RU2014713C1

RU2014713C1 - Stabilized voltage converter with digital microcircuits

Info

Publication number: RU2014713C1
Authority: RU
Inventors: Валериан Николаевич Скачко
Original assignee: Валериан Николаевич Скачко
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: stabilized voltage converter is meant for secondary power supply sources. Push-pull amplifier is set in action from generator of rectangular voltage. Switching on of each transistor of it is delayed till natural process of switching off of transistor operated before is over. For this signals from supplementary winding of output transformer are used. Novelty of invention consists in that necessary amplification of signals of generator is performed with the aid of buffer elements with open collectors. For supply of power amplifier built on p-n-p transistors sum of voltages is used: positive polarity for supply of microcircuits and negative polarity is supplied from stabilizer which inverts (changes polarity) primary voltage and so controls generated voltage that measured (and stabilized) voltage in feedback circuit is kept within preset limits. In this case unit for suppression of through currents is built on two transistors of p-n-p type of conductance. Junctions base-emitter of transistors of power amplifier are shunted in turn by spacings collector-emitter of these transistors. Control over transistors of unit for suppression of through currents is conducted both by signals from supplementary winding of output transformer and by signals from buffer elements of opposite arms. EFFECT: improved operational characteristics. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике/ а именно к преобразующим источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Преимущественная область использования - радиоэлектронные устройства/ работающие от низковольтных первичных источников электропитания/ например аккумуляторных батарей. The invention relates to electrical engineering / namely to converting sources of secondary power supply of electronic equipment. The preferred area of use is electronic devices / powered by low-voltage primary power sources / for example rechargeable batteries.

Одной из задач/ решаемых при разработке двухтактных преобразователей постоянного напряжения для уменьшения внутренних потерь/ является исключение сквозных токов (токов перекрытия)/ которые могут возникнуть из-за инерционности выключения силовых трансформаторов. One of the tasks / solved in the development of push-pull DC-DC converters to reduce internal losses / is the elimination of through currents (overlapping currents) / which may occur due to the inertia of turning off the power transformers.

Известен управляемый от внешнего источника инвертор на двух транзисторах с регулированием фазового угла режима проводимости до 180 эл.град./ в котором схема управления инвертора состоит из задающего генератора тактовых импульсов/ подключенных к нему мультивибратора и Т-триггера/ а также из двух логических элементов И/ первыми входами подключенных к взаимоинверсным выходам триггера/ вторыми входами - к выходу мультивибратора/ а выходами - к базам транзисторов инвертора (усилителя мощности). Импульсы генератора одновременно переключают Т-триггер и запускают мультивибратор/ вырабатывающий отрицательный импульс/ длительность которых устанавливают на максимально возможную величину задержки выключения транзисторов усилителя мощности. Логические элементы вычитают из начальной части каждого полупериода прямоугольного напряжения триггера отрезок/ равный длительности импульсов мультивибратора/ чтобы предотвратить одновременно открытое состояние обоих транзисторов усилителя мощности. Устройству присущ недостаток/ состоящий в том/ что временная уставка по задержке включения транзисторов усилителя мощности может быть только постоянной/ в то время/ как фактическое время выключения силовых транзисторов не постоянно/ а зависит от тока коллектора/ т.е. от величины нагрузки. В процессе ее изменения возможны как потеря формы меандра/ так и появление все же сквозных токов. Более эффективным решением задачи является автоматическое изменение времени задержки включения очередного транзистора/ исходя из действительного протягивания работы выключаемого транзистора. Known is an inverter controlled from an external source on two transistors with phase conduction angle control up to 180 electric degrees / in which the inverter control circuit consists of a master clock / connected to it a multivibrator and a T-trigger / as well as two logical elements And / the first inputs connected to mutually inverse outputs of the trigger / the second inputs - to the output of the multivibrator / and the outputs - to the bases of the transistors of the inverter (power amplifier). The pulses of the generator simultaneously switch the T-trigger and start the multivibrator / generating a negative pulse / the duration of which is set to the maximum possible delay value for turning off the transistors of the power amplifier. Logic elements are subtracted from the initial part of each half-cycle of the rectangular voltage of the trigger the segment (equal to the pulse duration of the multivibrator) to prevent simultaneously the open state of both transistors of the power amplifier. The device has a disadvantage / consisting in the fact that the time setting for the delay in turning on the transistors of the power amplifier can only be constant / while / the actual time for turning off the power transistors is not constant / and depends on the collector current / i.e. from the magnitude of the load. In the process of its change, both the loss of the meander shape / and the appearance of through currents are possible. A more effective solution to the problem is to automatically change the delay time for turning on the next transistor / based on the actual extension of the operation of the turn-off transistor.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное/ содержащий генератор коротких импульсов/ Т-триггер/ двухтактный усилитель мощности (силовой инвертор)/ блок расширения импульсов генератора и выходной трансформатор/ на который нагружен усилитель мощности. Генератор имеет собственный выходной трансформатор с тремя обмотками/ из которых первая подключена к входу триггера/ а две другие включены последовательно между выходами триггера и базами транзисторов усилителя мощности. Выходы триггера подключены также к входящему в блок расширения коммутатору на двух транзисторах/ шунтирующих диодные выпрямители/ подключенные к дополнительной обмотке выходного трансформатора усилителя мощности/ а выходами связаны через элемент ИЛИ с базой выходного транзистора генератора. A known DC-to-AC converter / comprising a short pulse generator / T-trigger / push-pull power amplifier (power inverter) / pulse extension unit of the generator and output transformer / on which the power amplifier is loaded. The generator has its own output transformer with three windings / of which the first is connected to the input of the trigger / and the other two are connected in series between the outputs of the trigger and the bases of the transistors of the power amplifier. The trigger outputs are also connected to a switch on two transistors that are included in the expansion unit (shunting diode rectifiers / connected to the additional winding of the output transformer of the power amplifier) and the outputs are connected via an OR element to the base of the generator output transistor.

