SU1536490A1 - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питани . Цель - повышение КПД. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, через первичные обмотки трансформатора тока 3 и силового трансформатора 5 подсоединенный к входным выводам. Пусковой резистор 6 и конденсатор 7, шунтированный разр дным тиристором 8, подсоединены через пороговый ключ 27 к базе силового транзистора 1. При по влении напр жени  на выходе порогового ключа 27 открываетс  силовой транзистор 1. Этим же напр жением через цепь из диода 40 и резистора 39 насыщаетс  транзистор 37. На всем этапе существовани  положительного напр жени  на вторичной обмотке 17 трансформатора 18 силовой транзистор 1 открыт. Введение параметрической стабилизации дает возможность уменьшить коэффициент усилени  замкнутой системы стабилизации. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани  систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретени  - повышение КПД.

На фиг.1 и 2 приведены электрические схемы однотактного преобразовател  посто нного напр жени ; на фиг.З - схема электрического блока Управлени ; на фиг.4 - диаграммы на- г}р жений и токов.

Однотактный преобразователь по- с|то нного напр жени  в посто нное Додержит силовой транзистор 1, кол- Лектор которого через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока и первичную обмотку 4 силового трансформатора 5 соединен с первым входным выводом, пусковой резистор 6 и конденсатор 7, шунтированный разр дным транзистором 8, включающий 9 и выключающий 10 транзисторы, соединенные соответственно с включающей 11 и выключающей 12 обмотками трансформатора 3 тока через включающий 13 И выключающий 14 диоды, дополнительный транзистор 15, соединенный через первый резистор 16 с вторичной обмот- 1(ой 17 синхронизирующего трансформатора 18, первична  обмотка которого 9 входит в блок 20 управлени , Co- Единенный с дополнительной обмоткой . 21 силового трансформатора 4, вто10

15

20

25

30

46 к входу питани  блока 20 управлени , узел 47 сравнени , делитель 48 напр жени , регул тор 49 тока, диодный переключатель 50, четвертый 51, п тый 52, шестой 53, седьмой 54 тран зисторы, восьмой 55, дев тый 56, дес тый 57 и одиннадцатый 58 резисторы , стабилитрон 59, управл ющий диод 60, источник 61 опорного напр жени  и восьмой транзистор 62.

Однотактный преобразователь по- сто нного напр жени  в посто нное работает следующим образом.

Предположим в момент времени tQ на питающие входы преобразовател  по ступает первичное напр жение сети (см. временные диаграммы, фиг.4, эпю ра 63П). В соответствии с этим через пусковой резистор 6 начинает зар жатьс  врем задающий конденсатор 7, ранее разр женный до нул , так как преобразователь был выключен. Конден сатор 7 зар жаетс  до тех пор, пока напр жение на нем не достигает значени , равного напр жению включени  нелинейного элемента 41 порогового ключа 27.

Как только напр жение на конденсаторе 7 достигает порога срабатывани  порогового ключа 27 (64,фиг.4), нелинейньй элемент 41 начинает проводить ток, который открывает транзистор 37 порогового ключа 27. Вследствие этого по вл етс  ограничиварична  обмотка 22 соединена через вы- 35 емый резистором 38 ток, который  в- пр мительный диод 23 с выходными вы- л етс  базовым током транзистора 36. Йодами и фильтрующим конденсатором Транзистор 36 отпираетс , на его

0

5

0

5

0

46 к входу питани  блока 20 управлени , узел 47 сравнени , делитель 48 напр жени , регул тор 49 тока, диодный переключатель 50, четвертый 51, п тый 52, шестой 53, седьмой 54 транзисторы , восьмой 55, дев тый 56, дес тый 57 и одиннадцатый 58 резисторы , стабилитрон 59, управл ющий диод 60, источник 61 опорного напр жени  и восьмой транзистор 62.

Однотактный преобразователь по- сто нного напр жени  в посто нное работает следующим образом.

Предположим в момент времени tQ на питающие входы преобразовател  поступает первичное напр жение сети (см. временные диаграммы, фиг.4, эпюра 63П). В соответствии с этим через пусковой резистор 6 начинает зар жатьс  врем задающий конденсатор 7, ранее разр женный до нул , так как преобразователь был выключен. Конденсатор 7 зар жаетс  до тех пор, пока напр жение на нем не достигает значени , равного напр жению включени  нелинейного элемента 41 порогового ключа 27.

