稳定的单周期电压转换器。方案、说明

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稳压单端电压转换器

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本文介绍了简单脉冲稳定电压转换器的构造原理和实用版本，该转换器可在较宽的输入电压变化范围内运行。

在具有无变压器输入的各种二次电源 (SEP) 中，具有整流二极管“反向”接通功能的单周期自振荡转换器以其极其简单性而著称 [1]（图 1）。

稳压单端电压转换器

让我们首先简要考虑不稳定电压转换器的工作原理，然后是稳定其的方法。

变压器T1——线性扼流圈；其中能量积累的时间间隔和将积累的能量传输到负载的时间间隔是分开的。上图。图2显示：II——变压器初级绕组的电流，III——次级绕组的电流，tn——电感器中能量积累的时间间隔，tp——能量传输到负载的时间间隔。

稳压单端电压转换器

当电源电压Upit接通时，晶体管VT1的基极电流开始流过电阻R1（二极管VD1阻止电流通过基极绕组电路，与它并联的电容器C2增加了正反馈（PIC）在形成电压前沿的阶段）。晶体管微开，POS电路通过变压器T1闭合，发生能量积累的再生过程。晶体管VT1进入饱和状态。电源电压加到变压器的初级绕组上，电流II(晶体管VT1的集电极电流Ik)线性增加。饱和晶体管的基极电流IB由绕组III上的电压和电阻器R2的电阻决定。在能量积累阶段，二极管 VD2 闭合（转换器的名称由此而来 - 二极管“反向”导通），变压器的功耗仅由晶体管的输入电路通过基极产生缠绕。

当集电极电流 Ik 达到值时：

IK 最大值 = h21EIB, (1)

其中h21E是晶体管VT1的静态电流传输系数，晶体管离开饱和模式，反向再生过程开始：晶体管关闭，VD2二极管打开，变压器积累的能量传输到负载。减小次级绕组的电流后，能量积累阶段再次开始。当转换器开启、电容器C3放电且负载处的电压为零时，时间间隔tp最大。

在[1]中显示了根据图1中的电路组装的电源。 XNUMX, - 电源电压源至负载电流源 In 的功能转换器。

值得注意的是：由于能量积累和传输的阶段在时间上是分开的，因此晶体管的最大集电极电流不依赖于负载电流，即转换器完全受到输出短路的保护。然而，当转换器空载开启（空闲模式）时，晶体管关闭时变压器绕组上的电压浪涌可能会超过最大允许集电极-发射极电压并使其禁用。

最简单转换器的缺点是集电极电流 IK max 的依赖性，以及输出电压对晶体管 VT1 静态电流传输系数的依赖性。因此，在使用不同实例时，电源参数会有很大差异。

使用“自保护”开关晶体管（图XNUMX）的转换器具有更加稳定的性能。

稳压单端电压转换器

来自电阻器R3的锯齿电压与变压器初级绕组的电流成正比，施加到辅助晶体管VT2的基极。一旦电阻R3两端的电压达到晶体管VT2的开启阈值（约0,6V），它就会打开并限制晶体管VT1的基极电流，从而中断变压器中能量积累的过程。变压器初级绕组最大电流

II 最大值 \u0,6d IK 最大值 \u3d 2 / RXNUMX (XNUMX)

事实证明，它几乎不依赖于晶体管特定实例的参数。当然，对于静态电流传输系数的最差值，由公式(2)计算出的限流值必须小于由公式(1)确定的电流。

现在考虑电源输出电压调节（稳定）可能性的问题。

在[1]中表明，可以改变以调节输出电压的转换器的唯一参数是电流IK max，或者相同的是，变压器中的能量累积时间tn，以及控制（稳定） ) 装置只能相对于式(2)计算的值减小电流。

制定变流器稳定单元的工作原理，可以确定其以下要求：

转换器的恒定输出电压必须与参考电压进行比较，并根据它们的比率生成失配电压，用于控制电流 IK max；
应控制变压器初级绕组中的电流增长过程，当其达到由失配电压确定的某个阈值时，停止；
控制节点必须在转换器的输出和开关晶体管之间提供电流隔离。

实现该算法的控制节点方案（如[1]中所示）包含一个 K521SAZ 比较器、七个电阻器、一个晶体管、一个二极管、两个齐纳二极管和一个变压器。其他众所周知的设备，包括电视电源，也相当复杂。同时，使用自保护开关晶体管，可以构建更简单的稳定转换器（见图4中的电路）。