Каждый импульс генератора переключает триггер/ однако до тех пор/ пока импульс не окончится/ обоим транзисторам усилителя мощности выдается запирающее напряжение в базы. При очередном переключении триггера прекращается шунтирование диодного выпрямителя/ фазированного с работающим и остающимся включенным до окончания рассасывания транзистором усилителя мощности. На этом временном участке напряжение указанного выпрямителя через элемент ИЛИ поддерживает выходной транзистор генератора в открытом состоянии и его импульс/ продолжающий запирать оба транзистора усилителя мощности/ ускоряет выключение работавшего транзистора и на это же время задерживает включение другого транзистора. Each pulse of the generator switches the trigger / however, until / until the pulse ends / both transistors of the power amplifier are given a locking voltage to the base. The next time the trigger is switched, the shunting of the diode rectifier / phased with the working and remaining turned on until the end of the resorption of the power amplifier transistor stops. At this time interval, the voltage of the specified rectifier through the OR element keeps the output transistor of the generator in the open state and its pulse / continuing to lock both transistors of the power amplifier / accelerates the shutdown of the working transistor and at the same time delays the inclusion of the other transistor.

Недостаток преобразователя в том/ что в схеме его генератора применяется моточный элемент (трансформатор)/ который не технологичен и в целом его элементная база устаревает. Уровень КПД обоих аналогов среднестатистический. The disadvantage of the converter is that a winding element (transformer) is used in the circuit of its generator / which is not technologically advanced and, as a whole, its element base is out of date. The efficiency level of both analogues is average.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является стабилизированный преобразователь напряжения с цифровыми микросхемами/ состоящий из генератора прямоугольного напряжения с противофазными выходами/ двухтактного усилителя мощности с первым и вторым транзисторами/ из узла для исключения сквозных токов/ устройства стабилизации/ источника питания микросхем и из выходного трансформатора/ начало и конец первичной обмотки которого подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов усилителя мощности/ вторичная обмотка подключена через выпрямитель к выходу преобразователя/ а имеющаяся в трансформаторе дополнительная обмотка со средним выводом крайними выводами подключена к узлу для исключения сквозных токов. The closest in technical essence and taken as a prototype is a stabilized voltage converter with digital microcircuits / consisting of a square-wave generator with antiphase outputs / a push-pull power amplifier with first and second transistors / from a node to eliminate through currents / stabilization devices / power supply of microcircuits and from output transformer / the beginning and the end of the primary winding of which are connected to the collectors of the first and second transistors of the power amplifier, respectively bridges / secondary winding is connected through a rectifier to the output of the converter / and the additional winding in the transformer with the middle terminal is connected to the node by the extreme terminals to exclude through currents.

В прототипе узел для исключения сквозных токов выполнен на двух трехвходовых логических элементах И/ двух элементах НЕ и двух резисторах. Дополнительных обмоток в выходном трансформаторе две/ но они эквивалентны одной/ так как начало первой из них и конец второй соединены между собой и подключены к общему проводу устройства/ Противоположные выводы этих обмоток через указанные резисторы и элементы НЕ подключены к первым входам логических элементов. Вторые их входы подключены к выходам генератора прямоугольных колебаний (тактовых импульсов). Выходы логических элементов через имеющийся в прототипе предварительный усилитель мощности подключены к базам транзисторов усилителя мощности (именуемого в описании прототипа преобразователем напряжения)/ выполняемого на n-p-n-транзисторах. Устройство стабилизации построено на последовательно соединенных усилителе рассогласования и узле для формирования дискретных управляющих импульсов/ к входу первого из которых подключена обратная связь с выхода выпрямителя/ а выход второго подключен к третьим входам логических элементов. Узел для защиты от сквозных токов действует по принципу конъюнкции каждым логическим элементом трех сигналов: от относящегося к нему элемента НЕ/ от генератора прямоугольных колебаний и от устройства стабилизации. Логическая единица от элементов НЕ может быть получена только после выключения ранее работающего транзистора усилителя мощности/ а от устройства стабилизации длительности формируемой единицы (скважность сигнала) является функцией рассогласования между заданным и фактическим значением выходного напряжения. Осуществляется таким образом широтно-импульсная модуляция/ и на половины первичной обмотки выходного трансформатора попеременно подается нестабилизированное напряжение/ входное для усилителя мощности. При широтно-импульсном управлении усилителем мощности узел для исключения сквозных токов вступает в действие только при уменьшении скважности до такой степени/ когда пауза модуляции становится меньшей времени естественного выключения транзисторов усилителя мощности. In the prototype, the node for eliminating through currents is made on two three-input logic elements AND / two elements NOT and two resistors. There are two additional windings in the output transformer / but they are equivalent to one / since the beginning of the first of them and the end of the second are interconnected and connected to the device’s common wire / The opposite conclusions of these windings through the indicated resistors and elements are NOT connected to the first inputs of the logic elements. Their second inputs are connected to the outputs of the square wave generator (clock pulses). The outputs of the logic elements through the pre-amplifier in the prototype are connected to the bases of the transistors of the power amplifier (referred to in the description of the prototype voltage converter) / performed on n-p-n-transistors. The stabilization device is built on a mismatch amplifier and a node for generating discrete control pulses / to the input of the first of which is connected feedback from the output of the rectifier / and the output of the second is connected to the third inputs of the logic elements. The node for protection against through currents operates on the principle of conjunction of three logical signals by each logical element: from the element NOT related to it / from the square-wave oscillator and from the stabilization device. The logical unit from the elements can NOT be obtained only after turning off the previously working transistor of the power amplifier / and from the device for stabilizing the duration of the unit being formed (signal duty cycle) is a function of the mismatch between the set and actual value of the output voltage. Thus, pulse-width modulation is carried out / and unstabilized voltage / input for the power amplifier is alternately supplied to the halves of the primary winding of the output transformer. In the case of pulse-width control of a power amplifier, the node for eliminating through-currents comes into effect only when the duty cycle is reduced to such an extent / when the modulation pause becomes less than the time of the natural turn-off of the power amplifier transistors.

