ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2076443 (13) C1

(51) 6 H02M3/335 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4910468/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.02.12 
(45) Опубликовано: 1997.03.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 978294, кл. H 02 M 3/338, 1981. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 
(72) Автор(ы): Дьяков С.Б.; Одров Н.Д.; Чучко В.Ф. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 

(54) ОДНОТАКТНЫЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Использование: источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, экономичный источник высокого напряжения для переносной аппаратуры. Цель изобретения: повышение надежности и снижение стоимости преобразователя. Сущность изобретения: устройство содержит источники постоянного напряжения 1, индуктивный накопитель 2, ключ 3, выпрямитель 4, управляемый модулятор 5, пороговый узел 6, источник опорного напряжения 7, два резистора 8 и 10, конденсатор 11, диод 12. Устройство обеспечивает импульсный режим работы источника опорного напряжения 7 при малом среднем токе. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, и может найти применение в качестве экономичного источника высокого напряжения, особенно в переносной аппаратуре.

Известны стабилизирующие однотактные преобразователи постоянного напряжения, основой которых являются индуктивный накопитель, электронный ключ, цепь обратной связи, схема импульсного управления электронным ключом (модулятор) и выпрямитель (обычно диодный).

Известен однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, выполненный по схеме автогенератора с "обратным включением диода", содержащий ключевой транзистор, управляющий вывод которого подключен через ограничительный резистор к обмотке обратной связи и к выходу порогового узла, состоящего из двух транзисторов разного типа проводимости и четырех резисторов, причем эмиттер первого транзистора соединен с входным выводом преобразователя, а коллектор через первый резистор с базой второго транзистора, эмиттер которого соединен с общим выводом преобразователя, причем между эмиттером первого и коллектором второго транзисторов включен второй резистор, коллектор второго транзистора образует выход порогового узла, а база первого его вход, к которому подключен один из выводов третьего резистора.

В этом преобразователе, с целью повышения КПД за счет исключения тока потребления в отключенном состоянии автогенератора, введен регулируемый источник опорного тока, включенный на входе порогового узла, который образует триггер Шмитта путем включения четвертого резистора между коллектором второго и базой первого транзисторов, причем второй вывод третьего резистора подключен к выходному выводу.

Недостатком данного преобразователя является снижение КПД, надежности и повышение стоимости при питании высоковольтных высокоомных цепей. Это обусловлено тем, что выход преобразователя связан по постоянному току через резистор обратной связи с источником опорного регулируемого тока и цепями транзисторов триггера Шмитта. Ток обратной связи протекает постоянно и должен быть не менее некоторого минимального значения, достаточного для обеспечения работоспособности преобразователя. При высокоомных нагрузках и повышенных напряжениях мощность, теряемая в цепи обратной связи, составляет значительную долю полезной мощности, т. е. КПД преобразователя существенно снижается. При уменьшении тока обратной связи возрастают тpебования к схемным элементам преобразователя, затраты на его изготовление и настройку, снижается надежность функционирования.

Цель изобретения повышение надежности и снижение стоимости преобразователя путем обеспечения номинального режима работы и взаимозаменяемости электрорадиоэлементов без дополнительной отбраковки.

Цель достигается тем, что в однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входные выводы, один из которых подключен к первому выводу индуктивного накопителя, другой вывод которого соединен с входом выпрямителя, второй вывод выпрямителя соединен с одним из выходных выводов, второй выходной вывод соединен с одним силовым выводом электронного ключа и другим входным выводом, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен через первый резистор с вторым входным выводом, пороговый узел, вход которого соединен с точкой соединения первого вывода источника опорного напряжения и первого резистора, а выход подключен к входу управляемого модулятора, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, введены диод, а также соединенные параллельно второй резистор и конденсатор, подключенные одними выводами к второму входному выводу, а другими выводами подключены к входу порогового узла и через диод к точке соединения первого вывода источника опорного напряжения с первым выводом первого резистора, второй вывод источника опорного напряжения подключен к точке соединения другого силового вывода электронного ключа и промежуточного вывода индуктивного накопителя, выполненного в виде автотрансформатора.

