СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники, радиоэлектроники, в частности к преобразователям напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока (DC/DC) и может быть использована в источниках вторичного электропитания.
Известен стабилизированный преобразователь напряжения из патента РФ №2396686 с датой приоритета 03.07.2008 г., содержащий два транзисторных ключа, антипараллельные диоды, первичный источник питания, силовой трансформатор, выходную обмотку силового трансформатора, двухтактный выпрямитель, сглаживающий LC-фильтр, нагрузку, первичную обмотку силового трансформатора, фильтрующий конденсатор, первый формирователь, второй формирователь, пусковые резисторы, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, элемент гальванической развязки, первую дополнительную обмотку трансформатора, вторую дополнительную обмотку трансформатора, времязадающую RC-цепь, вспомогательный выпрямитель, детектор напряжения.
Недостатком данного стабилизированного преобразователя напряжения является сложность схемы управления коммутацией транзисторных ключей с помощью времязадающей RC-цепочки, формирователей, усилителя рассогласования, трансформатора с значительным количеством обмоток. Использование сложной схемы управления снижает надежность устройства в целом.
Известен стабилизированный преобразователь напряжения из патента РФ №2474948 с датой приоритета 28.10.2011 г. (прототип), содержащий первый и второй транзисторные ключи, первичный источник питания, силовой трансформатор, двухтактный выпрямитель, сглаживающий LC-фильтр, нагрузку, первый и второй формирователи импульса, гальваническую развязку, первый и второй линейные транзисторные стабилизаторы, генератор, управляемый напряжением (далее - ГУН), первый и второй драйверы тока, конденсатор, обводной диод, дроссель, датчик тока, прецизионный регулятор напряжения, емкостной делитель напряжения, резистивный делитель напряжения.
Недостатком данного стабилизированного преобразователя напряжения является сложность конструкции. Использование дискретных элементов ухудшает показатели надежности стабилизированного преобразователя напряжения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности стабилизированного преобразователя напряжения, сопровождающееся упрощением конструкции.
Технический результат достигается тем, что в стабилизированном преобразователе напряжения первый вход линейного стабилизатора напряжения соединен с положительным входом преобразователя, а его выход подключен к первым входам ГУН, формирователя импульсов, драйвера тока, первому выводу резистора. Второй вывод резистора соединен со вторым входом ГУН. Выход ГУН соединен со вторым входом формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом драйвера тока. Выход драйвера тока подключен к затвору транзисторного ключа. Сток транзисторного ключа соединен с первым выводом конденсатора и первым выводом дросселя. Второй вывод дросселя подключен к положительному входу преобразователя. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора преобразователя соединен с анодом выпрямительного диода. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к отрицательному выходу преобразователя, выходу прецизионного регулятора напряжения, второму выводу фильтрующего конденсатора. Первый вывод первичной обмотки трансформатора соединен со вторым выводом конденсатора. Второй вывод первичной обмотки трансформатора соединен с истоком транзисторного ключа и отрицательным входом преобразователя.
В стабилизированный преобразователь напряжения дополнительно введен входной конденсатор, фототранзистор, оптически связанный с ним светодиод и токоорганичительный резистор. Входной конденсатор подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя. Коллектор фототранзистора подключен ко второму выводу резистора, а эмиттер фототранзистора соединен со вторым входом линейного стабилизатора напряжения и с третьими входами ГУН, формирователя импульсов, драйвера тока, а также с истоком транзисторного ключа. Катод оптически связанного с фототранзистором светодиода соединен с входом прецизионного регулятора напряжения, а анод через токоограничительный резистор соединен с положительным выходом преобразователя, первым выводом фильтрующего конденсатора и катодом выпрямительного диода.
Стабилизированный преобразователь напряжения содержит первый и второй рекуперационные диоды, причем катод первого рекуперационного диода соединен с положительным входом преобразователя, а его анод подключен ко второму выводу конденсатора и катоду второго рекуперационного диода, анод которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора. Добавление первого и второго рекуперационных диодов позволяет снизить влияние индуктивности рассеяния трансформатора на транзисторный ключ при его размыкании и увеличить надежность стабилизированного преобразователя напряжения.