Недостаток прототипа заключается в том/ что у него недостаточно высокий КПД и от него невозможно получить несколько стабилизированных напряжений. Первый недостаток происходит от того/ что рассасывание неосновных носителей транзисторов усилителя мощности производится через резисторы/ включенные параллельно база-эмиттерным переходам этих транзисторов. Во-первых/ рассасывание через резисторы длится относительно долго и неодинаково в обоих транзисторах. Отсюда подмагничивание сердечника выходного трансформатора и снижение КПД. Во-вторых/ присутствие резисторов параллельно переходам база-эмиттер в рабочие полупериоды приводит к выделению части мощности управляющего сигнала на этих резисторах/ что тоже снижает КПД. Второй недостаток становится ощутим/ если возникает необходимость иметь несколько выходных напряжений. Простое повторение для последующих выходов новой вторичной обмотки (или выведение отводов от имеющейся) и выпрямителей не ведет к успеху/ так как выпрямленное и отфильтрованное переменное широтно-импульсное напряжение/ не охваченное обратной связью/ очень критично к величине нагрузки. Между тем обратная связь может быть подключена лишь к одному из выходов преобразователя. The disadvantage of the prototype is / that it does not have a high efficiency and it is impossible to obtain several stabilized voltages from it. The first drawback comes from the fact that the resorption of minority carriers of the power amplifier transistors is performed through resistors / connected in parallel to the base-emitter junctions of these transistors. Firstly, resorption through resistors lasts relatively long and varies in both transistors. Hence the magnetization of the core of the output transformer and a decrease in efficiency. Secondly, the presence of resistors parallel to the base-emitter transitions in half-periods leads to the allocation of part of the control signal power on these resistors / which also reduces the efficiency. The second drawback becomes noticeable / if it becomes necessary to have several output voltages. A simple repetition for subsequent outputs of a new secondary winding (or removing leads from the existing one) and rectifiers does not lead to success / since the rectified and filtered alternating pulse-width voltage / not covered by feedback / is very critical to the magnitude of the load. Meanwhile, feedback can be connected to only one of the converter outputs.

Цель изобретения - повышение КПД и получение нескольких стабилизированных напряжений. The purpose of the invention is to increase the efficiency and obtain several stabilized voltages.