Как только напр жение на конденсаторе 7 достигает порога срабатывани  порогового ключа 27 (64,фиг.4), нелинейньй элемент 41 начинает проводить ток, который открывает транзистор 37 порогового ключа 27. Вследствие этого по вл етс  ограничива5 емый резистором 38 ток, который  в- л етс  базовым током транзистора 36. Транзистор 36 отпираетс , на его

24, размагничивающую цепь из резистора 25 и диода 26, а также пороговый ключ 27, соединенный через ограничивающий резистор 28 с базой силового транзистора 1, второй резистор 29.

Однотактный преобразователь (фиг.2) дополнительно содержит третий 30, четвертый 31 и п тый 32 резисторы , а также первый 33, второй 34 и третий 35 транзисторы. Пороговый ключ 27 может быть выполнен в виде двух комплементарных транзисторов 36 и 37, соединенных между собой через шестой 38, седьмой 39 резисторы , первый диод 40 и нелинейный элемент 41, например стабилитрон.

Блок 20 управлени  (фиг„3) может

40

45

50

коллекторе по вл етс  напр жение, которое  вл етс  выходным напр жением порогового ключа 27 (65,фиг.4). По вление напр жени  на выходе клю ча 27 приводит к тому, что в базу силового транзистора 1 начинает поступать пр мой открывающий ток, ограничиваемый ограничивающим резистором 28. Транзистор 1 открываетс  и на вспомогательной обмотке 21 трансформатора 5 по вл етс  напр жение, поступающее на питающие входы схемы 20 управлени . От этого напр жени  через диоды 42 и 46 начинают зар жатьс  врем задающий 44 и фильтрующий 43 конденсаторы. Фронт нарастани  напр жени  на конденсаторе 44

Содержать второй выпр мительный диод 5(68, фиг.4) существенно длинее, чем

42, фильтрующий 43 и врем задающийна конденсаторе 43 (67, фиг.4). Кон44 конденсаторы, стабилизатор 45 денсатор 43 зар жаетс  существенно

тока, подключенный через токовый диодбыстро, так как на пути его зар д0

5

0

коллекторе по вл етс  напр жение, которое  вл етс  выходным напр жением порогового ключа 27 (65,фиг.4). По вление напр жени  на выходе клю ча 27 приводит к тому, что в базу силового транзистора 1 начинает поступать пр мой открывающий ток, ограничиваемый ограничивающим резистором 28. Транзистор 1 открываетс  и на вспомогательной обмотке 21 трансформатора 5 по вл етс  напр жение, поступающее на питающие входы схемы 20 управлени . От этого напр жени  через диоды 42 и 46 начинают зар жатьс  врем задающий 44 и фильтрующий 43 конденсаторы. Фронт нарастани  напр жени  на конденсаторе 44

ного тока отсутствуют какие-либо значительные ограничивающие элементы Через врем  t8Kft по вл етс  питающее напр жение блока управлени  и он готов к нормальной работе.

По вление напр жени  на конденсаторе 43 приводит к тому, что открываетс  второй транзистор 52, так как транзистор 51 заперт вследствие не- достаточного напр жени  на конденсаторе 44. Последний зар жаетс  током, который задаетс  стабилизатором 45 тока. Эпюра напр жени  (68,фиг.4) показывает , что зар д его продолжаетс  до значени , которое определ етс  напр жением включени  стабилитрона 59. До тех пор, пока напр жение на конденсаторе 44 не достигает значени включени  стабилитрона 59, транзисто 51 закрыт, а транзистор 52 - открыт. По коллекторной цепи последнего идет коллекторный ток, определ емый величиной резистора 56, а базовый ток транзистора 52 зависит от величины резистора 55. По вл етс  напр жение на первичной обмотке 19 синхронизирующего трансформатора 18, которое вызывает по вление напр жени  и на вторичной обмотке 17.

Когда, вследствие по влени  выходного напр жени  порогового ключа 27, открываетс  силовой транзистор 1, этим же выходным напр жением через цепь из диода 40 и резистора 39 насыщаетс  транзистор 37. Поэтому разр д конденсатора 7 на базу транзистора 1 через ограничивающий резистор 29 не вызывает запирани  транзистора 37 вследствие наличи  тока через указанную цепь.

