RU2223591C2

RU2223591C2 - Push-pull dc voltage converter

Info

Publication number: RU2223591C2
Application number: RU2002102004/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Игольников
Original assignee: Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-02-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; converter engineering; power supplies. SUBSTANCE: device that uses same resistors for starting and running conditions has dc voltage supply 1, two transistors 2 and 3, such as those of p-n-p type, using supply voltage for their driving in conduction and cutting off, transformer 4 whose primary winding AX has each of its terminals connected to collector of p-n-p transistor or to emitter of n- p-n transistor, and center tap 0, to minus of power supply, feedback winding a₁x₁, and secondary winding ax connected to load 5. Connected in series with feedback winding a₁x₁ is capacitor 6, and this circuit is inserted between bases of transistors 2 and 3. Resistor 7 is inserted between base of transistor 2 and negative pole of dc voltage supply 1; similar resistor 8 is inserted between base of transistor 3 and same pole of voltage supply 1. EFFECT: enhanced stability of square-pulse generation frequency. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательной технике в устройствах электропитания. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in converting technology in power supply devices.

Широко известны транзисторные преобразователи постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы на основе генератора Роэра (см., например, SU 367512, МПК 2 Н 02 М 7/52, Н 03 К 5/13, 23.01.73). Эти преобразователи содержат насыщающийся трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой и подключена к двум транзисторам, управление базовым током которых осуществляется с помощью двух обмоток. Widely known transistor converters of direct voltage to alternating rectangular in the form of a Roer generator (see, for example, SU 367512, IPC 2 N 02 M 7/52, N 03 K 5/13, 23.01.73). These converters contain a saturable transformer, the primary winding of which is made with a midpoint and connected to two transistors, the base current of which is controlled by two windings.

Недостаток этих преобразователей заключается в наличии броска тока коллектора запираемого транзистора при насыщении трансформатора, а также в необходимости применения двух обмоток обратной связи. Дополнительные обмотки трансформатора и транзисторы могут использоваться для дополнительных целей. The disadvantage of these converters is the presence of a surge current collector lockable transistor when the transformer is saturated, as well as the need to use two feedback windings. Additional transformer windings and transistors can be used for additional purposes.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, также выполненный на двух транзисторах, связанных с первичной обмоткой трансформатора, но с одной обмоткой в базовых цепях транзисторов, последовательно с которой включен конденсатор, а между эмиттером и базой каждого транзистора включен резистор (прототип, см. , например, Ловушкин В.Н. "Транзисторные преобразователи напряжения". М., "Энергия", 1967). A known DC-to-AC converter, also made on two transistors connected to the primary winding of the transformer, but with one winding in the base circuits of the transistors, in series with which a capacitor is connected, and a resistor is connected between the emitter and the base of each transistor (prototype, see, for example, , Lovushkin VN "Transistor voltage converters". M., "Energy", 1967).

Недостатком этого преобразователя является необходимость введения дополнительных элементов запуска, так как без них он фактически неработоспособен (только после кратковременного включения каким-либо путем одного из транзисторов преобразователь начнет работать). Кроме того, стабильность частоты генерации прямоугольных импульсов существенно зависит от сопротивления базового перехода. The disadvantage of this converter is the need to introduce additional triggering elements, since without them it is virtually inoperative (only after one of the transistors is turned on for a short time by some means, the converter will start to work). In addition, the stability of the generation frequency of rectangular pulses substantially depends on the resistance of the base transition.

Технический результат заключается в обеспечении как режима пуска, так и рабочего режима с помощью одних и тех же резисторов. При этом достигается большая стабильность частоты генерации прямоугольных импульсов, поскольку в процессах отпирания и запирания транзисторов участвует и напряжение источника питания. The technical result consists in providing both a starting mode and an operating mode using the same resistors. In this case, greater stability of the frequency of generation of rectangular pulses is achieved, since the voltage of the power source is also involved in the processes of unlocking and locking of transistors.