Это достигается тем/ что в стабилизированный преобразователь с цифровыми микросхемами/ состоящий из генератора прямоугольного напряжения с противофазными выходами/ двухтактного усилителя мощности с первым и вторым транзисторами/ из узла для исключения сквозных токов/ устройства стабилизации/ источника питания микросхем и из выходного трансформатора/ начало и конец первичной обмотки которого подключены к коллекторам соответственно первого и второго транзисторов усилителя мощности/ вторичная обмотка подключена через выпрямитель к выходу преобразователя/ а имеющаяся в трансформаторе дополнительная обмотка со средним выводом крайними выводами подключена к узлу для исключения сквозных токов/ введены первый и второй буферные элементы с открытым коллектором/ входы этих элементов подключены к выходам генератора прямоугольных напряжений/ а выходы через первый и второй токоограничивающие резисторы подключены к базам соответственно первого и второго p-n-p-транзисторов усилителя мощности/ узел для исключения сквозных токов выполнен на третьем и четвертом p-n-p-транзисторах/ эмиттеры всех четырех транзисторов соединены со средним выводом дополнительной обмотки выходного трансформатора и с выходным выводом положительной полярности источника для питания микросхем/ база третьего транзистора через третий и четвертый резисторы подключена соответственно к началу дополнительной обмотки выходного трансформатора и к выходу второго буферного элемента/ база четвертого транзистора через пятый и шестой резисторы подключена соответственно к концу дополнительной обмотки и к выходу первого буферного элемента/ коллекторы третьего и четвертого транзисторов соединены с базами первого и второго транзисторов усилителя мощности/ выход устройства стабилизации/ который выполнен в виде регулируемого формирователя напряжения отрицательной полярности/ подключен к среднему выводу первичной обмотки выходного трансформатора/ а вторичная обмотка этого трансформатора снабжена отводами/ подключенными к выпрямителям сообразно числу требуемых выходных напряжений/ и выход одного из выпрямителей по цепи обратной связи подключен к управляющему входу устройства стабилизации. Кроме того/ для расширения функциональных возможностей в буферные элементы введены управляющие входы/ которые объединены и предназначены для подключения сигналов защиты по отключению выходного или первичного напряжений или по току перегрузки/ при этом параллельно переходам база-эмиттер первого и второго транзисторов подключены седьмой и восьмой резисторы. This is achieved by the fact that in a stabilized converter with digital microcircuits / consisting of a square-wave generator with antiphase outputs / a push-pull power amplifier with first and second transistors / from a node to exclude through currents / stabilization device / microcircuit power source and from the output transformer / start and the end of the primary winding of which is connected to the collectors of the first and second transistors of the power amplifier, respectively / the secondary winding is connected through a rectifier to the transformer / and the additional winding in the transformer with the middle terminal end terminals connected to the node to eliminate through currents / introduced the first and second buffer elements with an open collector / inputs of these elements are connected to the outputs of the square voltage generator / and the outputs through the first and second current-limiting resistors connected to the bases of the first and second pnp transistors of the power amplifier, respectively / the node for eliminating through currents is made on the third and fourth pnp transistors / emitters of all four transistors are connected to the middle terminal of the additional winding of the output transformer and to the output terminal of the positive polarity of the source for supplying the microcircuits / base of the third transistor through the third and fourth resistors is connected respectively to the beginning of the additional winding of the output transformer and to the output of the second buffer element / base of the fourth transistor through the fifth and sixth resistors connected respectively to the end of the additional winding and to the output of the first buffer element / count the vectors of the third and fourth transistors are connected to the bases of the first and second transistors of the power amplifier / output of the stabilization device / which is made in the form of an adjustable voltage driver of negative polarity / connected to the middle terminal of the primary winding of the output transformer / and the secondary winding of this transformer is equipped with taps / connected to the rectifiers, respectively the number of required output voltages / and the output of one of the rectifiers in the feedback circuit is connected to the control input of the device and stabilization. In addition / to expand the functionality, control inputs have been introduced into the buffer elements / which are combined and designed to connect protection signals to turn off the output or primary voltage or overload current / while the seventh and eighth resistors are connected in parallel to the base-emitter junctions of the first and second transistors.

Сущность изобретения состоит в том/ что сигналы от противофазных выходов генератора прямоугольного напряжения усиливаются введенными буферными элементами с открытыми коллекторами/ а база-эмиттерные переходы транзисторов усилителя мощности/ выбранных p-n-p-типа проводимости/ шунтируются промежутками коллектор-эмиттер транзистора узла для исключения сквозных токов/ выбранных тоже p-n-p-типа/ а питание усилителя мощности осуществляется суммарным напряжением источника питания микросхем/ к положительному выходному выводу которого обращены эмиттеры транзисторов усилителя мощности и узла для исключения сквозных токов/ и напряжения устройства стабилизации в виде регулируемого формирователя постоянного напряжения отрицательной полярности/ управляемого по цепи обратной связи от одного из нескольких выпрямителей/ подключенных к вторичным обмоткам выходного трансформатора. При этом управление транзисторами узла для устранения сквозных токов ведется через резисторы - как от дополнительной обмотки выходного трансформатора/ так и посредством перекрестных связей от выходов буферных элементов. Благодаря этому шунтирование база-эмиттерных переходов транзисторов усилителя мощности производится в нерабочие полупериоды и далее протягивается до окончания процесса рассасывания выключаемого транзистора противоположного плеча усилителя мощности. The essence of the invention lies in the fact that the signals from the out-of-phase outputs of the square-wave generator are amplified by the introduced buffer elements with open collectors / and the base-emitter junctions of the power amplifier transistors / selected pnp conductivity type / are bridged by the collector-emitter transistors of the node to eliminate through currents / selected also pnp-type / a power amplifier is supplied by the total voltage of the power supply of the chips / to the positive output terminal of which is turned the emitters of the transistors of the power amplifier and the node to avoid through current / and voltage stabilizer in the form of an adjustable DC voltage shaper negative polarity / managed by the feedback loop from one of several rectifiers / are connected to the secondary windings of the output transformer. In this case, the control of the transistors of the node to eliminate the through currents is carried out through resistors - both from the additional winding of the output transformer / and through cross-connections from the outputs of the buffer elements. Due to this, the base-emitter junctions of the power amplifier transistors are bypassed during non-working half-periods and then stretched until the end of the process of resorption of the switched-off transistor of the opposite arm of the power amplifier.

На фиг. 1 представлена схема предложенного преобразователя напряжения; на фиг. 2 - дополнительные элементы к нему при необходимости применения в нем устройств защиты. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed voltage Converter; in FIG. 2 - additional elements to it, if necessary, the use of protective devices in it.

