[go: up one dir, main page]

RU2301438C1 - Secondary power supply - Google Patents

Secondary power supply Download PDF

Info

Publication number
RU2301438C1
RU2301438C1 RU2005134444/09A RU2005134444A RU2301438C1 RU 2301438 C1 RU2301438 C1 RU 2301438C1 RU 2005134444/09 A RU2005134444/09 A RU 2005134444/09A RU 2005134444 A RU2005134444 A RU 2005134444A RU 2301438 C1 RU2301438 C1 RU 2301438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
output
primary
load
transformer
Prior art date
Application number
RU2005134444/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005134444A (en
Inventor
нчук Виталий Никонович Лукь (RU)
Виталий Никонович Лукьянчук
В чеслав Владимирович Чуйков (RU)
Вячеслав Владимирович Чуйков
Original Assignee
Федеральное агентство по атомной энергии
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное агентство по атомной энергии, Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Федеральное агентство по атомной энергии
Priority to RU2005134444/09A priority Critical patent/RU2301438C1/en
Publication of RU2005134444A publication Critical patent/RU2005134444A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2301438C1 publication Critical patent/RU2301438C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electric energy transformation technologies.
SUBSTANCE: secondary power supply belongs to group of reverse drive transformers with pulse-width modulation based control over stabilization of output voltage. Device contains force transformer (3) with primary winding, accumulating energy from primary source (7), secondary windings for transferring energy to load (4) and creating reverse connection voltage, commutation element (2), current indicator in form of current transformer with active load, generator with pulse duration control input, controlling the open state of commutation element (2), comparison device (5), outputting signals for pulse-width modulated output signals of generator (1) and support voltage element (stabilitron) (12).
EFFECT: ensured serviceability of secondary power supply with stabilization of load voltage in broad range of voltage values of primary supply.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии.The invention relates to the field of conversion of electrical energy.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является вторичный источник питания (см. Патент RU 2095848, кл. G05F 1/56, 1/571 от 10.11.97, опубликован в БИ "Изобретения" №31 за 97 г., стр.500), содержащий генератор прямоугольных импульсов, выходом подключенный к входу коммутирующего элемента, первый выход которого подключен к первому концу первичной обмотки силового трансформатора, вторичные обмотки которого подключены к нагрузке и устройству сравнения, выход которого подключен к входу генератора. Описанное выше устройство взято в качестве прототипа к заявленному устройству.The closest in technical essence to the claimed device is a secondary power source (see Patent RU 2095848, class G05F 1/56, 1/571 of 11/10/97, published in BI "Inventions" No. 31 for 97, p. 500 ), containing a rectangular pulse generator, connected to the input of the switching element by the output, the first output of which is connected to the first end of the primary winding of the power transformer, the secondary windings of which are connected to the load and the comparison device, the output of which is connected to the generator input. The device described above is taken as a prototype of the claimed device.

Недостатком прототипа является необходимость использования специальной микросхемы управления коммутирующего элемента, которая не может обеспечить работоспособность вторичного источника питания для некоторых условий применения, в частности при выходном напряжении первичного источника питания в диапазоне 4,5...7,5 В.The disadvantage of the prototype is the need to use a special control chip of the switching element, which cannot ensure the operability of the secondary power source for some application conditions, in particular when the output voltage of the primary power source is in the range 4.5 ... 7.5 V.

Решаемая задача - создание вторичного источника питания. Техническим результатом является обеспечение работоспособности в широком диапазоне значений напряжений первичного источника.The task at hand is the creation of a secondary power source. The technical result is to ensure operability in a wide range of voltage values of the primary source.

Технический результат достигается тем, что вторичный источник питания содержит генератор прямоугольных импульсов, выходом подключенный к входу коммутирующего элемента, первый выход которого подключен к первому концу первичной обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, устройство сравнения. Новым является то, что дополнительно введен трансформатор тока, первый конец первичной обмотки которого подключен ко второму концу первичной обмотки силового трансформатора, а второй конец - к первому выходу первичного источника питания, второй выход которого соединен со вторым выходом коммутирующего элемента, первый конец вторичной обмотки трансформатора тока соединен с первым выводом первого резистора и первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с первыми выводами второго резистора, конденсатора и первым концом вторичной обмотки обратной связи силового трансформатора, второй конец которой, через последовательно соединенные диод и стабилитрон, соединен со вторыми выводами конденсатора, второго резистора, первого резистора и вторым концом вторичной обмотки трансформатора тока, выход устройства сравнения соединен с входом генератора прямоугольных импульсов.The technical result is achieved by the fact that the secondary power source contains a square-wave pulse generator, connected to the input of the switching element by the output, the first output of which is connected to the first end of the primary winding of the power transformer, the secondary winding of which is connected to the load, a comparison device. What is new is that a current transformer has been introduced, the first end of the primary winding of which is connected to the second end of the primary winding of the power transformer, and the second end to the first output of the primary power source, the second output of which is connected to the second output of the switching element, the first end of the secondary transformer winding current is connected to the first terminal of the first resistor and the first input of the comparison device, the second input of which is connected to the first terminals of the second resistor, capacitor and the first th power transformer, a second end which, through a series connected diode and a zener diode connected to the second terminals of the capacitor, the second resistor, the first resistor and the second end of the secondary winding of the current transformer, the comparator output is connected to the input of the generator of rectangular pulses of the feedback secondary winding.

Блок-схема заявляемого вторичного источника питания изображена на фиг.1. На фиг.2 приведена электрическая принципиальная схема одного из возможных вариантов согласно предлагаемому изобретению.The block diagram of the inventive secondary power source is shown in figure 1. Figure 2 shows the electrical schematic diagram of one of the possible options according to the invention.

Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов 1, выход которого подключен к входу коммутирующего элемента 2, а его первый выход подключен к первому концу первичной обмотки силового трансформатора 3. Ко второму концу первичной обмотки силового трансформатора 3 подключена первым концом первичная обмотка трансформатора тока 6, второй конец его первичной обмотки подключен к первому выходу первичного источника питания 7, а его второй выход присоединен ко второму выходу коммутирующего элемента 2. Одна из вторичных обмоток силового трансформатора 3 своими выводами через диод 13 подключена к нагрузке - параллельно соединенные резистор 4 и конденсатор 14; другая вторичная обмотка (обмотка обратной связи) через последовательно соединенные диод 11 и стабилитрон 12 нагружена на параллельно соединенные резистор 9 и конденсатор 10. Вторичная обмотка трансформатора тока нагружена на резистор 8. Последовательно включенные резистор 8 и резистор 9 с параллельно подключенным к нему конденсатором 10 подключены к входам устройства сравнения 5, выход которого подключен к входу генератора 1. Напряжение питания на генератор 1 и устройство сравнения 5 подается с выходов первичного источника питания 7.The device contains a rectangular pulse generator 1, the output of which is connected to the input of the switching element 2, and its first output is connected to the first end of the primary winding of the power transformer 3. The primary end of the current transformer 6 is connected to the second end of the primary winding of the power transformer 3, its second end the primary winding is connected to the first output of the primary power source 7, and its second output is connected to the second output of the switching element 2. One of the secondary windings of the power circuit 3 sformatora its pin through a diode 13 is connected to a load, - a parallel resistor 4 and a capacitor 14; the other secondary winding (feedback winding) through the diode 11 and the zener diode 12 connected in series is loaded on the resistor 9 and the capacitor 10 connected in parallel. The secondary transformer winding is loaded on the resistor 8. The resistor 8 and resistor 9 connected in series with the capacitor 10 connected in parallel to it to the inputs of the comparison device 5, the output of which is connected to the input of the generator 1. The supply voltage to the generator 1 and the comparison device 5 is supplied from the outputs of the primary power source 7.

В качестве генератора 1 может использоваться любая известная схема автогенератора, имеющая возможность управления выходным сигналом. Генератор 1 источника питания, согласно схеме фиг.2, выполнен на двух элементах "триггер Шмитта" микросхемы 1526ТЛ1 (возможно использование аналогов 564ТЛ1, 561ТЛ1); резисторы 16, 17, диод 15 и конденсатор 18 являются времязадающими элементами (задают длительности "высокого" и "низкого" уровня сигнала на выходе генератора 1). Коммутирующий элемент 2 вторичного источника питания варианта согласно фиг.2 выполнен на микросхеме 1526ЛА10 (возможно использование 564ЛА10, 561ЛА10), в которой имеются два логических элемента "2И-НЕ" 21, 22, на выходе каждого из них используется КМОП транзистор с открытым стоком с максимальным током до 100 мА и максимальной мощностью рассеивания до 100 мВт (сопротивление в открытом состоянии ≈1 Ом); для уменьшения сопротивления коммутирующего элемента в открытом состоянии используется параллельное включение обоих элементов 21, 22 микросхемы. Устройство сравнения 5 у варианта фиг.2 выполнено на биполярном n-p-n транзисторе 23, коллектор которого соединен с положительным полюсом питания - точка 27 через резистор нагрузки 24; выходом устройства сравнения 5 является общая точка соединения коллектора транзистора 23 и его нагрузки - сопротивления 24; входом устройства сравнения 5 является база-эмиттерный переход транзистора 23. Выводы питания микросхем генератора 1 и коммутирующего элемента 2 подключены к точкам 27, 28 (27 - плюс питания, 28 - минус питания). В варианте фиг.2 диод 25 используется в качестве развязки для предотвращения возврата энергии в первичный источник питания 7, накопленной индуктивностью первичной обмотки трансформатора 3 во время открытого состояния коммутирующего элемента 2, через его внутренний диод, подключенный между стоком транзистора (выходом коммутирующего элемента) и плюсом питания микросхемы 1526ЛА10 (на фиг.2 не показан); конденсатор 26 выполняет роль демпфера, уменьшая амплитуду импульса на выходе коммутирующего элемента 2, обусловленного энергией, накапливаемой в индуктивности рассеяния первичной обмотки силового трансформатора 3.As the generator 1, any known oscillator circuit having the ability to control the output signal can be used. The generator 1 of the power source, according to the scheme of figure 2, is made on two elements of the "Schmitt trigger" chip 1526TL1 (you can use analogues 564TL1, 561TL1); resistors 16, 17, diode 15 and capacitor 18 are time-consuming elements (set the duration of the "high" and "low" signal level at the output of the generator 1). The switching element 2 of the secondary power source of the embodiment according to FIG. 2 is made on the 1526LA10 microcircuit (564LA10, 561LA10 can be used), in which there are two logic elements 2I-NOT 21, 22, at the output of each of them an open drain CMOS transistor with maximum current up to 100 mA and maximum dissipation power up to 100 mW (resistance in open state ≈1 Ohm); To reduce the resistance of the switching element in the open state, parallel connection of both elements 21, 22 of the microcircuit is used. The comparison device 5 of the variant of figure 2 is made on a bipolar n-p-n transistor 23, the collector of which is connected to the positive power pole - point 27 through the load resistor 24; the output of the comparison device 5 is a common connection point of the collector of the transistor 23 and its load - resistance 24; the input of the comparison device 5 is the base-emitter junction of the transistor 23. The power leads of the microcircuits of the generator 1 and the switching element 2 are connected to points 27, 28 (27 - plus power, 28 - minus power). In the embodiment of figure 2, the diode 25 is used as a decoupling to prevent energy from being returned to the primary power source 7, accumulated by the inductance of the primary winding of the transformer 3 during the open state of the switching element 2, through its internal diode connected between the drain of the transistor (output of the switching element) and the plus power of the chip 1526LA10 (not shown in figure 2); the capacitor 26 acts as a damper, reducing the amplitude of the pulse at the output of the switching element 2, due to the energy accumulated in the dissipation inductance of the primary winding of the power transformer 3.