При по влении напр жени  на вторичной обмотке 17 трансформатора 18 открываетс  включающий транзистор 9. В это же врем  в первичной обмотке 2 трансформатора 3 тока идет ток коллектора силового транзистора 1. Включение транзистора 9 приводит к тому, что по вл етс  ток во включающей обмотке 11 трансформатора 3 тока, кото- рый, протека  по включающему диоду 13 и транзистору 9, вызывает по вление дополнительного отпирающего базового тока транзистора 1, который протекает одновременно с током от порогового ключа 27.

Далее на всем этапе существовани  импульса положительного напр жени  на вторичной обмотке 17 трансформато

ig jg 20 25 Q

0

.& n

5

5

ра 18 силовой транзистор 1 открыт (66, фиг.4) и его коллекторный ток протекает через первичную обмотку 4 силового трансформатора 5.

Длительность положительного импульса на обмотке 17 трансформатора 18 определ етс  временем достижени  напр жением на конденсаторе блока управлени  (фиг.З) величины напр жени  стабилизации стабилитрона 59. Как только включаетс  стабилитрон 59, транзистор 51 открываетс  и закрываетс  транзистор 52, так как его ба- за-эмиттерный переход зашунтируетс  открытым транзистором 51.

Запирание транзистора 52 приводит к запиранию стабилизатора 45 тока и прекращению зар да конденсатора 44. Так как выходное напр жение мало, то выходное напр жение узла сравнени  максимально. Это напр жение через делитель 48 напр жени  прикладываетс  к входу регул тора 49 тока. При открытом транзисторе 52 вход регул то- ра 49 напр жени  зашунтирован открытым диодом 60 и любое напр жение с выхода делител  48 не вли ет на регул тор 49 тока. С запиранием транзистора 52 запираетс  диод 60 и происходит разр д конденсатора 44 через регул тор 49. На базу транзистора 51 начинает поступать напр жение с второго входа диодного ключа 50.

Таким образом, после запирани  транзистора 52 транзистор остаетс  открытым независимо от величины напр жени  на конденсаторе 44; открытое состо ние его обеспечиваетс  током, протекающим через резистор и диод диодного ключа 50.

Запирание транзистора 52 блока 20 управлени  обуславливает смену по- . л рности напр жени  на вторичной обмотке 17 трансформатора 18. Обратна  пол рность напр жени  на вторичной обмотке определ етс , в значительной степени, током, накопленным в индуктивности намагничивани  трансформатора 18. Вследствие по влени  обратной пол рности напр жени  на обмотке 17 трансформатора 18 форсированно запираетс  включающий транзистор 9. Одновременно с этим запираетс  дополнительный транзистор 15, который ранее был открыт положительным напр жением обмотки 17 через резистор 16. Если к этому времени импульс напр жени  с выхода ключа 27

кончилс , то запирание транзистора 9 приводит к прекращению пр мого базового тока силового транзистора 1, открыванию выключающего транзистора 10 (так как закрылс  дополнительный транзистор 9). Начинаетс  форсированное рассасывание избыточных носителей из полупроводниковой структуры ранее насыщенного силового транзистора 1 (66, 69, фиг.4). После окончани  процесса рассасывани  силовой транзистор запираетс  и остаетс  в этом состо нии до следующего прихода положительного импульса с вторичной обмотки 17 трансформатора 18.

Когда силовой транзистор открыт и когда он запираетс  в процессе рассасывани , на включающей обмотке 11 трансформатора 3 тока имеетс  напр жение , которое вызывает отпирание разр дного транзистора 8. Вследствие этого, ранее зар женный пусковой конденсатор 7 форсированно разр жаетс ,,

Тем временем врем задающий конденсатор 44 блока 20 управлени  раз- р жаетс  через регул тор 49 тока в Он разр жаетс  до тех пор, пока напр жение на нем не уменьшаетс  до опорного напр жени  источника 61 (68Э фиг.4). Когда напр жение на нем достигает величины опорного напр жени  источника 61, открываютс  транзисторы 54 и 53. Отпирание транзистора 53 обуславливает открывание транзистора 62 базовым током, ограничиваемым резистором 57. Если ранее транзистор 51 был открыт гоком с второго выхода диодного ключа 50, то сейчас этот ток шунтируетс  открытием транзистором 62. Транзистор 51 запираетс , а транзистор 52 отпираетс . Открывание транзистора 52 приводит к по влению импульса положительного напр жени  на вторичной обмотке 17 (69, фиг.4) трансформатора 18.