Стабилизированный преобразователь состоит из генератора 1 прямоугольного напряжения с противофазными выходами/ первого 2 и второго 3 буферных элементов с открытыми коллекторами и повышенной нагрузочной способностью/ из усилителя 4 мощности с первым 5 и вторым 6 p-n-p-транзисторами и первым 7/ вторым 8 резисторами/ из узла 9 для исключения сквозных токов/ в который входят третий 10 и четвертый 11 p-n-p-транзисторы/ третий 12/ четвертый 13/ пятый 14 и шестой 15 резисторы/ из выходного трансформатора 16 с первичной 17/ вторичной 18 и дополнительной 19 обмотками/ источника 20 питания микросхем/ устройства стабилизации (регулируемый формирователь 21 напряжения отрицательной полярности) и выпрямителей 22 и 23. К входным выводам стабилизированного преобразователя подключены источник 20 и формирователь 21. Выход первого из них подключен к цепям питания микросхем/ к эмиттерам транзисторов 5/ 6/ 10 и 11 и к средней точке дополнительной обмотки 19 трансформатора 16. Входы буферных элементов подключены к парафазным выходам генератора 1 прямоугольного напряжения/ а их выходы через резисторы 7 и 8 - к базам транзисторов 5 и 6 усилителя 4 мощности/ к которым подключены также коллекторы транзисторов 10 и 11 узла 9 для исключения сквозных токов. Коллекторы транзисторов 5 и 6 подключены к обмотке 17 трансформатора 16/ а к выводам той же полярности обмотки 19 через резисторы 12 и 14 подключены базы транзисторов 10 и 11/ причем между базой транзистора 10 и выходом буферного элемента 3 включен резистор 13/ а между базой транзистора 11 и выходом буферного элемента 2 включен резистор 15. К средней точке обмотки 17 трансформатора 16 подключен выход регулируемого формирователя 21 напряжения отрицательной полярности. К вторичной обмотке 18 и к ее отводам подключены выпрямители 22 и 23. Выход одного из них (23) подключен по цепи обратной связи к регулируемому формирователю 21. Для управления буферными элементами со стороны устройств защиты они снабжены управляющими входами (фиг. 2). Поскольку таковые аналогичны элементам совпадения с открытыми выходами и повышенной нагрузочной способностью/ например 2И-НЕ (555ЛА13/ К555ЛА13)/ и их применение удобно тем/ что остальные элементы корпуса микросхемы тоже могут быть использованы в других частях схемы изделия/ то на фиг. 2 применены указанные логические элементы. Вторые (управляющие) входы элементов 2 и 3 объединены между собой и предназначены для подачи на них исполнительных сигналов защиты об отклонении напряжения или о возникшей перегрузке (в случае необходимости в такой защите). Параллельно переходам база-эмиттер транзисторов 5 и 6 при этом подключены седьмой 24 и восьмой 25 резисторы. The stabilized converter consists of a rectangular voltage generator 1 with antiphase outputs / first 2 and second 3 buffer elements with open collectors and increased load capacity / from a 4 power amplifier with first 5 and second 6 pnp transistors and first 7 / second 8 resistors / from the node 9 to exclude through currents / which includes the third 10 and fourth 11 pnp transistors / third 12 / fourth 13 / fifth 14 and sixth 15 resistors / from the output transformer 16 with primary 17 / secondary 18 and an additional 19 windings / the source 20 of the power supply of the microcircuit / stabilization device (adjustable driver 21 of negative polarity voltage) and the rectifiers 22 and 23. The input 20 of the stabilized converter is connected to the source 20 and the driver 21. The output of the first one is connected to the power supply circuits of the microcircuits / to the emitters of transistors 5/6 / 10 and 11 and to the midpoint of the additional winding 19 of the transformer 16. The inputs of the buffer elements are connected to the paraphase outputs of the square-wave generator 1 / and their outputs through resistors 7 and 8 to the bases of the transistor 5 and 6 of the power amplifier 4 / which are connected to the collectors of transistors 10 and 11 and the assembly 9 to eliminate the through current. The collectors of transistors 5 and 6 are connected to the winding 17 of the transformer 16 / a and the terminals of the transistors 10 and 11 are connected to the terminals of the same polarity of the winding 19 through the resistors 12 and 14 / and a resistor 13 / a is connected between the base of the transistor 10 and the output of the buffer element 3 / between the base of the transistor 11 and the output of the buffer element 2 includes a resistor 15. To the midpoint of the winding 17 of the transformer 16 is connected the output of an adjustable voltage driver 21 of negative polarity. Rectifiers 22 and 23 are connected to the secondary winding 18 and to its taps. The output of one of them (23) is connected via a feedback circuit to an adjustable shaper 21. To control the buffer elements from the side of the protection devices, they are equipped with control inputs (Fig. 2). Since they are similar to the elements of coincidence with open outputs and increased load capacity (for example, 2I-NOT (555LA13 / K555LA13) / and their use is convenient because the remaining elements of the microcircuit housing can also be used in other parts of the product circuit / then in FIG. 2, the indicated logic elements are applied. The second (control) inputs of elements 2 and 3 are interconnected and are intended for supplying to them executive protection signals about a voltage deviation or about an overload (if such protection is necessary). In parallel with the base-emitter junctions of transistors 5 and 6, the seventh 24 and eighth 25 resistors are connected.

Работает стабилизированный преобразователь следующим образом. The stabilized converter operates as follows.