Вторичный источник питания работает следующим образом. В исходном положении, при отключенном первичном источнике питания 7, в последовательной электрической цепи: первичной обмотке трансформатора тока 6, первичной обмотке силового трансформатора 3 и в коммутирующем элементе 2 электрический ток равен нулю; конденсаторы 10 и 14 разряжены; генератор 1 не работает (на его выходе отсутствуют электрические сигналы). При подключении первичного источника питания 7 начинает работать генератор 1, выдавая на вход коммутирующего элемента 2 последовательность импульсов, приводящих к периодическому чередованию двух его состояний: открытое и закрытое. Таким образом, сигнал на выходе генератора 1 имеет две фазы, определяющие два состояния коммутирующего элемента. В фазе открытого состояния коммутирующего элемента 2, длительностью Tп, к первичной обмотке силового трансформатора 3 через первичную обмотку трансформатора тока 6 и коммутирующий элемент 2 приложено выходное напряжение U1 первичного источника питания 7. Это приводит к появлению тока в последовательной цепи: первичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка силового трансформатора, коммутирующий элемент, первичный источник питания. Ток в первичной обмотке силового трансформатора 3 с момента перехода коммутирующего элемента 2 в открытое состояние нарастает практически по линейному закону, достигая к концу фазы открытого состояния максимального значения Imax, определяемого выражением:The secondary power source operates as follows. In the initial position, when the primary power source 7 is turned off, in the serial electric circuit: the primary winding of the current transformer 6, the primary winding of the power transformer 3 and in the switching element 2, the electric current is zero; capacitors 10 and 14 are discharged; generator 1 does not work (there are no electrical signals at its output). When the primary power source 7 is connected, the generator 1 starts to work, giving out to the input of the switching element 2 a sequence of pulses leading to the periodic alternation of its two states: open and closed. Thus, the signal at the output of the generator 1 has two phases that define two states of the switching element. In the open state phase of the switching element 2, the duration of T p , to the primary winding of the power transformer 3 through the primary winding of the current transformer 6 and the switching element 2 is applied the output voltage U 1 of the primary power source 7. This leads to the appearance of current in the serial circuit: the primary winding of the transformer current, primary winding of the power transformer, switching element, primary power source. The current in the primary winding of the power transformer 3 from the moment of switching the switching element 2 to the open state increases almost linearly, reaching the maximum value I max by the end of the open state phase, defined by the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где U1 - значение напряжения первичного источника питания;where U 1 is the voltage value of the primary power source;

L1 - индуктивность первичной обмотки силового трансформатора;L 1 - inductance of the primary winding of the power transformer;

Tп - длительность фазы открытого состояния коммутирующего элемента.T p - the duration of the phase of the open state of the switching element.

Выражение (1) справедливо при достаточно малых значениях активного сопротивления первичной обмотки силового трансформатора и коммутирующего элемента по сравнению со значением величин, определяемым отношением индуктивности L1 к длительности Tп фазы открытого состояния коммутирующего элемента (одном из основных требований при корректном проектировании подобных источников вторичного питания). Энергия, накопленная в индуктивности первичной обмотки силового трансформатора, пропорциональна квадрату значения тока и определяется известным выражением:Expression (1) is valid for sufficiently small values of the active resistance of the primary winding of the power transformer and the switching element in comparison with the value determined by the ratio of the inductance L 1 to the duration T p of the open state phase of the switching element (one of the main requirements for the correct design of such secondary power sources ) The energy stored in the inductance of the primary winding of the power transformer is proportional to the square of the current value and is determined by the well-known expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

Индуктивность первичной обмотки трансформатора тока должна быть много меньше индуктивности первичной обмотки силового трансформатора, при этом можно пренебречь ее влиянием на процесс накопления энергии в силовом трансформаторе. После импульсного перевода коммутирующего элемента в закрытое состояние в течение Tн прерывается цепь прохождения тока в первичной обмотке силового трансформатора 3, накопленная в ней энергия передается через вторичную обмотку и диод 13 в нагрузку - резистор 4 и конденсатор 14, и частично через обмотку обратной связи в элементы: диод 11, стабилитрон 12, резистор 9 и конденсатор 10. В отсутствие сигналов управления на входе генератора 1 энергия, накапливаемая в первичной обмотке силового трансформатора, должна быть больше номинальной. Процесс накопления и передачи энергии в нагрузку описан в литературе по импульсным источникам питания, например [1] Б.Ю.Семенов. "Силовая электроника". СОЛОН-Р, Москва, 2001, стр.216-227. Связь между параметрами нагрузки и вторичного источника питания определяется выражением:The inductance of the primary winding of the current transformer should be much less than the inductance of the primary winding of the power transformer, while its effect on the process of energy storage in the power transformer can be neglected. After the pulse switching of the switching element to the closed state during T n, the current path in the primary winding of the power transformer 3 is interrupted, the energy stored in it is transmitted through the secondary winding and diode 13 to the load - resistor 4 and capacitor 14, and partially through the feedback winding to elements: diode 11, zener diode 12, resistor 9 and capacitor 10. In the absence of control signals at the input of generator 1, the energy stored in the primary winding of the power transformer must be greater than the nominal value. The process of accumulation and transfer of energy to the load is described in the literature on switching power supplies, for example [1] B.Yu. Semenov. "Power Electronics". SOLON-R, Moscow, 2001, pp. 216-227. The relationship between the parameters of the load and the secondary power source is determined by the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Uн - напряжение на нагрузке (резистор 4);where U n - voltage at the load (resistor 4);

