Импульсный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

Союз Советсник

Социанистичесни» республик

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («>909670 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Зая влено 15. 07. 80 (21) 2956976/24-0 7

{53)м. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 05 F 1/64

3ЪеудараэенныИ камнтвт

CCCP ав двлэм нэабретеннй н открытий

Опубликовано 28.02i82. Бюллетень М 8

{53) УДК 621 ° 316.. .722.1(088.8) Дата опубликования описания 28.02.82 (72) Автор изобретения

В.И. Осадчий ( (Особое конструкторское бюро институт космических исследований АН СССР

М, »,.„, (7l ) Заявитель (54 ) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электро" технике и может быть использовано в цепях питания различных радиотехнических устройств.

Известны импульсные стабилизированные преобразователи постоянного напряжения, совмещающие в одном устройстве функции стабилизации и преобразования напряжения источника питания 1 .

Наиболее близким .по технической сущности к предлагаемому является импульсный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий накопительный дроссель, выходной трансформатор, два переключающих транзистора, емкостный .делитель выходного напряжения, к средней точке которого подключен один из выводов первичной обмотки выходного трансформатора, модулятор длительности импульсов, подключенный входом к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора, одним выводом - к базе одного переключающего транзистора, а другим выходом — к базе другого переключающего транзистора.

Условием нормальной работы устройства является недопустимость одновременного закрытого состояния переключающих транзисторов. В момент одновременного открытого сос10, тояния переключающих транзисторов токи их коллекторов направлены через секции первичной обмотки трансформатора встречно. Поэтому напряжение на первичной обмотке отсутствует и все выходное напряжение прикладывается к накопительному дросселю, что приводит к накоплению в нем магнитной энергии. При очередном запирании одного из переключающих транзисторов к соответствующей секции первичной обмотки трансформатора прикладывается сумма ЭДС самоиндукции на дросселе и выходного. напряжения питания. Если напряже4 транзисторов мультивибратора, двух делителей на резисторах в целях эмиттеров транзисторов управляемых сопротивлений, источника опорного напряжения в цепях без транзисторов управляемых сопротивлений, подключенные к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора.

На чертеже представлена принципиальная схема импульсного стабилизированного преобразователя постоянного напряжения.

В устройстве накопительный дроссель 1 одним из крайних выводов под-.. ключен к коллектору переключающего транзистора, выполненного составным на транзисторах типа n -p-n 2,3, при этом эмиттер переключающего транзистора 2 соединен с отрицательной шиной питания и отрицательным полюсом конденсатора 4 верхнего плеча емкостного делителя, а его база соединена с эмиттером согласующего транзистора 3. Другим крайним выводом накопительный дроссель 1 подключен к эмиттеру переключакицего транзистора, выполненного составным на транзисторах типа n — р — n 5, 6, при этом коллектор переключающего тран-, зистора 5 соединен с положительной шиной питания, эмиттером согласующего транзистора 6 типа р -n- p u положительным полюсом конденсатора

7 нижнего плеча емкостного делителя, а его база — c коллектором согласующего транзистора 6. Средняя точка дросселя 1 подключена к выводу первичной обмотки 8 выходного транс" форматора, а другой вывод которой подключен к средней точке емкостного делителя на конденсаторах 4 и 7.

К положительной шине питания подключены эмиттеры транзисторов 9 и 10 типа -n-p симметричного мультивибратора 11, эмиттеры транзисторов 12 и )3 типа р -й-р ждущего мультивибратора )4 с времязадающим конденсатором .15, подключенным к коллектору транзистора 12 и другим выводом — к базе транзистора 13 и коллектору времязадающего сопротивления на транзисторе 16 типап -p- и и эмиттеры транзисторов 17 и 18 типа р -tt-p ждущего мультивибратора 19 с времязадающим конденсатором 20, подключенным к коллектору транзистора 17 и другим выводом — к базе транзистора 18 и коллектору времязадающего сопротивления на транзисторе 21 типа л -p- n.