С появлением первичного напряжения вступает в действие источник 20 питания микросхем и регулируемый формирователь 21. От генератора 1 прямоугольного напряжения через буферные элементы 2 и 3 и через резисторы 7 и 8 от источника 20 питания микросхем возникает попеременно базовый ток транзисторов 5 и 6. Пусть первым появляется ток через выходной вывод буферного элемента 2. Уровень логического нуля на выходе этого элемента приводит к открыванию транзистора 11 (по цепи через резистор 15)/ а когда открывается транзистор 5/ то от обмотки 17 в обмотку 19 индуцируется напряжение/ также открывающее транзистор 11 через резистор 14. With the appearance of the primary voltage, the microcircuit power source 20 and the adjustable driver 21 come into operation. From the square-wave generator 1 through the buffer elements 2 and 3 and through the resistors 7 and 8 from the microcircuit power source 20, the base current of the transistors 5 and 6 alternates. Let the first appear the current through the output terminal of the buffer element 2. The logic zero level at the output of this element leads to the opening of the transistor 11 (in the circuit through the resistor 15) / and when the transistor 5 opens / then from the winding 17 to the winding 19 indu cited voltage / also opening the transistor 11 through the resistor 14.

Своим промежутком коллектор-эмиттер транзистор 11 шунтирует переход база-эмиттер транзистора 6. With their gap, the collector-emitter transistor 11 shunts the base-emitter junction of the transistor 6.

При смене полупериодов переменного напряжения генератора 1 ток базы транзистора 5 через резистор 7 и ток на базу транзистора 11 по резистору 15 прекращаются. Но транзисторы 5 и 11 остаются еще некоторое время открытыми: транзистор 5 из-за рассасывания неосновных носителей/ а транзистор 11 из-за продолжающегося/ пока открыт транзистор 5/ индуцирования напряжения в обмотку 19/ поддерживающего транзистор 11 в открытом состоянии током/ проходящим на его базу по резистору 14. Этим предотвращается открывание транзистора 6 появившимся током от резистора 8/ в результате чего транзистор 6 имеет возможность открыться только после того/ как закрывается транзистор 5/ вслед за которым закрывается и транзистор 11. Возникший на выходе буферного элемента 3 уровень логического нуля обусловливает также ток через резистор 13 на базу транзистора 10 и он/ открываясь/ становится шунтировать база-эмиттерный переход транзистора 5/ вследствие чего процесс рассасывания транзистора 5 ускоряется. Транзистор 10 после закрывания транзистора 5 останавливается открытым за счет тока от буферного элемента 3 до конца начавшегося полупериода. Когда открывается транзистор 6/ то индуцируемое в обмотку 19 напряжение также действует на транзистор 10/ что продлевает его открытое состояние/ создавая ток на его базу через резистор 12. Следовательно/ несмотря на то/ что ток на базу транзистора 10 со стороны резистора 13 в конце полупериода прекращается/ он останавливается со стороны резистора 12 от верхней полуобмотки дополнительной обмотки 19 на время рассасывания транзистора 6/ которое начинается сразу же по исчезновении уровня логического нуля на выходе буферного элемента 3 и будет во времени сокращено начавшимся шунтированием база-эмиттерного перехода транзистора 6 промежутком коллектор-эмиттер транзистора 11. When changing half-periods of alternating voltage of the generator 1, the base current of the transistor 5 through the resistor 7 and the current to the base of the transistor 11 through the resistor 15 are stopped. But the transistors 5 and 11 remain open for some time: the transistor 5 due to the absorption of minority carriers / and the transistor 11 due to the ongoing / while the transistor 5 is open / voltage induction in the winding 19 / supporting the transistor 11 in the open state by the current / passing on it base on the resistor 14. This prevents the opening of the transistor 6 by the appearing current from the resistor 8 / as a result of which the transistor 6 can only open after / when the transistor 5 is closed / after which the transistor 11. is closed the logical zero level that appeared at the output of the buffer element 3 also determines the current through the resistor 13 to the base of transistor 10 and it / opening / starts to bypass the base-emitter junction of transistor 5 / as a result of which the process of resorption of transistor 5 is accelerated. The transistor 10 after closing the transistor 5 is stopped open due to the current from the buffer element 3 to the end of the half-period that has begun. When the transistor 6 opens / the voltage induced in the winding 19 also acts on the transistor 10 / which extends its open state / by creating a current to its base through the resistor 12. Therefore / despite the fact that the current to the base of the transistor 10 is from the side of the resistor 13 at the end the half-cycle stops / it stops on the side of the resistor 12 from the upper half-winding of the additional winding 19 for the resorption time of the transistor 6 / which begins immediately after the disappearance of the logic zero level at the output of the buffer element 3 and will be during audio incipient reduced by shunting the base-emitter junction of transistor 6 spaced collector-emitter of the transistor 11.

Получается/ что каждый из транзисторов 10 и 11 работает во всех полупериодах напряжения генератора 1: с самого начала одного из полупериодов/ чтобы ускорить выключение шунтируемого им силового транзистора и часть следующего полупериода/ чтобы задержать включение этого силового транзистора на время рассасывания противоположного силового транзистора усилителя мощности/ работавшего в предшествующем полупериоде. It turns out / that each of the transistors 10 and 11 works in all half-periods of the voltage of generator 1: from the very beginning of one of the half-periods / to accelerate the shutdown of the power transistor shunted by it and part of the next half-period / to delay the turn-on of this power transistor for the time of absorption of the opposite power transistor of the power amplifier / worked in the previous half-cycle.

