойствами фиксирующего диода Цель изобретения - повышение КПД и надежности,.На фиг, 1 приведена схема стабилизированного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - диаграммы напряСтабилизированный преобразователь постоянного напряжения содержит силовую часть 1, ключевой транзистор 2, первый 3 и второй 4 резисторы, диод 5, дроссвль 6 и блок 7 управления, снабженный первым 8 и вторым 9 питающими входами, содержащий транзистор 10, дополнительный транзистор 11, трансформатор 12, первичная обмотка которого снабжена отводом, диод 13, резистор 14, широтно-импульсный моду 30 лятор 15 с генератором пилообразного напряжения с крутым срезом; делитель 16 напряжения и пороговый элемент 17.Первый выход блока 7 управления соединен с началом вторичной обмотки трансформатора 12 блока управления и первым выводом резистора 3, второй выход блока 7 управления соединен с концом вторичной обмотки трансформатора 12 блока управления и первым выводом резистора 4, змитте 40 ром ключевого транзистора 2 и одним из входов силовой части 1, другой вход которой соединен с коллектором ключевого транэистора 2, база которого соединен с другими выводами резисторов 3 и 4, третий выход блока 7 управления соединен с коллектором дополнительного транзистора 11 блока 7 управления и анодом диода 5, катод которого соединен с одним из выводов дросселя 6, другой вывод которого соединен с четвертым выходом блока 7 управления, с которым соединен коллектор транзистора 10 и конец первичной обмотки трансформатора 12 блока 7 управления, Начало первичной обмотки трансформатооа 12 соединено с катодом диода 13, анод которого через резистор 14 соединен с выходом порогового элемента 17 и базой дополнительного транзистора 11, отвод первичной обмотки транзистора 12 соединен с эмиттером дополнительного 20 жений и токов, поясняющие работу схемытранзистора 11, одним из входов делителя 16 напряжение с крутым срезом, которое пода. напряжения и первым питающим входом, ется на первый вход порогового элемент блока 7 управления, другой вход делителя 17, В соответствии с уровнем напряжения, 16 напряжения соединен с эмиттером тран- формируемого с делителя 16 напряжения, зистора 10 и вторым питающим входом 9 5 пороговый элемент 17 на выходе илеег низ блока 7 управления. кий уровень напряжения в ингервэлы вреВход широтно-импульсного модулятора мени т 1 - т 215 соединен с управляющим входом блока В момент т открывается транзистор 11, 7 управления, с которым соединен выход В интервалы временито - 12 часть первичной силовой части 1, первый выход - с базой 10 обмотки трансформатора 12 блока 7 управтранэистора 10, а второй выход - с первым ления подключена к .источнику вспомогэвходом порогового элемента 17, второй тельного напряжения - клеммы 8 и 9, Г 1 ри вход которого соединен с выходом делителя этом на вторичной обмотке трансформатора 16 напряжения. 12 наводится ЭДС и через база-эмиттерныйНа фиг, 2 обозначены: 15 переход ключевого транзистора протекает 18 - напряжение на первом выходе ши- прямой ток, в основном определяемый соротно-импульсного модулятора 15; противлением резистора 3. Транзистор 219 - напряжение на первом и втором переходит в состояние высокой проводимовходах порогового элемента 17, сти (открытое состояние). В интервал време 20 - напряжение на выходе порогового 20 ни т 1 - т 2 включенного дополнительного элемента 17; транзистора 11 происходит накопление21 - напряжение на переходе коллек- энергии в дросселе 6 за счет тока, протекатор-эмиттер транзистора 10; ющего по цепи: коллекторно-эмиттерный22 - ток через дроссель 6; . переход дополнительного транзистора 11 - 23 - ток намагничивания (холостого хо диод 5 - дроссель 6 - коллекторно-эмиттерда) сердечника трансформатора 12, приве- ный переход транзистора 10, К моменту вреденный к части первичной обмотки от мени тг ток в дросселе 6 и ток отвода до конца намагничивания сердечника трансформато 24 - ток через часть первичной обмотки ра достигают максимальных значений соотот начала до отвода; 30 ветственно 1 др макс и 1 ю макс25 - напряжение на вторичной обмотке В момент времени т 2 транзистор 10 затрансформатора 12; крывается и ток намагничивания трансфор 26 - токчерезчастьпервичнойобмотки матора 12 начинает протекать по двум трансформатора 12 от отвода до конца; цепям; вторичная обмотка трансформатора27-токчерезвторичнуюобмоткутранс - параллельная цепь, образованная резиформатора 12, стором 4, и база - эмиттерный переход клюСущность изобретения состоит в том, чевого транзистора 2 - резистор 3; часть что.за счет исключения база-коллекторной первичной обмотки трансформатора 12 - связи и формирования выключающего им- эмиттерно-базовый переход дополнительпульса тока ключевого транзистора задан ного транзистора 11 - резистор 14 - диод 13. ной длительности через первичную обмотку Токи в этих цепях распределяются в сотрансформатора блока управления обеспе- . ответствии с индуктивностями обмоток и чивается повышение КПД, надежности при общим активным сопротивлением этих цеобщем упрощении схемы электронного пей. При этом дополнительный транзистор транзисторного ключа стабилизированного 45 11 поддерживается во включенном состоя- преобразователя постоянного напряжения, нии в интервал времени т 2 - т 4, т.е. того, расширение диапазона изменений питаю- времени, пока ток намагничивания сердечщих напряжений. ника трансформатора не спадает до нуля.