Rн - значение сопротивления нагрузки;R n - the value of the load resistance;

Figure 00000005
- коэффициент заполнения;
Figure 00000005
- fill factor;

U1 - значение напряжения первичного источника питания;U 1 is the voltage value of the primary power source;

f - частота преобразования;f is the conversion frequency;

k - коэффициент трансформации (отношение числа витков вторичной обмотки силового трансформатора 3 к числу витков первичной обмотки).k is the transformation coefficient (the ratio of the number of turns of the secondary winding of the power transformer 3 to the number of turns of the primary winding).

Процесс передачи накопленной энергии индуктивностью первичной обмотки силового трансформатора 3 в фазе Tп в нагрузку (сопротивление 4) проходит с участием заряда конденсатора 14 (параллельно подключенного к нагрузке 4) в фазе Тн и его разряда в течение всего периода T=Tп+Tн следования сигналов на входе коммутирующего элемента 2. Этот процесс может быть описан следующими уравнениями:The process of transferring the stored energy by the inductance of the primary winding of the power transformer 3 in phase T p to the load (resistance 4) takes place with the participation of the charge of the capacitor 14 (connected in parallel to load 4) in the phase T n and its discharge throughout the entire period T = T p + T n following the signals at the input of the switching element 2. This process can be described by the following equations:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где I1max - значение тока в первичной обмотке к моменту окончания фазы проводящего состояния коммутирующего элемента 2;where I 1max is the current value in the primary winding by the time the phase of the conductive state of the switching element 2 ends;

С - значение емкости конденсатора фильтра 14;C is the value of the capacitance of the filter capacitor 14;

Ui-1, Ui - значение напряжения на конденсаторе 14 в моменты времени, соответствующие (i-1)T и iT;U i-1 , U i is the voltage value across the capacitor 14 at time instants corresponding to (i-1) T and iT;

Δqзар, Δqразр - изменения заряда конденсатора 14, обусловленные передачей энергии от первичной обмотки и током разряда на сопротивлении нагрузки 4 соответственно;Δq zar , Δq bit - changes in the charge of the capacitor 14, due to the transfer of energy from the primary winding and the discharge current at the load resistance 4, respectively;

Figure 00000009
- среднее значение напряжения на нагрузке 4.
Figure 00000009
- the average value of the voltage at the load 4.

В переходном режиме работы вторичного источника питания происходит постепенный рост напряжения на конденсаторе 14 и, соответственно, на нагрузке 4 за счет порций энергий, передаваемых с каждым периодом выходных сигналов генератора 1 из первичной обмотки трансформатора 3. Из анализа выражений (4), (5), (6) следует:In the transient mode of operation of the secondary power source, the voltage across the capacitor 14 and, accordingly, on the load 4 gradually increases due to portions of energies transmitted with each period of the output signals of the generator 1 from the primary winding of the transformer 3. From the analysis of expressions (4), (5) , (6) follows:

- при постоянстве энергии W, накапливаемой в первичной обмотке, приращение заряда Δqзар и, соответственно, напряжения конденсатора 14 уменьшается по мере роста среднего значения напряжения на нем;- when the energy W accumulated in the primary winding is constant, the charge increment Δq zar and, accordingly, the voltage of the capacitor 14 decreases as the average voltage on it increases;

- разряд конденсатора 14 Δqразр за счет тока, отдаваемого в нагрузку 4 за период T, растет по мере роста среднего напряжения на конденсаторе.- the discharge of the capacitor 14 Δq bit due to the current supplied to the load 4 for the period T, increases with increasing average voltage across the capacitor.

В переходном режиме Δqзар>Δqразр.In transition mode, Δq zar > Δq bit .

Установившийся режим характеризуется прекращением роста среднего значения напряжения на конденсаторе 14 и, соответственно, на нагрузке 4. При этом наступает равенство изменений зарядов:The steady state is characterized by the termination of the growth of the average voltage across the capacitor 14 and, accordingly, at the load 4. In this case, the equality of changes in charges:

Figure 00000010
Figure 00000010

При замене в выражении (4) сомножителя С(Ui-Ui-1) на правую часть равенства (7) получим:When replacing in the expression (4) the factor C (U i -U i-1 ) by the right side of equality (7) we get:

Figure 00000011
Figure 00000011

Равенство (8) также вытекает из принципа сохранения энергии.Equality (8) also follows from the principle of conservation of energy.