На фиг. 1 представлена структурная схема стабилизированного преобразователя напряжения с рекуперационными диодами, где:
1 - входной конденсатор;
2 - линейный стабилизатор напряжения;
3 - ГУН;
4 - формирователь импульса;
5 - драйвер тока;
6 - резистор;
7 - фототранзистор;
8 - трансформатор;
9 - транзисторный ключ;
10 - дроссель;
11 - конденсатор;
12 - выпрямительный диод;
13 - фильтрующий конденсатор;
14 - прецизионный регулятор напряжения;
15 - токоограничительный резистор;
16 - оптически связанный с фототранзистором светодиод;
17 - первый рекуперационный диод;
18 - второй рекуперационный диод.
На фиг. 2 представлены временные диаграммы, отражающие частотно-импульсный метод работы стабилизированного преобразователя напряжения.
В предлагаемом стабилизированном преобразователе напряжения первый вход линейного стабилизатора напряжения (2) соединен с положительным входом преобразователя, а его выход подключен к первым входам ГУН (3), формирователя импульсов (4), драйвера тока (5), первому выводу резистора (6). Второй вывод резистора (6) соединен со вторым входом ГУН (3). Выход ГУН (3) соединен со вторым входом формирователя импульсов (4), выход которого соединен со вторым входом драйвера тока (5). Выход драйвера тока (5) подключен к затвору транзисторного ключа (9). Сток транзисторного ключа (9) соединен с первым выводом конденсатора (11) и первым выводом дросселя (10). Второй вывод дросселя (10) подключен к положительному входу преобразователя.
Первый вывод вторичной обмотки трансформатора (8) предлагаемого преобразователя соединен с анодом выпрямительного диода (12). Второй вывод вторичной обмотки трансформатора (8) подключен к отрицательному выходу преобразователя, выходу прецизионного регулятора напряжения (14), второму выводу фильтрующего конденсатора (13). Первый вывод первичной обмотки трансформатора (8) соединен со вторым выводом конденсатора (11). Второй вывод первичной обмотки трансформатора (8) соединен с истоком транзисторного ключа (9) и отрицательным входом преобразователя.
В стабилизированный преобразователь напряжения дополнительно введен входной конденсатор (1), фототранзистор (7), оптически связанный с ним светодиод (16) и токоограничительный резистор (15). При этом входной конденсатор (1) подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя. Коллектор фототранзистора (7) подключен ко второму выводу резистора (6), а эмиттер фототранзистора (7) соединен со вторым входом линейного стабилизатора напряжения (2) и с третьими входами ГУН (3), формирователя импульсов (4), драйвера тока (5), а также с истоком транзисторного ключа (9). Катод оптически связанного с фототранзистором светодиода (16) соединен с входом прецизионного регулятора напряжения (14), а анод через токоограничительный резистор (15) соединен с положительным выходом преобразователя, первым выводом фильтрующего конденсатора (13) и катодом выпрямительного диода (12).
Стабилизированный преобразователь напряжения содержит первый (17) и второй (18) рекуперационные диоды, причем катод первого рекуперационного диода (17) соединен с положительным входом преобразователя, а его анод подключен ко второму выводу конденсатора (1) и катоду второго рекуперационного диода (18), анод которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора (8).
Функционирование заявляемого стабилизированного преобразователя напряжения происходит следующим образом.
ГУН
ГУН
Напряжение, поданное на положительный и отрицательный входы преобразователя, заряжает входной конденсатор (1) и включает линейный стабилизатор напряжения (2), который вырабатывает напряжение питания для схемы управления, состоящей из ГУН (3), формирователя импульсов (4), драйвера тока (5). ГУН (3) формирует управляющее напряжение в виде меандра с частотой, задаваемой током, поступающим на второй вход ГУН (3). Максимальная частота ƒ управляющего напряжения ГУН (3) U пропорциональна величине этого тока, определяемого резистором (6) при условии запертого состояния фототранзистора (7) (см. фиг. 2.а).
ГУН
имп
1
Управляющее напряжение ГУН (3) U поступает на формирователь импульсов (4). Формирователь импульсов (4) определяет длительность импульса T, не превышающую вольт-секундную площадь трансформатора (8). Последовательность импульсов U с частотой управляющего напряжения ГУН (3) и длительностью импульсов формирователя импульсов (4) поступает на драйвер тока (5), который, в свою очередь, управляет включением/выключением транзисторного ключа (9).