В этой обмотке начинает протекать ток, который, проход  через база- эмиттерный переход включающего транзистора 9,  вл етс  одновременно и базовым током силового транзистора 1 Таким образом, величина резистора 56 блока 20 управлени  и коэффициент трансформации трансформатора 18 определ ютс  тем, что синхронизирующий трансформатор 18 обеспечивает на сво0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ем выходе пр мой открывающий ток силового транзистора 1 до тех пор, пока не вступает в действие положительна  обратна  св зь обмоток 2 и 11 трансформатора 3 тока.

Таким образом, силовой транзистор 1 открываетс , вступает в действие положительна  обратна  св зь трансформатора тока через открытый включающий транзистор 9. Так как транзистор 52 блока 20 управлени  открываетс , то открываетс  и стабилизатор 45 тока. Начинаетс  зар д врем - задающего конденсатора 44. Одновременно с этим, управл ющий вход регул тора 45 тока оказываетс  зашунти- рованным открытым диодом 60. Ток через регул тор 45 тока прекращаетс  и прекращаетс  разр д этим током конденсатора 44. Транзистор 54 при этом запираетс , так как напр жение на конденсаторе 44 становитс  больше, чем-напр жение источника 61 и запираютс  транзисторы 53 и 62. Открываетс  первый вход диодного ключа 509 а второй запираетс , чем исключаетс  протекание тока в базовую цепь запертого транзистора 51.

Транзистор 52 остаетс  открытым до тех пор, пока напр жение на нем не достигает величины напр жени  стабилитрона 59. Далее процессы повтор ютс  аналогичным образом.

Дополнительные элементы, введенные в схему преобразовател  (фиг.2), предназначены дл  следующей цели. Транзистор 34 осуществл ет шунтирование база-эмиттерного перехода силового транзистора 1 достаточно малым сопротивлением дл  протекани  обратных токов силового транзистора 1„ При поступлении положительного импульса с вторичной обмотки 1 трансформатора 18 по вл етс  базовый ток транзистора 33, ограничиваемый резистором 31, он открываетс  и запирает транзистор 34, чем исключаетс  вли ние этого транзистора на протекание пр мого базового тока транзистора 1. Этим достигаетс  шунтирование база-эмиттерного перехода силового транзистора 1 в требуемые момен- ( ты времени его запертого состо ни , которое необходимо не только в интервалах между импульсами-тока коллектора , но и в дежурном режиме работы, когда при наличии первичного напр жени  преобразователь не работает по внешней команде.

Запрещающий транзистор 35 включаетс  после того, как по вл етс  положительный импульс с вторичной обмотки 17 синхронизирующего трансформатора 18, т.е. тогда, когда импульса пр мого базового тока от порогового ключа уже не требуетс . Запрещение этого импульса необходимо дл  повышени  надежности работы силового транзистора 1 в пусковом режиме. Это требуетс  дл  того,чтобы исключить увеличение длительно- сти импульса коллекторного тока свыше требуемой, когда может произойти насыщение магнитопровода силового трансформатора 5.

Блок 20 управлени  с накапливающи и токовым диодами 42 и 46 потребл ет ток во врем  открытого состо ни  силового транзистора 1. Эта вторична  часть преобразовател   вл етс  схемой с пр мым включением диода, что дает возможность использовать такой блок управлени  в режиме прерывистых токов однотактного преобразовател  с большей надежностью работы, так как в транзисторе всегда имеетс  начальный ток, зар жающий накопительный конденсатор. Кроме того, в блоке 20 управлени  ток зар да конденсатора 44 пр мо пропорционально зависит от напр жени  питани  первич ной сети, так как вспомогательна  обмотка 21 трансформатора 5 включена в режиме пр мого включени  и напр жение на ней непосредственно зависит от напр жени  питани . Следо- вательно, длительность зар да конденсатора 44 увеличиваетс  (или уменьшаетс ) с уменьшением (или увеличением ) напр жени  первичной сети и имеетс  параметрическа  стабили- заци  выходного напр жени .

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечиваетс  повышение энергетической эффективности, увеличение надежности работы как за счет уменьшени  мощности, рассеиваемой элементами, так и за счет ограничени  токов, протекающих через силовой транзистор. Кроме того,надежность повышаетс  за счет улучшени  условий обеспечени  устойчивости, так как введение параметрической стабилизации дает возможность уменьшить коэффициент усилени  замкнутой системы стабилизации.выходного напр жени  однотактного преобразовател .