В установившемся режиме значение среднего напряжения на нагрузке Ucp может быть определено из формулы (8) с учетом формулы (1):In the steady state, the average load voltage U cp can be determined from formula (8) taking into account formula (1):

Figure 00000012
Figure 00000012

Из выражения (9) видно, что среднее напряжение на нагрузке определяется значениями: напряжения первичного источника питания U1, длительностью фазы открытого состояния коммутирующего элемента Tп, сопротивления нагрузки Rн, индуктивностью первичной обмотки силового трансформатора L1 и периода следования сигналов Т на управляющем входе коммутирующего элемента. При постоянстве значений Тп и T (отсутствуют сигналы управления на входе генератора 1) напряжение на нагрузке будет изменяться при изменении напряжения первичного источника питания и сопротивления нагрузки. Стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется изменением длительности Tп - широтно-импульсная модуляция (ШИМ), посредством подачи на управляющий вход генератора 1 импульсных сигналов с выхода устройства сравнения 5. По фронту импульсных сигналов на входе генератора 1 прерывается формирование фазы сигнала, определяющего открытое состояние коммутирующего элемента, устанавливается уровень сигнала, соответствующий закрытому состоянию коммутирующего элемента (фаза Tн). Длительность фазы Tн определяется времязадающими элементами генератора 1. После окончания фазы Tн начинается новый цикл формирования сигнала фазы Tп, накопления энергии в индуктивности первичной обмотки трансформатора и передачи ее в нагрузку. Импульсный сигнал на выходе устройства сравнения 5 формируется в момент, когда переменное напряжение на его входе достигает некоторого определенного (порогового) значения Uпор. Напряжение на входе устройства сравнения 5 Uвх определяется суммой напряжений на резисторах 8, 9.From the expression (9) it can be seen that the average voltage at the load is determined by the values: voltage of the primary power source U 1 , the duration of the phase of the open state of the switching element T p , load resistance R n , the inductance of the primary winding of the power transformer L 1 and the period of the signals T on the control input switching element. If the values of T p and T are constant (there are no control signals at the input of the generator 1), the voltage at the load will change when the voltage of the primary power source and the load resistance change. The voltage at the load is stabilized by changing the duration T p - pulse-width modulation (PWM), by applying to the control input of the generator 1 pulse signals from the output of the comparison device 5. At the front of the pulse signals at the input of the generator 1, the phase of the signal determining the open state of the switching element, sets the signal level corresponding to the closed state of the switching element (phase T n ). The duration of the phase T n is determined by the timing elements of the generator 1. After the end of the phase T n , a new cycle of generating the signal of the phase T p begins, the energy is accumulated in the inductance of the transformer primary winding and transferred to the load. The pulse signal at the output of the comparison device 5 is formed at the moment when the alternating voltage at its input reaches a certain (threshold) value of U then . The voltage at the input of the comparison device 5 U in is determined by the sum of the voltages at the resistors 8, 9.

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
Where
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

kдт - коэффициент трансформации трансформатора тока 6;k dt is the transformation coefficient of the current transformer 6;

Rдт - значение резистора 8, подключенного к вторичной обмотке трансформатора тока 6;R dt is the value of the resistor 8 connected to the secondary winding of the current transformer 6;

Uос - амплитуда напряжения на обмотке обратной связи силового трансформатора 3, возникающего при запирании ключевого элемента 2;U OS - the amplitude of the voltage on the feedback winding of the power transformer 3 that occurs when the key element 2 is locked;

Uд - падение напряжения на диоде 11 при протекании прямого тока;U d - voltage drop across the diode 11 during the flow of direct current;

Uст - напряжение стабилизации стабилитрона 12;U article - stabilization voltage of the zener diode 12;

U1 - напряжение первичного источника питания 7;U 1 - voltage of the primary power source 7;

i1(t) - временная зависимость тока в последовательной цепи - первичный источник 7, первичные обмотки трансформаторов тока 6 и силового трансформатора 3, коммутирующий элемент 2;i 1 (t) is the time dependence of the current in the serial circuit — primary source 7, primary windings of current transformers 6 and power transformer 3, switching element 2;

Wос, W2 - число витков обмотки обратной связи и вторичной обмотки силового трансформатора 3;W OS , W 2 - the number of turns of the feedback winding and the secondary winding of the power transformer 3;

U2 - значение амплитуды напряжения на выводах вторичной обмотки силового трансформатора 3 в фазе закрытого состояния Tн коммутирующего элемента 2.U 2 - the value of the amplitude of the voltage at the terminals of the secondary winding of the power transformer 3 in the phase of the closed state T n switching element 2.

В зависимости от выбранных параметров вторичного источника питания, а именноDepending on the selected parameters of the secondary power source, namely

- диапазона значений выходных напряжений первичного источника питания 7;- the range of values of the output voltages of the primary power source 7;

- индуктивности первичной обмотки силового трансформатора 3 (L1);- inductance of the primary winding of the power transformer 3 (L 1 );

- периода повторения сигналов на входе коммутирующего элемента 2 и длительности фазы Tн;- the repetition period of the signals at the input of the switching element 2 and the phase duration T n ;

- коэффициента трансформации трансформатора тока 6 и значения сопротивления 8 нагрузки его вторичной обмотки;- the transformation coefficient of the current transformer 6 and the resistance value 8 of the load of its secondary winding;

- отношение числа витков обмоток силового трансформатора 3 (Wос, W2);- the ratio of the number of turns of the windings of the power transformer 3 (W OS , W 2 );

- значение порогового напряжения устройства сравнения 5,- the value of the threshold voltage of the comparison device 5,

возможна реализация трех характерных режимов работы.three characteristic operating modes are possible.

При

Figure 00000016
(Tпо - длительность фазы открытого состояния коммутирующего элемента 2 при отсутствии сигнала управления на входе генератора 1) на выходе устройства сравнения отсутствуют сигналы управления; установившееся напряжение на нагрузке определяется выражением (3).At
Figure 00000016
(T by is the duration of the open state phase of the switching element 2 in the absence of a control signal at the input of the generator 1) there are no control signals at the output of the comparison device; steady-state voltage at the load is determined by the expression (3).