909670 ние питания колеблется в широких пределах, то, изменяя время .одновременного нахождения переключающих транзисторов в открытом состоянии (т.е. время перекрытия) при постоянном периоде переключений, можно изменить ЭДС самоиндукции накопительного дросселя таким образом, что сумма ЭДС самоиндукции дросселя и выходного напряжения питания оставалась бы постоянной. Следовательно, остаются постоянными амплитуда переменного напряжения на первинной обмотке трансформатора и выпрямленные напряжения на вторичных обмотках, уровень которых зависит от коэффициентов трансформации 21.

К недостаткам известного устройства относится то, что намагничивание сердечника выходного трансформатора из-за разности токов коллекторов переключающих транзисторов, находящихся одновременно в открытом состоянии (в рассматриваемом устройстве с целью выравнивания токов коллекторов в цепи эмиттеров переключающих транзисторов включены выравнивающие резисторы, что приводит к дополнительным потерям мощности), а также потери мощности на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора, когда переключающие транзисторы одновременно находятся в открытом состоянии, и увеличенные размеры трансформатора из-за наличия двух секций первичной об35 мотки трансформатора.

Цель изобретения — исключение возможности намагничивания сердечника трансформатора и увеличение КПД.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве накопительный дроссель включен по автотрансформаторной схеме, крайние выводы накопительного дросселя через коллекторные переходы переключающих транзисторов подключены к шинам питания стабилизатора, а средняя точка накопительного дросселя соединена с другим выводом первичной обмотки выходного

50 трансформатора.

Иодулятор длительности состоит из мультивибратора, используемого в качестве задающего генератора, двух ждущих мультивибраторов, соединенных входами с выходами мультивибратора через пусковые конденсаторы и имеющих управляемые сопротивления на транзисторах в цепях баэ основных

5 909670 6

Коллектор транзистора 9 мультивибра- зистор 33 смещения йоступает отрицатора ll соединен через пусковой кон- тельное напряжение, а на у а на баз согласуденсатор 22 с базой транзистора 17 |ощего транзистора 3 с коллектора ждущего мультивибратора 19, а кол- открытого транзистора 13 через резисл ктор тр нзистора 10 соединен че- тор 32 смещения †ноложит жое нарез другой пусковой конденсатор 23 пряжение, в результате чего оба сосс базой транзистора 12 ждущего муль- тавных переключающих транзистора тивибратора 14.. Базы управляемых со- 2, 3, и 5, 6 открываются и входят противлений на транзисторах 16 и 21 . в режим насыщения. В дросселе 1 по:соединены с катодом.стабилитрона ip является ток и в нем ем накапливается

24 источника опорного напряжения, магнитная энергия. Напряжение на соединенного анодом с резисторами в обмотке 8 выходного трансформатора цепях коллекторов транзисторов муль- равно нулю, так.как потенциалы средосселя тивибраторов li, 14 и 19 и отрица- них точек накопительного дроссел тельной шиной питания, а также пус- lg l и емкостного делителя на конденковым резистором 25, соединенным с саторах 4 и 7 равны. отрицательной шиной питания. Эмит- Переключающи р е т анзисторы 2 и 5. тер управляемого сопротивления на находятся в открытом состоянии очень транзисторе 16 соединен со среднеи короткое врем, т емя так как одновременточкой делителя на резисторах 26 2О но запускается симметричный мультии 27 измерительного элемента, при вибратор 11 (со скважностью импульэтом резистор 27 нижнего плеча де- сов, равной двум) . Допустим, что в лителя соединен с отрицательным по- первый момент транэ р у анэисто 10 мультилюсом выпрямителя 28, подключенно вибратора 11 закроется, а транзистор