На фиг. 1 схематически изображен один из возможных вариантов исполнения преобразователя.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:

1 входные выводы;

2 индуктивный накопитель;

3 электронный ключ;

4 выпрямитель;

5 управляющий модулятор;

6 пороговый узел;

7 источник опорного напряжения;

8 первый резистор;

9 выходные выводы;

10 второй резистор;

11 конденсатор;

12 диод;

13 задающий генератор;

14 логическая схема 2 ИЛИ НЕ.

Преобразователь работает следующим образом.

В момент подачи напряжения на входные выводы от источника питания все напряжения и токи в схемах фиг. 1 и 2 нулевые. При уровне напряжения на конденсаторе 11 ниже порога переключения порогового узла с выхода последнего поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с модулятора 5 на управление ключом 3. При этом первый управляющий импульс обеспечивает открытое состояние ключа 3 в течение времени, определяемого генератором 13 модулятора 5. В течение этого времени через часть обмотки индуктивного накопителя 2, подключенную к выходным выводам 1, начинает протекать линейно-нарастающий ток

I=Uot/L,

где Uo напряжение источника питания;

L индуктивность обмотки;

t время.

В момент Tи (окончания импульса модулятора) ключ 3 закрывается и ток индуктивного накопителя 2 начинает протекать через выпрямитель 4 на выход 9. Если за первый импульс напряжение на первом выводе ключа 3 не достигнет уровня стабилизации источника опорного напряжения (например, при емкостном характере нагрузки), потенциал на входе порогового узла 6 оказывается меньше его порога сбрасывания и модулятор 5 через некоторое время паузы вырабатывает следующий импульс и далее процесс повторяется до момента, когда выходное напряжение ключа 3 превысит уровень пробоя источника опорного напряжения и через последний начинает протекать ток, заряжающий через диод 12 конденсатор 11. После того как напряжение на конденсаторе 11 превысит порог переключения порогового узла 6 последний вырабатывает потенциал, прекращающий подачу открывающих импульсов с модулятора 5 на вход ключа 3. Ключ 3 остается в закрытом состоянии на время разряда конденсатора 11 через резистор 10. После того как напряжение на конденсаторе 11 понизится до уровня переключения порогового узла 6, последний разрешает прохождение сигналов с модулятора 5 на ключ 3 и процессы далее протекают аналогично. Постоянная времени разряда конденсатора 11 выбирается меньше постоянной времени в цепи нагрузки. Поэтому колебания (пульсации) выходного напряжения могут быть обеспечены достаточно малыми. При этом средний уровень выходного напряжения будет определяться величиной

Uвых=(Uоп+Uр) K1 K2,

где Uоп уровень опорного напряжения;

Uр порог срабатывания порогового узла (обычно Uр<U);

K1 коэффициент передачи индуктивного накопителя;

K2 коэффициент передачи выпрямителя.

Поскольку величину Uоп, K1, K2 стабильны, а Uр<U выходное напряжение преобразователя поддерживается с достаточной стабильностью. Ток через источник опорного напряжения близок к области номинальных значений и протекает только в течение коротких интервалов времени, поэтому заявляемое решение обладает более высокой надежностью по сравнению с прототипом и не требует отбора электрорадиоэлементов, что снижает стоимость его изготовления. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Однотактный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входные выводы, один из которых подключен к первому выводу индуктивного накопителя, другой вывод которого соединен с входом выпрямителя, второй вывод выпрямителя соединен с одним из выходных выводов, второй выходной вывод с одним силовым выводом электронного ключа и другим входным выводом, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен через первый резистор с вторым входным выводом, пороговый узел, вход которого соединен с точкой соединения первого вывода источника опорного напряжения и первого резистора, а выход подключен к входу управляемого модулятора, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения стоимости преобразователя, введены диод, а также соединенные параллельно второй резистор и конденсатор, подключенные одними выводами к второму входному выводу, а другими выводами к входу порогового узла и через диод к точке соединения первого вывода источника опорного напряжения с первым выводом первого резистора, второй вывод источника опорного напряжения подключен к точке соединения другого силового вывода электронного ключа и промежуточного вывода индуктивного накопителя, выполненного в виде автотрансформатора.