При

Figure 00000017
сигнал на выходе устройства сравнения 5 и, соответственно, на входе генератора 1 появляется через время Tп от момента начала перехода коммутирующего элемента 2 в открытое состояние.At
Figure 00000017
the signal at the output of the comparison device 5 and, accordingly, at the input of the generator 1 appears after a time T p from the moment the switching element 2 starts to open.

Figure 00000018
Figure 00000018

В этом режиме при всех значениях напряжения первичного источника питания U1 амплитуда тока в первичной обмотке силового трансформатора ограничивается на уровне

Figure 00000019
что обеспечивает постоянство передаваемой энергии в нагрузку и ограничивает ток коммутирующего элемента на безопасном уровне (определяется формулой (2)). Однако для этого случая стабильность напряжения на нагрузке будет невысокая, так так при постоянстве передаваемых порций энергии в нагрузку период их следования может изменяться в зависимости от значений Tп. Более высокая степень стабилизации вторичного напряжения (на нагрузке) достигается для режима, при котором:In this mode, for all values of the voltage of the primary power source U 1, the current amplitude in the primary winding of the power transformer is limited to
Figure 00000019
which ensures the constancy of the transmitted energy to the load and limits the current of the switching element at a safe level (determined by formula (2)). However, for this case, the voltage stability at the load will be low, so if the portions of energy transferred to the load are constant, the period of their repetition can vary depending on the values of T p . A higher degree of stabilization of the secondary voltage (at load) is achieved for the mode in which:

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

для всего рабочего диапазона значений напряжений первичного источника питания. Формирование выходного сигнала устройства сравнения 5 происходит в тот момент, когда выполняется равенство:for the entire operating voltage range of the primary power source. The formation of the output signal of the comparison device 5 occurs at the moment when the equality:

Figure 00000022
Figure 00000022

Отсюда значение напряжения на нагрузке U2 равно:Hence the value of the voltage at the load U 2 is equal to:

Figure 00000023
Figure 00000023

Для случаев, когда Uст≫Uпор с учетом того, что

Figure 00000024
выражение (16) можно в первом приближении представить в виде:For cases when U Art ≫U then considering that
Figure 00000024
expression (16) can be represented as a first approximation in the form:

Figure 00000025
Figure 00000025

Обеспечение требуемого значения выходного напряжения вторичного источника питания достигается выбором стабилитрона 12 с значением напряжения стабилизации и отношением числа витков вторичной обмотки W2 и обмотки обратной связи Wос силового трансформатора, удовлетворяющих условию (17).Providing the required value of the output voltage of the secondary power source is achieved by choosing a zener diode 12 with the value of the stabilization voltage and the ratio of the number of turns of the secondary winding W 2 and the feedback winding W os of the power transformer, satisfying condition (17).

В устройстве согласно фиг.2 генератор выполнен по схеме мультивибратора на двух инверторах с RC времязадающими элементами. В качестве инверторов используются двухвходовые элементы "2И-НЕ" 19, 20, микросхемы 1526ТЛ1 или 564ТЛ1 ("триггер Шмитта"). Резисторы 16, 17, конденсатор 18 и диод 15 задают длительности фаз Тпо и Тн. Диод, шунтирующий резистор 16, увеличивает скорость перезарядки конденсатора 18 в фазе Tн (фаза "нулевого" состояния на выходе генератора), сокращая ее длительность по сравнению с фазой Тпо. Это позволяет получить начальное значение скважности γ, большее 0.5, для компенсации ее уменьшения (за счет регулировки по цепи обратной связи) при максимальных напряжениях первичного источника питания 7. Обратная связь в генераторе осуществляется через конденсатор 18, соединяющий выход генератора (выход элемента 20) с входом элемента 19, второй его вход соединен с выходом устройства сравнения, выполненного на биполярном n-p-n транзисторе 23, коллектор которого, через резистор 24, подключен к шине питания с положительным потенциалом через диод 25. Значение порогового напряжения такого устройства сравнения равно напряжению прямосмещенного p-n перехода база-эмиттер транзистора 23 Uпор=0.5...0.6 В. При значениях напряжения база-эмиттер