ro к вторичной обмотке 29 выход- д 9 — откроется. В момент заряда пус ного трансформатора, и отрицатель- кового конденсатор о а 23 к базе транной шиной питания, а резистор 26 " зистора 12 ждущего мультивибратора с положительным полюсом выпрямите- 14 будет приложено отрицательное наля 29. Эмиттер управляемого сопротив- пряженпе и транзистор 12 откроется, ления на транзисторе 21 соединен со Зр а транзистор 13 закроется, т.е. просредней точкой другого делителя на изоидет запуск ждущ ск его мультивибрарезисторах 30 и 31 измерительного тора 14. Ждущн у и м льтивибратор 19 ос элемента, при этом резистор 31 ниж- тается в том же устойчивом сосТОВко енсато 22 него плеча делителя соединен с отри- нии.. Если же пусковой нд р цательным полюсом выпрямителя 28, а был уже предварительно заряжен, то резистор 30 — с положительным по- напряжение на нем приложится к транлюсом выпрямителя 28. База согласу- зистору 17 и запирающем направлении ющего транзистора 3 подключена через и подтвердит его закрытое. состояние. резистор 32 смещения к коллектору транзистора 13 ждущего мультивибра- gp мультивибратора закроется, то закротора 14, а база согласующего транзис- ется и составной переключающий трантора 6 подключена через резистор зистор 2, 3 (г . уд его база б дет закоро-.

33 смещения.к коллектору транзис- чена через резистор 32 смещения и тора 17 ждущего мультивибратора 19 ° резистор в цепи коллектора транзисИмпульсный стабилизированныи пре- <> тора 13 с минусовой о а 1 с мин совой шиной питания) . образователь постоянного напряжения В накопительном дроссел осселе 1 воэникработает следующим образом. нет ЭДС самоиндукции. В результате

При включении напряжения питания напряжение на нижней секции обмотки на базы управляемых .сопротивлений (определяемое коэффици еляемое коэй ЪициенToM автона транзисторах 16 и 21 подается че- трансформации) накопительного дросрез пусковой.резистор 25 положитель- селя будет склады я б ет скл ываться с напряженое напряжение, отпирающее эти тран- нием на конденсаторе 7(равном полозисторы, что приводит оба ждущих вине напряжения питания) и прикламультивибратора в устойчивое состоя- дываться к первичной о дичкой обмотке 8 выходние, при.котором транзисторы 12 и 17 ного трансформатора через открытый закрыты, а транзисторы 13 и 18-- от- переключающий транзистор S. крыты. Вследствие этого на базу согла- Во вторичных обмотках выходного сующего транзистора 6 с коллектора трансформатора (в том в том числе на обзакрытого транзистора 17 через ре- мотке 29) наводятся ЭДС.с амплитуда7 90967 ми прямо пропорциональными коэффициентам трансформации. Через выпрямитель 28 зарядится конденсатор фильтра и на измерительный элемент моду" лятора длительности (делители на резисторах 26, 27 и 30, 31 и источ" ник опорного напряжения на стабилитроне 24) поступит напряжение. После разряда времязадающего конденсатора

15 7до напряжения отпирания транзис- I0 тора 13) транзистор 13 открывается, а транзистор 12 закрывается и вновь оба ждущих мультивибратора 14 и 19 будут находиться в устойчивом состоянии, а переключающие транзисторы 1д

2 и 5 — в открытом состоянии, при этом в дросселе 1 будет накапливаться магнитная, энергия.

В следующий полупериод формирования переменного напряжения на первичной обмотке закроется транзистор 9, а транзистор 10 мультивибратора 11 откроется. Соответственно, транзистор 17 ждущего мультивибратора 14 откроется,так как через пусковой конденсатор 22 к базе транзистора 17 прикладывается отрицательное напряжение. Щцущий мульти-. вибратор 14 остается в том же устойчивом состоянии. 30

В результате переключающий составной транзистор 5, 6 закроется, так как его база будет закорочена через резистор 33 смещения и открытый транзистор 17 на положительную шину питания. В накопительном дросселе 1 возникнет ЭДС самоиндукции и напряжение на верхней секции его обмотки 1,определяемое коэффициентом автотрансформапии) будет складывать. ся с напряжением на конденсаторе 4 равным половине напряжения питания) и прикладываться к первичной обмотке

6 выходного трансформатора через открытый переключающий транзистор

2. Полярность напряжения на первичной обмотке будет противоположной по-, лярности напряжения в предыдущем полупериоде.