Сущность заключается в том, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения, содержащем источник постоянного напряжения, два транзистора, эмиттеры которых подключены к одному полюсу источника, трансформатор, первичная обмотка которого снабжена выводом от средней точки, подключенному к второму полюсу источника питания, а два ее зажима соединены соответственно с коллекторами этих транзисторов, обмотку обратной связи, включенную через конденсатор между базами этих транзисторов и два резистора, каждый из которых одним зажимом подключен к базе транзистора, другие зажимы этих резисторов подключены к второму полюсу источника постоянного напряжения. The essence is that in a push-pull DC-voltage converter containing a constant voltage source, two transistors, the emitters of which are connected to one pole of the source, a transformer whose primary winding is equipped with a terminal from the midpoint connected to the second pole of the power source, and its two clamps connected respectively to the collectors of these transistors, a feedback winding connected through a capacitor between the bases of these transistors and two resistors, each of which with one terminal dklyuchen to the base of the transistor, the other terminals of these resistors are connected to the second pole of the DC voltage source.

На фиг. 1 показана схема устройства, выполненного на транзисторах типа р-n-р, на фиг.2 а-г - диаграммы напряжения на наиболее важных элементах схемы. In FIG. 1 shows a diagram of a device made on transistors of the pnp type; in Fig.2 a-d, voltage diagrams on the most important elements of the circuit.

Устройство содержит (фиг. 1) источник постоянного напряжения 1, два транзистора 2 и 3, трансформатор 4, первичная обмотка которого АХ каждым из зажимов соединена с коллектором транзисторов, а средней точкой О - к минусу источника постоянного напряжения 1, обмотку обратной связи a₁x₁ и вторичную обмотку ах, к которой подключена нагрузка 5. Последовательно с обмоткой обратной связи a₁x₁ включен конденсатор 6, и эта цепочка включена между базами транзисторов 2 и 3. Между базой транзистора 2 и отрицательным полюсом источника постоянного напряжения 1 включен резистор 7, а между базой транзистора 3 и этим же полюсом источника постоянного напряжения 1 - такой же резистор 8.The device contains (Fig. 1) a constant voltage source 1, two transistors 2 and 3, a transformer 4, the primary winding of which AX by each of the clamps is connected to the collector of transistors, and the midpoint О to the minus of the constant voltage source 1, feedback winding a ₁ x ₁ and a secondary winding ah, which is connected to the load 5. in series with the feedback winding a ₁ x ₁ switched capacitor 6, and this chain is connected between the bases of transistors 2 and 3. between the base of the transistor 2 and the negative pole of the DC voltage source 1 for prison resistor 7, and between the base of transistor 3 and with the same pole of the DC voltage source 1 - the same resistor 8.