Figure 00000026
транзистор заперт, потенциал на его коллекторе и, соответственно, на входе элемента 19 близок к уровню логической "1", элемент 19 выполняет функцию инвертора. Работа генератора определяется процессом заряда (перезаряда) конденсатора 18 по цепи - выход элемента 20, конденсатор 18, резистор 16 в параллель с диодом 15, резистор 17, выход элемента 19. В фазе формирования Tп при достижении суммы напряжений на резисторах 8 и 9, приложенной к базо-эмиттерному переходу транзистора 23, значения, превышающего 0.5...0.6 В, его коллекторный ток резко увеличивается, а потенциал коллектора и входа элемента 19 уменьшается, что приводит к изменению напряжения на выходе элемента 19 и входе элемента 20 с уровня "0" до "1", а на выходе элемента 20 (выход генератора) напряжение изменяется с уровня "1" на "0". Таким образом, заканчивается фаза Tп и начинается фаза Tн, коммутирующий элемент переходит в закрытое состояние, ток в первичной обмотке спадает до 0, и, соответственно, уменьшается напряжение на резисторе 8 (уменьшая сумму напряжений Uбэ), транзистор 23 запирается, потенциал на его коллекторе и на входе элемента 19 увеличивается до уровня "1". Энергия, накопленная в первичной обмотке силового трансформатора к концу фазы Tп передается во вторичную обмотку, подзаряжая конденсатор 14, и частично в обмотку обратной связи через стабилитрон 12 и диод 11, заряжая конденсатор 10 до значения, равного разности напряжений
Figure 00000027
. В фазе Tн происходит перезаряд конденсатора по цепи выход элемента 19 (с высоким уровнем напряжения), резистор 17, диод 15, параллельно подключенный к резистору 16, конденсатор 18, выход элемента 20 (с низким уровнем напряжения). По достижению потенциала в точке соединений выводов: конденсатора 18, резистора 16, диода 15 и выхода элемента 19 уровня, превышающего порог переключения элемента 19, потенциал на его выходе изменится с высокого на низкий, а на выходе элемента 20 - с низкого уровня на высокий (конец формирования фазы Tн), начинается новый цикл формирования выходного сигнала генератора 1 с фазы Tп. В дальнейшем процесс повторяется.In the device according to figure 2, the generator is made according to the multivibrator scheme on two inverters with RC timing elements. Two-input elements “2I-NOT” 19, 20, microcircuits 1526ТЛ1 or 564ТЛ1 (“Schmitt trigger”) are used as inverters. The resistors 16, 17, the capacitor 18 and the diode 15 set the duration of the phases T by and T n . The diode, the shunt resistor 16, increases the recharge rate of the capacitor 18 in the phase T n (phase "zero" state at the output of the generator), reducing its duration compared with the phase T on . This allows you to get the initial duty cycle γ, greater than 0.5, to compensate for its decrease (by adjusting the feedback circuit) at maximum voltages of the primary power source 7. Feedback in the generator is carried out through a capacitor 18 connecting the output of the generator (output of element 20) with the input of element 19, its second input is connected to the output of the comparison device made on the bipolar npn transistor 23, the collector of which, through the resistor 24, is connected to the power bus with a positive potential through the diode 25. З Achen threshold voltage of the comparator equal to the voltage of the pn junction forward-biased base-emitter junction of transistor 23 since U = 0.5 ... 0.6 V. With values base-emitter voltage
Figure 00000026
the transistor is locked, the potential at its collector and, accordingly, at the input of element 19 is close to the logic level "1", element 19 performs the function of an inverter. The operation of the generator is determined by the charge (recharge) process of the capacitor 18 in the circuit - the output of the element 20, the capacitor 18, the resistor 16 in parallel with the diode 15, the resistor 17, the output of the element 19. In the formation phase T p when the sum of the voltages across the resistors 8 and 9 is reached, applied to the base-emitter junction of the transistor 23, a value exceeding 0.5 ... 0.6 V, its collector current increases sharply, and the collector and input potential of the element 19 decreases, which leads to a change in voltage at the output of the element 19 and the input of the element 20 from the level " 0 "to" 1 ", and the output e 20 (generator output), the voltage changes from level "1" to "0". Thus finishes the phase T f and phase T n starts, the switching element switches to a closed state, the current in the primary winding falls to 0, and thus decreases the voltage across the resistor 8 (by reducing the amount of voltages U BE), a transistor 23 is locked, the potential on its collector and at the input of element 19 increases to level "1". The energy accumulated in the primary winding of the power transformer at the end of phase T p is transferred to the secondary winding, recharging the capacitor 14, and partially to the feedback winding through the zener diode 12 and diode 11, charging the capacitor 10 to a value equal to the voltage difference
Figure 00000027
. In the phase T n , the capacitor is recharged through the circuit, the output of the element 19 (with a high voltage level), the resistor 17, the diode 15, connected in parallel to the resistor 16, the capacitor 18, the output of the element 20 (with a low voltage level). Upon reaching the potential at the connection point of the terminals: capacitor 18, resistor 16, diode 15 and the output of the level element 19, which exceeds the switching threshold of the element 19, the potential at its output will change from high to low, and at the output of element 20, from low to high ( the end of the formation of the phase T n ), begins a new cycle of formation of the output signal of the generator 1 with phase T p . In the future, the process is repeated.

По схеме согласно фиг.2 изготовлены и испытаны экспериментальные образцы вторичного источника питания; результаты испытаний подтвердили их работоспособность; нестабильность напряжения на нагрузке не более 1%. В качестве элементов 19, 20 использованы два вентиля микросхемы 1526ТЛ1, в качестве элементов 21, 22 использована микросхема 1526ЛА10, транзистор 23 - 2Т399А, стабилитрон 12 - 2С156А, диоды - 2Д522Б, трансформатор тока выполнен на ферритовом сердечнике М2000-НМ1 К5×3×1.5, силовой трансформатор выполнен на ферритовом сердечнике М2000-НМ1 К7×4×2 с воздушным зазором.According to the scheme according to figure 2, experimental samples of a secondary power source were manufactured and tested; test results confirmed their performance; voltage instability at load no more than 1%. Two valves of the 1526TL1 microcircuit were used as elements 19, 20, a 1526LA10 microcircuit, transistors 23-2T399A, a zener diode 12-2C156A, diodes 2D522B were used as elements 21, 22, and a current transformer was made on a M2000-NM1 K5 × 3 × 1.5 ferrite core , the power transformer is made on a ferrite core M2000-NM1 K7 × 4 × 2 with an air gap.