Выходное напряжение заявляемого преобразователя формируется при помощи однотактного обратноходового преобразователя, состоящего из транзисторного ключа (9), дросселя (10), конденсатора (11), трансформатора (8) и выпрямительного диода (12). В результате переключения транзисторного ключа (9) во вторичной обмотке силового трансформатора (8) наводится импульсная ЭДС, которая затем выпрямляется выпрямительным диодом (12), сглаживается конденсатором (13), к выходу которого подключена нагрузка (на фиг. не указана).
пауза
Значение выходного напряжения заявляемого преобразователя отслеживается прецизионным регулятором напряжения (14). В случае превышения значения выходного напряжения прецизионный регулятор (14) открывается, формируя цепь протекания тока, величина тока определяется токоограничительным резистором (15), через оптически связанный с фототранзистором (7) светодиод (16), проводимость фототранзистора (7) увеличивается и, как следствие, уменьшается ток, поступающий на второй вход ГУН (3), снижая при этом его частоту управляющих импульсов на выходе схемы управления (см. фиг. 2.б). Время выключенного состояния транзисторного ключа (9) t увеличивается, а величина выходного напряжения на положительных и отрицательных выходах преобразователя уменьшается.
Для защиты транзисторного ключа (9) от индуктивности рассеяния трансформатора (8) в преобразователь дополнительно введены первый (17) и второй (18) рекуперационные диоды (фиг. 1).
При включении в стабилизированный преобразователь напряжения первого (17) и второго (18) рекуперационных диодов (фиг. 1) энергия, накопленная в индуктивности рассеяния трансформатора (8) при размыкании транзисторного ключа (9), возвращается во входной конденсатор (1), защищая транзисторный ключ (9) от перенапряжения, что позволяет сохранить гальваническую изоляцию между входными и выходными цепями.
Повышение надежности стабилизированного преобразователя напряжения, сопровождающееся упрощением конструкции, обеспечивается тем, что в стабилизированном преобразователе напряжения первый вход линейного стабилизатора напряжения (2) соединен с положительным входом преобразователя, а его выход подключен к первым входам ГУН (3), формирователя импульсов (4), драйвера тока (5), первому выводу резистора (6). Второй вывод резистора (6) соединен со вторым входом ГУН (3). Выход ГУН соединен со вторым входом формирователя импульсов (4), выход которого соединен со вторым входом драйвера тока (5), выход которого подключен к затвору транзисторного ключа (9). Сток транзисторного ключа (9) соединен с первым выводом конденсатора (11) и первым выводом дросселя (10). Второй вывод дросселя (10) подключен к положительному входу преобразователя.
Первый вывод вторичной обмотки трансформатора (8) данного преобразователя соединен с анодом выпрямительного диода (12). Второй вывод вторичной обмотки трансформатора (8) подключен к отрицательному выходу преобразователя, выходу прецизионного регулятора напряжения (14), второму выводу фильтрующего конденсатора (13). Первый вывод первичной обмотки трансформатора (8) соединен со вторым выводом конденсатора (11).
Второй вывод первичной обмотки трансформатора (8) соединен с истоком транзисторного ключа (9) и с отрицательным входом преобразователя.
В стабилизированный преобразователь напряжения дополнительно введен входной конденсатор (1), фототранзистор (7), оптически связанный с ним светодиод (16) и токоограничительный резистор (15). При этом входной конденсатор (1) подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя. Коллектор фототранзистора (7) подключен ко второму выводу резистора (6), а эмиттер фототранзистора (7) соединен со вторым входом линейного стабилизатора напряжения (2) и с третьими входами ГУН (3), формирователя импульсов (4), драйвера тока (5), а также с истоком транзисторного ключа (9). Катод оптически связанного с фототранзистором (7) светодиода (16) соединен с входом прецизионного регулятора напряжения (14), а анод через токоограничительный резистор (15) соединен с положительным выходом преобразователя, первым выводом фильтрующего конденсатора (13) и катодом выпрямительного диода (12).
Стабилизированный преобразователь напряжения содержит первый (17) и второй (18) рекуперационные диоды, причем катод первого рекуперационного диода (17) соединен с положительным входом преобразователя, а его анод подключен ко второму выводу конденсатора (1) и катоду второго рекуперационного диода (18), анод которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора (8). Добавление первого (17) и второго (18) рекуперационных диодов позволяет снизить влияние индуктивности рассеяния трансформатора на транзисторный ключ (9) при его размыкании и увеличить надежность стабилизированного преобразователя напряжения.