После разряда времязадающего кон50 денсатора 20 (до напряжения отпирания транзистора 18) транзистор 18 открывается, а транзистор 17 закрывается и вновь оба ждущих мультивибратора 14 и 19 будут находиться в

55 устойчивом состоянии, а переключающие транзисторы 2 и 5 — в открытом состоянии, а в дросселе 1 накапливаться магнитная энергия. В следу0 8 ющий полупериод весь процесс повторится и на первичной обмотке 8 будет наблюдаться переменное напряжение с паузами между импульсами.

Если в установившемся режиме работы возрастает напряжение питания и, соответственно, напряжение на выходах выпрямителей (в том числе выпрямителя 28), подключенных к вторичным обмоткам выходного трансформатора, то увеличатся падения напряжений на резисторах 27 и 31 измерительного элемента (pea делителя на резисторах установлены с целью подбора режима работы управляемых сопротивлений на транзисторах 16 и

21 при различии их параметров) . Токи коллекторов управляемых сопротивлений на транзисторах 16 и 21 уменьшатся, так как резисторы 27 и 31 находятся в цепях их эмиттеров, а потенциал их баз постоянен и определяется стабилитроном 24. Поэтому времязадающие конденсаторы 15 и 20 будут разряжаться медленнее. Вследствие этого транзистор 13 будет находиться в закрытом состоянии, а транзистор 17 — в открытом большее время. Соответственно, переключающие транзисторы 2 и 5 будут поочередно находиться в закрытом состоянии большее время, а одновременно в открытом состоянии меньшее время. В результате этого в дросселе 1 будет накапливаться .меньше магнитной энергии и напряжение на секциях обмотки его (когда один из переключающих транзисторов закрыт) будет меньшей амплитуды и сумма этого напряжения с напряжением на конденсаторе 4 или

7 не изменится.

Таким образом, к первичной обмотке

8 выходного трансформатора будет прикладываться сумма напряжений на верхней секции обмотки дросселя и на конденсаторе 4 в один из полупериодов и сумма напряжений, по другой полярности, на нижней секции обмотки дросселя 1 и на конденсаторе 7 в другой из полупериодов. При изменении входного напряжения амплитуда импульсов напряжения на первичной обмотке 8 выходного трансформатора останется постоянной, но изменяется длительность пауз между импульсамие

Использование предлагаемого изобретения позволяет устранить намагни90967

Формула изобретения

9 чивание сердечника трансформатора и увеличить КПД на 37.

1. Импульсный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, .содержащий накопительный дроссель, выходной. трансформатор, to два. переключающих транзистора, емкостный делитель выходного напряжения, к средней точке которого подключен один из выводов первичной обмотки выходного трансформатора, модулятор длительности импульсов, подключенный входом к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора, одним выходом — к базе одного переключающего транзистора, . 20 а другим выходом — к базе другого переключающего транзистора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью исключения намагничивания сердечника трансформатора и уве- 25 личения КПД, накопительный дроссель включен по автотрансформаторной схе" ме, крайние выводы накопительного дросселя через коллекторные переходы переключающих .транзисторов под" 39 ключены к шинам питания стабнлиза0 lO тора, а средняя точка накопительного дросселя соединена с другим выводом первичной- обмотки выходного трансформатора.

2. Преобразователь по и. l, о.тл.и ч а ю шийся. тем, что моду" лятор длительности. импульсов состоит-из мультивибратора,- используемого в качестве задающего .генератора, двух ждущих мультивибраторов; соединенных входами с выходами мультивибратора через пусковые конденсаторы и имеющих .управляемые сопротивления. на транзисторах в цепях- 6es основных транзисторов-мультивибраторов., двух делителей на резисторах в цепях эииттеров .транзисторов управляемых сопротивлений, источника опорного напряжения в цепях без тран, зисторов управляемых. сопротивлений, подключенных к выпрямителю вторичной обмотки выходного трансформатора.

Источники информаций, принятые во внимание при экспеертиэе

1. Авторское свидетельство СССР

М 591845, кл. G 05 F l/56, 1975.

2. Электронная техника и автоматика. Сб. статей Под ред. 1О.И.Конева, M., "Советское радио", 1972, вып. 3, с. 137.