Работа устройства происходит следующим образом. После включения и окончания переходного процесса с момента t=0 пусть будет открыт транзистор 2 током базы, протекающим через резистор 7 (фиг.2в). При этом транзистор 3 будет закрыт, поскольку его база имеет положительный потенциал относительно эмиттера, обусловленный работой обмотки a₁x₁ трансформатора 4 и конденсатора 6 в предыдущем цикле. Знак напряжения на конденсаторе указан на фиг.1 без скобок. При открытом транзисторе 2 все напряжение источника постоянного напряжения 1 будет приложено к полуобмотке АО трансформатора 4, и его магнитопровод будет перемагничиваться. Начиная с момента t=0 конденсатор 6 начнет перезаряжаться и перезаряд закончится в момент времени t=Т/2, где Т - период (фиг. 2а, б). Представляет интерес путь перезаряда конденсатора 6: зажим a₁ обмотки обратной связи, конденсатор 6, резистор 8, источник постоянного напряжения 1, переход эмиттер - базы транзистора 2 и зажим x₁ обмотки обратной связи. Знак напряжения на конденсаторе указан на фиг.1 в скобках. В процессе перезаряда конденсатора в момент t=Т/2 потенциал базы транзистора 3 уменьшается до такой величины, что транзистор 3 откроется током базы, протекающим через резистор 8 (фиг.2г), а транзистор 2 закроется. Теперь уже напряжение источника постоянного напряжения 1 будет приложено к полуобмотке ХО трансформатора 4, и под действием ЭДС обмотки a₁x₁ и источника постоянного напряжения 1 конденсатор 6 будет перезаряжаться в противоположном направлении. Путь перезаряда: зажим x₁ обмотки a₁x₁ обратной связи, резистор 7, источник постоянного напряжения 1, переход эмиттер-база транзистора 3, конденсатор 6, зажим а₁ обмотки a₁x₁. В момент времени t=Т в результате указанного перезаряда потенциал на базе транзистора 2 уменьшится, а на базе транзистора 3 увеличится до такой степени, что транзистор 2 откроется, а транзистор 3 закроется. В дальнейшем все процессы повторяются аналогично описанному выше.The operation of the device is as follows. After switching on and the end of the transient process from the moment t = 0, let the transistor 2 be opened with the base current flowing through the resistor 7 (Fig.2c). In this case, the transistor 3 will be closed, since its base has a positive potential relative to the emitter, due to the operation of the winding a ₁ x _{1 of the} transformer 4 and the capacitor 6 in the previous cycle. The sign of the voltage across the capacitor is shown in FIG. 1 without parentheses. With the transistor 2 open, all the voltage of the DC voltage source 1 will be applied to the half-winding of the AO of the transformer 4, and its magnetic circuit will be magnetized. Starting from the moment t = 0, the capacitor 6 will begin to recharge and the recharge will end at time t = T / 2, where T is the period (Fig. 2a, b). Of interest is the recharging path of capacitor 6: terminal a _{1 of the} feedback winding, capacitor 6, resistor 8, constant voltage source 1, the emitter-base transition of transistor 2, and terminal x _{1 of the} feedback winding. The sign of the voltage across the capacitor is shown in FIG. 1 in parentheses. In the process of recharging the capacitor at the moment t = T / 2, the base potential of the transistor 3 decreases to such a value that the transistor 3 is opened by the base current flowing through the resistor 8 (Fig.2d), and the transistor 2 closes. Now, the voltage of the constant voltage source 1 will be applied to the semi-winding XO of the transformer 4, and under the influence of the EMF of the winding a ₁ x ₁ and the constant voltage source 1, the capacitor 6 will recharge in the opposite direction. Recharge path: terminal x _{1 of the} winding a ₁ x ₁ feedback, resistor 7, constant voltage source 1, emitter-base transition of the transistor 3, capacitor 6, terminal a _{1 of the} winding a ₁ x ₁ . At time t = T, as a result of the indicated overcharge, the potential at the base of transistor 2 will decrease, and at the base of transistor 3 it will increase to such an extent that transistor 2 opens and transistor 3 closes. In the future, all processes are repeated as described above.

Схема (фиг. 1) обеспечивает запуск преобразователя без каких-либо дополнительных элементов и средств. При первом включении схемы ввиду разброса параметров транзисторов в пределах, допустимых нормой, начнет открываться один из транзисторов, и положительная обратная связь в дальнейшем переводит его в открытое состояние. В конечном итоге наступает установившийся режим. The circuit (Fig. 1) ensures the start of the converter without any additional elements and means. When the circuit is switched on for the first time, due to the spread in the parameters of transistors within the limits allowed by the norm, one of the transistors will start to open, and positive feedback subsequently puts it into an open state. Ultimately, steady state sets in.

Преобразователь может быть выполнен на любом ненасыщающемся трансформаторе (т. е. не обязательно требование прямоугольной петли гистерезиса) с транзисторами с относительно невысоким коэффициентом усиления как типа р-n-р, так и n-р-n. The converter can be performed on any non-saturating transformer (i.e., it is not necessary to require a rectangular hysteresis loop) with transistors with a relatively low gain of either pnp or npn type.

Моделирование преобразователя и экспериментальная проверка подтвердили для обоих типов транзисторов его работоспособность как в пусковом, так и установившемся режимах (диаграммы фиг.2а-г) при различных параметрах трансформатора и транзисторов. Simulation of the converter and experimental verification confirmed for both types of transistors its operability in both start-up and steady-state modes (diagrams of figa-d) with various parameters of the transformer and transistors.

Claims

A push-pull DC-voltage converter containing a constant-voltage source, two transistors whose emitters are connected to one pole of the source, a transformer whose primary winding is equipped with a midpoint output connected to the second pole of the power source, and its two terminals are connected respectively to the collectors of these transistors, a feedback winding connected through a capacitor between the bases of the transistors, and two resistors, each of which is connected to the base of the transistor with one clip, distinguishing ysya in that the other terminals of these resistors are connected to the second pole of the DC voltage source.