Таким образом/ узел 9 для исключения сквозных токов наряду с выполнением основной функции снижает время выключения силовых транзисторов/ причем для достижения этого не требуется каких-либо дополнительных активных элементов. Все это реализуется на двух транзисторах 10 и 11/ а два транзистора/ относящиеся к узлу для исключения сквозных токов/ имеются и в прототипе (на них выполнены инверторы/ ибо инверторы в виде цифровых элементов там не уместны из-за больших колебаний уровня напряжения с обмотки выходного трансформатора и его знакопеременного характера). Thus / node 9 to eliminate through currents, along with the implementation of the main function reduces the time off power transistors / and to achieve this does not require any additional active elements. All this is implemented on two transistors 10 and 11 / and two transistors / related to the node to exclude through currents / are also available in the prototype (inverters are made on them / because inverters in the form of digital elements are not appropriate there because of large fluctuations in the voltage level from the winding output transformer and its alternating character).

В качестве регулируемого формирователя 21 напряжения отрицательной полярности может быть использовано типовое устройство/ например на микросхеме μA78S40. As an adjustable voltage driver 21 of negative polarity, a typical device / for example on a μA78S40 chip can be used.

Если взятое для обратной связи выходное напряжение стабилизированного преобразователя имеет отрицательную полярность/ то включение микросхемы известное/ но только делитель стабилизируемого напряжения подключается не к выходу самого регулируемого формирователя напряжения отрицательной полярности/ а к выбранному выходу всего преобразователя. Если же напряжение обратной связи положительной полярности/ то отличие включения такой микросхемы состоит лишь в том/ что элементы/ подключаемые к входу обратной связи микросхемы/ известны. If the output voltage of the stabilized converter taken for feedback has negative polarity / then the inclusion of the microcircuit is known / but only the stabilized voltage divider is connected not to the output of the most adjustable voltage driver of negative polarity / but to the selected output of the entire converter. If the feedback voltage is positive polarity / then the difference in the inclusion of such a microcircuit is only / that the elements / connected to the feedback input of the microcircuit / are known.

Стабилизация выходного напряжения получается путем регулирования скважности импульсов регулирующего элемента формирователя 21 и изменения в конечном счете напряжения на выходе формирователя. Это напряжение увеличивается при появляющейся тенденции понижения напряжения обратной связи и/ наоборот/уменьшается при обратной тенденции. В результате оно устанавливается таким/ чтобы в сумме с напряжением источника 20 обеспечивалось бы получение заданного напряжения на выходе преобразователя (охваченного обратной связью). Stabilization of the output voltage is obtained by adjusting the duty cycle of the pulses of the regulating element of the shaper 21 and ultimately changing the voltage at the output of the shaper. This voltage increases with the emerging tendency to decrease feedback voltage and / vice versa / decreases with the reverse trend. As a result, it is set in such a way that, in total with the voltage of the source 20, a given voltage at the output of the converter (covered by feedback) is obtained.

Наряду с выполнением транзисторами 10 и 11 основной функции - избавление транзисторов 5 и 6 от неосновных носителей и временная задержка их включения/ они в предложенной схемотехнике привносят дополнительный вклад в повышение КПД/ так как шунтирование база-эмиттерных переходов производится только в отсутствии управляющего тока со стороны буферных элементов и подгрузка этих элементов резисторами/ имеющимися в прототипе/ таким образом исключена. Along with the performance of transistors 10 and 11, the main function is to rid transistors 5 and 6 of minority carriers and time delay for their inclusion / they in the proposed circuitry make an additional contribution to increasing efficiency / since the base-emitter junctions are bypassed only in the absence of control current from buffer elements and the loading of these elements by resistors / available in the prototype / is thus excluded.

Резисторы 24 и 25 (фиг.2) нужны лишь на случай остановки преобразователя при применении защиты по уровню выходного или первичного напряжению или по току перегрузки/ когда используется воздействие исполнительного сигнала такой защиты на вторые (управляющие) входы элементов 2 и 3. Resistors 24 and 25 (Fig. 2) are needed only in case the converter stops when applying protection according to the output or primary voltage level or overload current / when the action of the executive signal of such protection on the second (control) inputs of elements 2 and 3 is used.