稳压单端电压转换器

反馈绕组（OS）III和VD3C4电路形成与转换器的输出电压成比例的反馈电压。

从反馈电压中减去齐纳二极管VD4的示例性稳定电压，并将所得误差信号馈送到电阻器R5。

从微调电阻器 R5 的引擎，两个电压之和提供给晶体管 VT2 的基极：恒定控制电压（失配电压的一部分）和来自电阻器 R3 的锯齿波电压，该电压与 VT2 的电流成正比。变压器的初级绕组。由于晶体管VT2的开启阈值是恒定的，控制电压的增加（例如，随着电源电压Upit的增加，相应地转换器的输出电压的增加）导致电流的减小II，此时晶体管VT5打开，并且输出电压降低。因此，转换器变得稳定，并且其输出电压由电阻器 RXNUMX 调节在较小的范围内。

转换器的稳定系数取决于转换器输出电压的变化与基于晶体管VT2的电压恒定分量的相应变化的比率。要增大稳定系数，需要增大反馈电压（绕组III的匝数），稳定电压选用VD4稳压二极管，比OS电压小0,5V左右。广泛使用的齐纳二极管D814 系列二极管实际上非常适合约 10 V 的 OS 电压。

需要注意的是，为了使变换器获得更好的温度稳定性，需要使用TKN为正的VD4稳压二极管，它可以补偿受热时VT2晶体管发射结处压降的下降。因此，D814系列稳压二极管比精密稳压二极管D818更合适。

可以增加变压器输出绕组的数量（类似于绕组II），即可以将转换器制成多通道。

按照图一方案搭建。当输入电压在很大范围内 (4 ... 150 V) 变化时，250 个转换器可提供良好的输出电压稳定性。然而，当在可变负载上运行时，尤其是在多通道转换器中，结果会稍差一些，因为当其中一个绕组中的负载电流发生变化时，能量会在所有绕组之间重新分配。在这种情况下，反馈电压的变化反映了转换器的输出电压的变化，但精度较低。

如果 OS 电压直接由输出电压生成，则可以提高在可变负载上运行时的稳定性。最简单的方法是使用根据任何已知方案组装的附加低功率变压器电压转换器 [2]。

在多通道 IVEP 的情况下，使用额外的电压转换器也是合理的。高压转换器提供稳定电压之一（其中最大的 - 在高压下，转换器输出端的电容滤波器效率更高[1]），并生成其余电压，包括反馈电压通过一个附加转换器。

对于变压器的制造，最好使用中心杆中有间隙的铠装铁氧体磁路，它提供线性磁化。如果没有这样的磁路，为了产生间隙，您可以使用 0,1 ... 0,3 mm 厚的由 Textolite 甚至纸制成的垫圈。也可以使用环形磁路。

尽管文献中指出，对于本文考虑的二极管反相转换器，输出滤波器可以是纯电容性的，但使用LC滤波器可以进一步减小输出电压纹波。

为了IVEP的安全运行，应使用电机绝缘良好的微调电阻（图5中的R4）。变压器绕组与电源电压通过电流连接，必须与输出可靠隔离。这同样适用于其他无线电元件。

与任何具有变频功能的 IVEP 一样，所述电源必须配备电磁屏蔽和输入滤波器。

建立变流器的安全性将由变压比等于XNUMX的网络变压器提供。不过，最好使用串联的 LATR 和隔离变压器。

在空载情况下打开转换器很可能会导致强大的开关晶体管击穿。因此，在进行调整之前，请先连接等效负载。开机后，首先用示波器检查电阻R3两端的电压——它应该在tn阶段线性增加。如果线性被破坏，这意味着磁路进入饱和，必须重新计算变压器。使用高压探头检查开关晶体管集电极处的信号 - 脉冲下降应该足够陡峭，并且开路晶体管两端的电压应该很小。如有必要，可调整晶体管基极电路中基极绕组的匝数和电阻R2的阻值。