Claims (1)

Вторичный источник питания, содержащий генератор прямоугольных импульсов, выходом подключенный к входу коммутирующего элемента, первый выход которого подключен к первому концу первичной обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, устройство сравнения, отличающийся тем, что дополнительно введен трансформатор тока, первый конец первичной обмотки которого подключен ко второму концу первичной обмотки силового трансформатора, а второй конец - к первому выходу первичного источника питания, второй выход которого соединен со вторым выходом коммутирующего элемента, первый конец вторичной обмотки трансформатора тока соединен с первым выводом первого резистора и первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с первыми выводами второго резистора, конденсатора и первым концом обмотки обратной связи силового трансформатора, второй конец которой через последовательно соединенные диод и стабилитрон соединен со вторыми выводами конденсатора, второго резистора, первого резистора и вторым концом вторичной обмотки трансформатора тока, выход устройства сравнения соединен с входом генератора прямоугольных импульсов.A secondary power source containing a square-wave pulse generator connected to an input of a switching element with a first output connected to the first end of the primary winding of the power transformer, the secondary winding of which is connected to the load, a comparison device, characterized in that an additional current transformer is introduced, the first end of the primary the winding of which is connected to the second end of the primary winding of the power transformer, and the second end to the first output of the primary power source, the second the stroke of which is connected to the second output of the switching element, the first end of the secondary winding of the current transformer is connected to the first terminal of the first resistor and the first input of the comparison device, the second input of which is connected to the first terminals of the second resistor, capacitor and the first end of the feedback winding of the power transformer, the second end of which through a series-connected diode and a zener diode connected to the second terminals of the capacitor, the second resistor, the first resistor and the second end of the secondary trans current formatter, the output of the comparison device is connected to the input of the rectangular pulse generator.
RU2005134444/09A 2005-11-07 2005-11-07 Secondary power supply RU2301438C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134444/09A RU2301438C1 (en) 2005-11-07 2005-11-07 Secondary power supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134444/09A RU2301438C1 (en) 2005-11-07 2005-11-07 Secondary power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005134444A RU2005134444A (en) 2007-05-20
RU2301438C1 true RU2301438C1 (en) 2007-06-20

Family

ID=38163766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005134444/09A RU2301438C1 (en) 2005-11-07 2005-11-07 Secondary power supply

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2301438C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2342691C1 (en) * 2007-11-26 2008-12-27 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Secondary power supply unit
RU2483409C1 (en) * 2012-04-26 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" Secondary of power supply source with power takeoff from phase wire of industrial frequency high-voltage power transmission line
RU2490692C1 (en) * 2012-08-06 2013-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" Secondary power supply
RU227147U1 (en) * 2024-03-26 2024-07-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО СПбГАУ) Step-down switching power supply for agricultural purposes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4885673A (en) * 1988-01-21 1989-12-05 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Demagnetization monitoring device for a switching power supply with a primary and a secondary regulation
SU1596424A1 (en) * 1987-06-30 1990-09-30 Предприятие П/Я А-7692 Device for stabilizing current of one-ended secondary power supply source
US5481450A (en) * 1993-04-27 1996-01-02 Sanken Electric Co., Ltd. Switching power supply system for primary and secondary loads with less switching loss
RU2095848C1 (en) * 1995-07-19 1997-11-10 Курское Акционерное общество "Счетмаш" Power supply
US5933049A (en) * 1995-09-25 1999-08-03 U.S. Philips Corporation Power-supply circuit with a transformer and an on/off switch at the secondary side of the transformer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1596424A1 (en) * 1987-06-30 1990-09-30 Предприятие П/Я А-7692 Device for stabilizing current of one-ended secondary power supply source
US4885673A (en) * 1988-01-21 1989-12-05 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Demagnetization monitoring device for a switching power supply with a primary and a secondary regulation
US5481450A (en) * 1993-04-27 1996-01-02 Sanken Electric Co., Ltd. Switching power supply system for primary and secondary loads with less switching loss
RU2095848C1 (en) * 1995-07-19 1997-11-10 Курское Акционерное общество "Счетмаш" Power supply
US5933049A (en) * 1995-09-25 1999-08-03 U.S. Philips Corporation Power-supply circuit with a transformer and an on/off switch at the secondary side of the transformer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2342691C1 (en) * 2007-11-26 2008-12-27 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Secondary power supply unit
RU2483409C1 (en) * 2012-04-26 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" Secondary of power supply source with power takeoff from phase wire of industrial frequency high-voltage power transmission line
RU2490692C1 (en) * 2012-08-06 2013-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" Secondary power supply
RU227147U1 (en) * 2024-03-26 2024-07-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО СПбГАУ) Step-down switching power supply for agricultural purposes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005134444A (en) 2007-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11264894B2 (en) Converter and current control system thereof
CN105099186B (en) Minimum on-time control for low load DC/DC converter
CN111355368B (en) Power converter
CN110061617A (en) Switched capacitor converter and method for electric current when limiting its starting
US10693376B2 (en) Electronic converter and method of operating an electronic converter
CN104333216A (en) Switching power supply controller and control method thereof
CN111277135A (en) power converter
US9608521B2 (en) DC/DC converter activation stability control
CN103997213A (en) Forward converter transformer saturation prevention
CN116800076A (en) Power-on soft start circuit
CN110896275B (en) Step-up/down power converter, and method and driver for controlling the same
CN107834857B (en) Power supply control device and insulated switching power supply device
US20100147274A1 (en) Ignition apparatus for internal combustion engine
US9401634B2 (en) Saturation prevention in an energy transfer element of a power converter
US11888414B2 (en) Driving circuit and driving method
RU2301438C1 (en) Secondary power supply
US12082506B2 (en) Driving circuit and driving method
RU2342691C1 (en) Secondary power supply unit
RU2444776C1 (en) Secondary source of supply
KR101456654B1 (en) A common-core power factor correction resonant converter
RU2431178C1 (en) Secondary power supply
RU2601437C1 (en) Charging device of capacitive energy storage
RU128363U1 (en) SECONDARY POWER SUPPLY
EP4152615A1 (en) Bootstrap capacitor gate driver
US10924020B1 (en) Prestart control circuit for a switching power converter