Схемотехника предлагаемого преобразователя позволила согласовать выходы цифровых микросхем с усилителем мощности/ напряжение питания которого может быть существенно выше первичного (входного) и позволяет иметь выигрыш при его резких колебаниях/ например/ при питании от бортсети автомобиля/ где номинальное напряжение 12 В имеет диапазон изменения от 6 до 18 В в различных режимах работы. Применение регулируемого формирователя отрицательной полярности в этом случае позволяет иметь напряжение на усилителе мощности не менее 12 В во всем диапазоне входного напряжения/ потому что напряжение питания усилителя мощности есть суммарное напряжение от источника 20 питания микросхемы (обычно 5 В) и регулируемого формирователя 21 отрицательного напряжения/ номинальное значение которого может быть выбранным при указанных пределах входного напряжения минус 7 В. Получая таким образом повышенное напряжение питания усилителя мощности и снижая (при заданной выходной мощности) за счет этого коллекторные/ а значит и базовые токи транзисторов усилителя мощности/ удается облегчить согласование усилителя мощности с микросхемами. Надобность предварительного усилителя мощности (между микросхемами и усилителем мощности) исчезает (по крайней мере при выходной мощности преобразователя до 30-50 Вт)/ так как появляется возможность использования в усилителе мощности транзисторов с повышенным коэффициентом усиления по току (например/ транзисторы КТ825А)/ учитывая/ что повышенное время их выключения в предложенном техническом решении себя мало проявляет вследствие предпринятого шунтирования база-эмиттерных переходов транзисторами 10 и 11. The circuitry of the proposed converter made it possible to coordinate the outputs of the digital microcircuits with a power amplifier / the supply voltage of which can be significantly higher than the primary (input) voltage and allows you to have a gain when it fluctuates sharply / for example / when powered from the vehicle’s electrical network / where the rated voltage of 12 V has a change range of 6 up to 18 V in various operating modes. The use of an adjustable driver of negative polarity in this case allows you to have a voltage on the power amplifier of at least 12 V over the entire input voltage range / because the power supply voltage of the power amplifier is the total voltage from the microcircuit power supply 20 (usually 5 V) and the adjustable negative driver 21 the nominal value of which can be selected at the indicated limits of the input voltage minus 7 V. Thus obtaining an increased supply voltage of the power amplifier and reducing (at a given output power) due to this, the collector / and hence the base currents of the transistors of the power amplifier / can facilitate the coordination of the power amplifier with microcircuits. The need for a preliminary power amplifier (between microcircuits and a power amplifier) disappears (at least when the converter output power is up to 30-50 W) / since it becomes possible to use transistors with a higher current gain (for example, KT825A transistors) in the power amplifier / considering / that the increased turn-off time in the proposed technical solution does not manifest itself much due to the undertaken shunting of the base-emitter junctions by transistors 10 and 11.

Предлагаемый преобразователь обладает тем преимуществом перед прототипом/ что/ во-первых/ повышен КПД за счет устранения подгрузки базовых цепей силовых транзисторов усилителя мощности резисторами и уменьшения различия в длительности полупериодов/ из-за которого происходит подмагничивание сердечника выходного трансформатора и/ значит/ дополнительная потеря электрической энергии/ во-вторых/ стало возможным повысить число выходных напряжений/ снимаемых с выхода стабилизированного преобразователя. Различие в длительности полупериодов снижается благодаря тому/ что они не меняются в процессе регулирования (стабилизации)/ а время выключения силовых транзисторов сокращено. Увеличение числа выходных напряжений стало возможным вследствие того обстоятельства/ что уровень выходного напряжения выпрямителя (не охваченного обратной связью) прямоугольного напряжения меньше зависит от тока нагрузки/ чем при выпрямлении и сглаживании широтно-модулированного напряжения. The proposed converter has the advantage over the prototype / that / firstly / the efficiency is improved by eliminating the load on the base circuits of the power transistors of the power amplifier with resistors and reducing the difference in the half-life / due to which the magnetization of the core of the output transformer occurs and / means / additional loss of electrical energy / secondly / it became possible to increase the number of output voltages / removed from the output of the stabilized converter. The difference in the half-life is reduced due to the fact that / they do not change in the process of regulation (stabilization) / and the time to turn off the power transistors is reduced. An increase in the number of output voltages became possible due to the fact that the output voltage level of the rectifier (not covered by the feedback) of the rectangular voltage is less dependent on the load current / than when rectifying and smoothing the pulse-width modulated voltage.

Claims

1. STABILIZED VOLTAGE CONVERTER WITH DIGITAL CIRCUITS, comprising a square-wave generator with antiphase outputs, a push-pull power amplifier with first and second transistors, a node for eliminating through currents, a stabilization device, a power supply for microcircuits and an output transformer, the beginning and end of which are connected to the primary winding of the primary winding collectors of the first and second transistors of the power amplifier, respectively, the secondary winding is connected through a rectifier to the output of the converter, and d an additional winding of the transformer with the middle terminal end leads connected to the node to eliminate through currents, characterized in that, in order to increase efficiency and obtain several stable voltages, the first and second buffer elements with an open collector are introduced into it, the inputs of these elements are connected to the outputs of the generator rectangular voltages, and the outputs through the first and second current-limiting resistors to the bases of the first and second pnp transistors of the power amplifier, respectively, a node for eliminating through currents made on the third and fourth pnp transistors, the emitters of all four transistors are connected to the middle terminal of the additional winding of the output transformer and to the output terminal of the positive polarity of the source to power the microcircuits, the base of the third transistor is connected through the third and fourth resistors to the beginning of the additional winding of the output transformer and to the output of the second buffer element, the base of the fourth transistor through the fifth and sixth resistors, respectively, to the end of the additional winding and to the output of the first buffer element, the collectors of the third and fourth transistors are connected to the bases of the first and second transistors of the power amplifier, the output of the stabilization device, which is made in the form of an adjustable voltage driver of negative polarity, is connected to the middle terminal of the primary winding of the output transformer, and the secondary winding of this transformer is equipped with taps connected to the rectifiers in accordance with the number of required output voltages, and the output of one of the rectifiers in the feedback circuit n dklyuchen to the control input of the stabilizer.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that, in order to expand the functionality, control inputs are introduced into the buffer elements, which are combined and designed to connect protection signals for deviation of the output or primary voltage or for the overload current, while the base is parallel to the transitions - the emitter of the first and second transistors included the seventh and eighth resistors.