接下来可以尝试用电阻R5改变转换器的输出电压；如有必要，调整OS绕组的匝数并选择VD4齐纳二极管。当输入电压和负载变化时，检查转换器的运行情况。

上图。图 5 显示了 ROM 编程器的 IVEP 方案，作为使用基于所提出原理构建的转换器的示例。

（点击放大）

源参数在表中给出。一。

表1

输出电压，V 电流，A 纹波电压，V

+28 0,025 0,2 ... 0,2

+5 0,75 0,05

-5 0,05 0,02

当市电电压从 140 V 变为 240 V 时，28 V 电源输出的电压范围为 27,6 ... 28,2 V；源+5V - 4,88 ... 5V。

电容C1-C3和电感L1构成输入电源滤波器，减少转换器的高频干扰辐射。当转换器开启时，电阻器R1限制电容器C4的充电电流脉冲。

R3C5 电路可以平滑 VT1 晶体管上的电压尖峰（前面的图中未显示类似的电路）。

在晶体管VT3、VT4上，组装了一个传统的转换器，它从+28V输出电压产生另外两个电压：+5V和-5V，以及OS电压。一般来说，IVEP 提供+28 V 的稳定电压。其他两个输出电压的稳定性由由 +28 V 电源供电的附加转换器和这些通道的相当恒定的负载来确保。

IVEP 提供防止输出电压超过 +28 V 至 29 V 的保护。超过时，VS1 三端双向可控硅开关元件打开和关闭 +28 V 电源。电源会发出响亮的吱吱声。通过双向可控硅的电流为 0,75 A。

晶体管VT1安装在尺寸为40（30毫米）的铝板制成的小型散热器上，可以用其他电压至少为828V、电流大于600A的高压器件代替KT1A晶体管。可以使用例如KT826B、KT828B、KT838A。

您可以使用任何 KT3102 系列晶体管来代替 KT3102A 晶体管；晶体管KT815G可以用KT815V、KT817V、KT817G替代。高频整流二极管（除VD1外）必须采用KD213系列等，宜采用K52、IT系列氧化物滤波电容。电容器 C5 必须至少为 600 V。

使用双向可控硅 TS106-10 (VS1) 仅仅是因为其尺寸小。几乎任何类型的能够承受约 1 A 电流的三极管都适用，包括 KU201 系列。然而，必须根据最小控制电流来选择三极管。

应该注意的是，在特定情况下（源电流消耗相对较小），可以通过根据图 4 的方案构建转换器来不需要第二个转换器。 5 带有用于 +5 V 和 -142 V 通道的附加绕组以及 KRXNUMX 系列的线性稳定器。使用额外转换器的原因是希望对各种 IVEC 进行比较研究，并确保所提出的选项提供更好的输出电压稳定性。

变压器和扼流圈的参数见表。 2.

表2

指定磁路绕组 转弯数量 线材

T1 B26 M1000 中心杆有间隙 I
II
III 300
28
8 PEV-2 0,18
PEV-2 0,35
PEV-2 0,18

T2 К16x10x4,5 М2000НМ1 I
II
III
IV 2x65
2x7
2x13
23 PEV-2 0,18
PEV-2 0,18
PEV-2 0,35
MGTF 0,07

L1 К16x10x4,5 М2000НМ1 MGTF 0,07 填充前两根导线

L2 К17,5x8x5 М2000НМ1 18 PEV-2 0,5

L3 К16x10x4,5 М2000НМ1 8 PEV-2 0,5

L4 К12x5x5,5 М2000НМ1 18 PEV-2 0,5

T1变压器的磁路取自EC系列计算机可更换磁盘驱动器电源的滤波电感。

扼流圈 L1-L4 的磁路类型并不重要。

按照上述方法建立电源，但首先应按照图示将电阻R10的滑块移至下方位置来关闭过压保护。建立IVEP后，需要通过电阻R5将输出电压设置为+29V，并缓慢旋转电阻R10的滑块，达到双向可控硅VS1的开启阈值。然后关闭电源，将电阻R5的滑块向降低输出电压的方向转动，打开电源并用电阻R5将输出电压设置为28V。

应该注意的是：由于+5 V和-5 V输出端的电压取决于+28 V电压，并且不能与其分开调节，因此取决于所用元件的参数和特定负载的电流，因此可能需要选择变压器T2的绕组匝数。

文学

Bas A. A.、Milovzorov V. P.、Musolin A. K. 无变压器输入的二次电源。 - M.：无线电和通信，1987 年。
无线电电子设备的电源。手册，编辑。 Naivelt G. S. - M .：无线电和通信，1985 年。

作者：Yu.Vlasov, Murom, Vladimir region

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