Стабилизированный преобразовательЭто обеспечивает протекание тока дросселя постоянного напряжения работает следую 6 в интервале времени т 2 - тз по цепи; четщим образом. вертый выход блока 7 управления - частьШиротно-импульсный модулятор первичной обмотки трансформатора 12 - (ШИМ) 15 с генератором пилообразного на- эмиттерно-коллекторный переход дополнипряжения с крутым срезом блока 7 управле- тельного транзистора 11 - диод 5, Этот ток ния формирует управляющий сигнал для 55 наводит ток во вторичной обмотке транс- включения транзистора 10, длительность. форматора 12, который протекает потойже которого зависит от уровня выходного на- цепи и в том же направлении, что и 1 р. Кроме пряжения силовой части 1, например то - т 2 того, ток дросселя, протекающий по первич(см. эпюру 18 фиг, 2). При этом на втором ной обмотке трансформатора 12, наводит выходе ШИМ формируется пилообразное также ток в другую часть первичной обмот 11746490 55 ки, протекающий через диод 13, Ток дросселя распределяется по указанным цепям в тех же соотношениях, что и ток намагничивания. Под действием этих токов формируется обратное напряжение необходимой величины для форсированного выключения ключевого транзистора 2,В момент времени тз ток дросселя 6 и в момент времени 14 и ток намагничивания 1 р трансформатора 12 спадает до нуля, т.е, сердечники трансформатора 12 и дросселя 6 полностью размагничиваются,С момента времени Т процессы повто- ряются аналогично описанным выше,За счет исключения токоограничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе 6 и передачи энергии для включения ключевого транзистора 2 достигается повышение КПД. Кроме того, за счет шунтирования база-эмиттерного перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапряжения на указанном переходе и на переходе коллектор-эмиттер транзистора 10 блока 7 управления, Организация цепей накопления энергии в дросселе 6 от вспомогательного источника позволила упростить схему электронного транзисторного ключа, уменьшить обратное напряжение на последовательно включенном с дросселем 6 диоде 5 до величины, близкой к нулю, выполнить дроссель однообмоточным.В схеме обеспечивается формирование почти одинаковых (так как др) выключающих импульсов напряжения ключевого транзистора 2 в широком диапазоне изменений коэффициента заполнения управляющих импульсов за счет фиксированного по длительности подключения дросселя 6 к источнику вспомогательного напряжения, Это позволяет обеспечить одинаково эффективное выключение ключевого транзистора в широком диапазоне изменений питающего напряжения, не расходуя лишней энергии при больших коэффициентах заполнения управляющих импульсов для формированного выключения ключевого транзистора 2,Ф.ормула изобретенияСтабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовую часть, ключевой транзистор, первый и второй резисторы, диод, дроссель и блок управления, снабженный первым и вторым питающими входами, включающий в себя транзистор и трансформатор, конец первичной обмотки которого подключен к коллектору транзистора, а вторичная обмотками 5 вывода подключена к первому и второмувыходам блока управления, эмиттер транзистора соединен с вторым питающим входом .блока управления, причем первый вывод первого резистора соединен с первым выхо дом блока управления, а первый вывод второго резистора - с вторым выходом блока управления, эмиттером ключевого транзистора и одним из входов силовой части, другой вход которой соединен с коллектором 15 ключевого транзистора. катод диода соединен с одним из выводов дросселя, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в блок управления введены дополнительный транзистор, резистор, ди од, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения с крутым срезом, пороговый элемент, делитель напряжения, кроме того, блок управления снабжен третьим и четвертым 25 выходами, а первичная обмотка трансформатора блока управления снабжена отводом, с которым соединены первый питающий вход блока управления, эмиттер дополнительного транзистора и один из 30 входов. делителя напряжения, начало первичной обмотки трансформатора соединено с катодом диода, анод которого через резистор соединен с выходом порогового элемента и базой дополнительного 35 транзистора, коллектор которого соединенс третьим выходом блока управления, коллектор транзисторэ соединен с четвертым выходом блока управления, другой вход делителя напряжения соединен с вторым пи тающим входом блока управления, первыйвыход широтно-импульсного модулятора соединен с базой транзистора, второй выход - с первым входом порогового элемента. а вход - с управляющим входом блока 45 управления, второй вход порогового элемента соединен с выходом делителя напряжения, причем анод диода соединен с третьим выходом блока управления, а другой вывод дросселя - с четвертым выходом 50 блока управления, вторые выводы резисторов соединены с базой ключевого транзистора, выход силовой части соединен с управляющим входом блока управления,1746490 ЖЮ г. Составитель Л,Лукьвнова ехред М,Моргентал Корректо Ред В, анк Пожо аказ ий комбинат "Патент", г. Ужгоро одственно-издате, 101 агар 2401 ТиражИИПИ Государственного комитета по изоб113035, Москва, Ж, Ра ТОН ИЯМ кЗЯ нЗ диСноЕоткрытиям при ГКНТ