ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2035117 (13) C1

(51) 6 H02M3/335 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 5041959/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.05.14 
(45) Опубликовано: 1995.05.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 1244761, кл. H 02M 3/335, 1984. Патент Франции N 2575617, кл. H 02M 3/335, опублик. 1978. Патент Японии N 60-18190, кл. H 02M 3/335, опублик. 1985. 
(71) Заявитель(и): Пономарев Игорь Григорьевич; Мясников Александр Геннадьевич; Коломиец Виталий Никитич; Коломиец Олег Витальевич 
(72) Автор(ы): Пономарев Игорь Григорьевич; Мясников Александр Геннадьевич; Коломиец Виталий Никитич; Коломиец Олег Витальевич 
(73) Патентообладатель(и): Пономарев Игорь Григорьевич; Мясников Александр Геннадьевич; Коломиец Виталий Никитич; Коломиец Олег Витальевич 

(54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Изобретение позволяет повысить КПД и надежность преобразователя путем сокращения промежутка времени, в течение которого силовой транзистор работает в активном режиме. Преобразователь работает в режиме автогенератора, в котором при открытом транзисторе 1 дроссель 3 накапливает энергию, а после его закрывания отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 19. При открытом транзисторе 1 в момент, когда линейно нарастающий ток достигает уровня, при котором напряжение на резисторе 5 вызывает открывание стабилитрона 9, начинается уменьшение входного тока транзистора 1. В результате действия отрицательной обратной связи транзистор 1 начинает закрываться и в этот момент начинает действовать положительная обратная связь по цепи: транзистор 1 - обмотка 12 дросселя 3 - резистор 10 и форсирующая цепочка 11 - транзистор 1. При этом благодаря тому, что отрицательная обратная связь ослаблена омическим сопротивлением цепочки стабилитрон 9 - резистор 8, а положительная обратная связь усилена применением форсирующей цепочки 11 включение транзистора 1 происходит за короткое время без задержки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания, в частности в сетевых источниках питания небольшой мощности до 1 Вт.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, первичная обмотка которого включена последовательно с силовым транзистором, выходную цепь, цепь положительной обратной связи, цепь контроля выходного напряжения и цепь активного запирания силового транзистора [1] Недостаток такого преобразователя связан с отсутствием цепи контроля тока во входной цепи, что является причиной низкой надежности и относительно невысокого КПД преобразователя. К тому же схема преобразователя отличается относительной сложностью, что также вызывает снижение надежности преобразователя и увеличение его стоимости.

Известен также однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, силовой транзистор, выходную цепь, цепь контроля входного тока, цепь положительной обратной связи, цепь контроля выходного напряжения и цепь активного запирания силового транзистора [2] К недостаткам такого преобразователя следует отнести его неустойчивую работу при изменении нагрузки, вызванную взаимным влиянием цепей контроля входного тока и выходного напряжения. Это приводит к снижению его надежности, увеличению пульсаций выходного напряжения и росту генерируемых электромагнитных помех. Кроме того, преобразователь отличается относительной схемной сложностью.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является преобразователь. Он содержит дроссель, первичная обмотка которого включена последовательно с силовым транзистором и резистивным датчиком тока, управляющий транзистор, вход которого включен параллельно с датчиком тока, а коллектор соединен с базой силового транзистора, цепь положительной обратной связи, подключенную ко входу силового транзистора, выходную цепь и цепь стабилизации выходного напряжения [3] Недостаток такого преобразователя связан с действием сильной отрицательной обратной связи в момент, когда сигнал датчика тока открывает управляющий транзистор. Это приводит к появлению горизонтального участка на кривой входного тока, причем силовой транзистор в течение времени от начала действия отрицательной обратной связи до момента выключения работает в активном режиме. В результате этого резко увеличивается мощность, рассеиваемая силовым транзистором, что в свою очередь приводит к снижению КПД и надежности преобразователя.

В основу изобретения поставлена задача создания однотактного преобразователя постоянного напряжения, в котором путем введения дополнительных элементов удалось исключить временной промежуток, в течение которого силовой транзистор работает в активном режиме, и благодаря этому повысить КПД и надежность преобразователя.

Поставленная задача решена тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, первичная обмотка которого одним выводом электрически связана с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом соединена с коллектором транзистора, эмиттер которого через первый резистор подключен к второму входному выводу преобразователя, управляющая обмотка дросселя через второй резистор включена между базой и эмиттером транзистора, вторичная обмотка дросселя через диод подключена к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, и параметрический стабилизатор выходного напряжения, согласно изобретению, введены стабилитрон, который включен через дополнительный резистор между базой транзистора и вторым входным выводом преобразователя, и форсирующая цепочка, включенная параллельно со вторым резистором.

Целесообразно в указанном однотактном преобразователе постоянного напряжения в качестве форсирующей цепочки использовать последовательную RC-цепочку.

В указанном однотактном преобразователе постоянного напряжения в качестве форсирующей цепочки может быть также использован диод.