Claims (6)

1. Однотактный преобразователь посто нного напр жени ,.содержащий силовой трансформатор, вторична  обмотка которого соединена через выпр митель и фильтр с выходными выводами , а первична  обмотка - с первым и вторым входными выводами через первичную обмотку трансформатора тока и силовой транзистор, базова  цеп которого подключена к эмиттеру включающего транзистора, база которого присоединена к выходу блока управлени , а коллектор соединен через включающий диод к первому выводу включающей обмотки трансформаторного тока, второй вывод которой присоединен к эмиттеру силового и выключающего транзистора, коллектор которого соединен через выключающий диод и выключающую обмотку трансформатора тока с базовой цепью силового транзистора , эмиттер которого подключен к первому входному выводу, последовательна  цепь из запускающего резистора и конденсатора, размагничивающа  цепь из резистора и диода, ограничивающий резистор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, введены дополнительный и разр дный транзисторы, первый и второй резисторы, и пороговый ключ, вход которого подключен параллельно запускающему конденсатору, шунтированному разр дным транзистором, база которого подсоединена к точке соединени  диода и резистора размагничивающей цепи, включенной между первым и вторым выводами включающей обмотки трансформатора тока, при этом запускающий резистор присоединен к второму входному выводу, первый резистор включен между выходом блока управлени  и базой дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен к эмиттеру выключающего транзистора, а коллектор присоединен к базе выключающего транзистора и через второй резистор соединен с коллектором включающего транзистора, эмиттер которого соединен через ограничивающий резистор с выходом порогового ключа, причем вход питани  блока управлени  подключен к введенной дополнительной обмотке силового трансформатора.

2.Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что базова  цепь силового транзистора состоит из первого транзистора,шунтирующего вход второго транзистора, включенного между базой и эмиттером силового транзистора, причем база второго транзистора соединена через третий резистор с вторым входным выводом , база первого транзистора подключена через четвертый резистор к выходу блока управлени .

3.Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что пороговый ключ выполнен в виде двух комплементарных транзисторов, эмиттер первого из которых присоединен к эмиттеру силового транзистора, а база и коллектор соединены соответственно через стабилитрон и шестой резистор с эмиттером и базой второго комплементарного транзистора, включенного между входным и выходным выводами порогового ключа, выходной вывод которого соединен через последовательную цепь из седьмого резистора и первого диода с базой первого

из комплементарных транзисторов.

4.Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что пороговый ключ имеет вход выключени , шунтированный третьим транзистором, база которого соединена через п тый резистор с выходом блока управлени .

5.Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что вход выключени  порогового ключа присоединен к базе второго из комплементарных транзисторов.

6.Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что блок управлени  состоит из узла сравнени , вход которого подключен к вход-

ным выводам блока управлени , а выход - к входу делител  напр жени , выход которого присоединен к входу

регул тора тока и через управл ющий диод к входу стабилизатора тока и к выходу диодного первключател ,вход питани  которого подключен к точке соединени  фильтрующего конденсато- ра-и первого вывода выпр мительного диода, второй вывод которого подсоединен к входу питани  блока управлени  и первому выводу токового диода , второй вывод которого соеди5 нен через стабилизатор тока с врем - задаюшим конденсатором, шунтированным регул тором тока, четвертого транзистора, база которого присоединена к выходу диодного переключател 

0 и через стабилитрон к точке соединени  стабилизатора тока и врем за- дающего конденсатора, а коллектор и эмиттер, соответственно, - к базе и эмиттеру п того транзистора, кол5 лектор которого соединен с входом стабилизатора тока и через восьмой резистор - с первым выводом первичной обмотки синхронизирующего трансформатора , вторична  обмотка кото0 рого подключена к выходу блока управлени , а второй вывод первичной обмотки присоединен к точке соединени  выпр мительного диода и фильтрующего конденсатора, а также к баs эе п того транзистора через дев тый резистор и непосредственно к эмиттеру шестого транзистора, база которого через дес тый резистор соединена с коллектором седьмого транзистора,

о подключенного базой к источнику опорного напр жени , а эмиттером к точке соединени  стабилизатора тока и вре- м эадающего конденсатора, восьмого транзистора, шунтирующего база-эмит5 терный переход четвертого транзистора , подключенного через одиннадцатый резистор к коллектору шестого транзистора.

sPfe

г .1

«

€

Ki

S

S

UX

л

а

АЭГ

t3

ЧЛ UJ

о

-С- 4D

о

т

bJ4 AJ AAhJLjЈr

Г

аа

ГГ

10

дзиеЛ