По сравнению с устройством-прототипом в предлагаемом преобразователе отрицательная обратная связь, действующая в момент закрывания силового транзистора, ослаблена путем введения стабилитрона и резистора, а положительная обратная связь усилена введением форсирующей цепочки, в результате чего выключение транзистора происходит за короткое время без задержки. Это дает возможность повысить КПД и надежность преобразователя.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит транзистор 1, коллектор которого через первичную обмотку 2 дросселя 3 подключен к входному выводу 4 преобразователя, а эмиттер через резистор 5 подключен к входному выводу 6. База транзистора 1 через пусковой резистор 7 соединена с входным выводом 4, через резистор 8 и стабилитрон 9 с входным выводом 6, а через резистор 10, параллельно с которым включена форсирующая цепочка 11, в качестве которой может быть использована последовательная RC-цепочка или диод, и управляющую обмотку 12 дросселя 3 с эмиттером транзистора 1. Вторичная обмотка 13 дросселя 3 через диод 14 подключена к фильтрующему конденсатору 15 и параметрическому стабилизатору 16 выходного напряжения. В качестве первичного источника питания может быть использован сетевой выпрямитель 17, в состав которого может входить фильтрующий конденсатор 18. Позицией 19 на фиг. 1 обозначена нагрузка преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи, осуществляемой по цепи: транзистор 1 обмотка 2 дросселя 3 обмотка 12 дросселя 3 резистор 10 и форсирующая цепочка 11 транзистор 1 устройство работает в режиме автогенератора, возбуждение колебаний которого осуществляется автоматически, причем использование пускового резистора 7 повышает надежность его запуска.

В момент to возбуждения колебаний транзистор 1 открывается, к обмотке 2 дросселя 3 прикладывается напряжение u1 (фиг. 2) и через обмотку 2, транзистор 1 и резистор 5 начинает протекать линейно нарастающий ток i1, увеличивая напряжение u2 на резисторе 5. В момент t1, когда напряжение u2 достигает уровня Uп, стабилитрон 9 открывается и напряжение U2 через стабилитрон 9 и резистор 8 поступает на базу транзистора 1, входной ток которого при этом уменьшается. В результате действия отрицательной обратной связи транзистор 1 начинает закрываться и в этот момент начинает действовать положительная обратная связь. При этом благодаря тому, что отрицательная обратная связь ослаблена омическим сопротивлением цепочки: стабилитрон 9 резистор 8, а положительная обратная связь усилена применением форсирующей цепочки 11, выключение транзистора 1 происходит за короткое время без задержки.

После закрывания транзистора 1 ток i1 становится равным нулю, а в цепи: обмотка 13 дросселя 3 диод 14 нагрузка 19 появляется ток i2 и дроссель 3 отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 19, повышая напряжение u3 на выходе устройства.

В момент t2 дроссель 3 полностью отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 19, под действием положительной обратной связи снова изменяется полярность напряжения на обмотках дросселя 3, что приводит к открыванию транзистора 1, и процесс повторяется.

В момент t3 напряжение на выходе преобразователя достигает заданного уровня Uc, при котором параметрический стабилизатор 16 ограничивает дальнейший рост напряжения. Далее преобразователь работает аналогичным образом, причем стабилизатор 16 обеспечивает поддержание выходного напряжения на заданном уровне Uc.

Использование в качестве форсирующей цепочки последовательной RC-цепочки позволяет не только форсировать процесс закрывания транзистора 1, но и процесс его открывания. Однако в некоторых случаях такая цепочка может служить причиной возникновения перенапряжения на входе транзистора 1 в момент его закрывания. При использовании диода в качестве форсирующей цепочки такого перенапряжения не возникает, однако диод не оказывает практически никакого влияния на процесс открывания транзистора 1.

На фиг. 1 показан схемный вариант реализации устройства на основе применения транзистора n-p-n-типа. Предлагаемый преобразователь может быть реализован также на базе использования транзистора p-n-p-типа. При этом изменяется полярность входного напряжения преобразователя и соответствующим образом изменяется направление включения обмоток 2 и 12 дросселя 3, стабилитрона 9 и диода форсирующей цепочки 11.

Следует отметить, что при использовании в качестве первичного источника питания сетевого выпрямителя 17 устройство может работать без фильтрующего конденсатора 18. В этом случае на вход преобразователя поступает низкочастотное периодически повторяющееся напряжение колоколообразной формы и преобразователь работает в режиме периодического возбуждения и срыва колебаний, причем в промежутках между очередным срывом и возбуждением колебаний выходные ток и напряжение поддерживаются на заданном уровне за счет энергии, накапливаемой в конденсаторе 15.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом устранена временная задержка, в течение которой силовой транзистор работает в активном режиме, что позволило повысить его КПД и надежность. Кроме того, несомненным достоинством предлагаемого устройства является схемная простота, позволяющая снизить его массу, габариты и стоимость. Наконец, возможность работы преобразователя от сетевого выпрямителя без фильтрующего низкочастотного конденсатора позволяет повысить электромагнитную совместимость преобразователя с питающей сетью благодаря равномерности потребления тока от сети. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий дроссель, первичная обмотка которого одним выводом электрически связана с первым входным выводом преобразователя, а другим выводом с коллектором транзистора, эмиттер которого через первый резистор подключен к второму входному выводу преобразователя, управляющая обмотка дросселя через второй резистор включена между базой и эмиттером транзистора, вторичная обмотка дросселя через диод подключена к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, и параметрический стабилизатор выходного напряжения, отличающийся тем, что в него введены форсирующая цепочка, дополнительный резистор и стабилитрон, который включен через дополнительный резистор между базой транзистора и вторым входным выводом преобразователя, а указанная форсирующая цепочка включена параллельно второму резистору.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве форсирующей цепочки использована последовательная RC-цепочка.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве форсирующей цепочки использован диод.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru