SU1661938A1 - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и м. б. использовано при проектировании вторичных источников питани . Цель - повышение надежности путем упрощени  схемы однотактного преобразовател  посто нного напр жени . Устр-во содержит силовой транзистор 1, через первичную обмотку трансформатора 2 подсоединенный к входным выводам. При отпирании транзистора 1 его базовый ток формируетс  напр жением на базовой обмотке трансформатора 2. Когда напр жение на формирующем конденсаторе 13 увеличиваетс  до напр жени  пробо  стабилитрона 12, то включаетс  шунтирующий транзистор 3, шунтирующий вход транзистора 1, запирание которого происходит форсированно. После запирани  транзистора 1 диод 9 отпираетс  и конденсатор 11 через резистор 8 разр жаетс . 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

о о

со

00

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

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем упрощени  схемы однотактного преобразовател  посто нного напр жени .

На фиг. 1 приведена электрическа  схе- ма преобразовател ; на фиг. 2 - диаграммы токов и напр жений на элементах однотактного преобразовател  посто нного напр жени .

Однотактный преобразователь посто-  нного напр жени  содержит силовой транзистор 1, коллектор которого через первичную обмотку трансформатора 2 соединен с вторым входным выводом, а эмиттер - с первым входным выводом, а также с эмиттером шунтирующего транзистора 3, катодом защитного диода 4 и концом базовой обмотки трансформатора 2. Начало этой обмотки подключено к анодам первого 5 и третьего 6 диодов, катоду запирающего 7 диода и первого вывода разр дного рези- стора 8. Второй вывод резистора 8 соединен с катодами четвертого 9 и второго 10 диодов. Анод второго 10 диода подключен к эмиттеру транзистора 3 и одному из выво- дов формирующего конденсатора 11, другой вывод которого соединен с анодом четвертого диода 9, катодом первого стабилитрона 12, а также через токозадающий резистор 13 с катодом третьего диода 6. Анод первого стабилитрона 12 подключен к базе транзистора 3, коллектор которого соединен с базой силового транзистора 1, катодом защитного диода 4, через ограничивающий резистор 14 с выходом по- рогового ключа 15, через базовый резистор 16с катодом первого диода 5, через запирающий резистор 17 с анодом запирающего диода 7. Вход порогового ключа 15 подключен к точке соединени  врем задающего конденсатора 18 и врем задающего резистора 19, где другой конец конденсатора 18 подключен к эмиттеру транзистора 1 и аноду второго стабилитрона 20. Катод стабилитрона 20 через дифференциальный резистор 21 соединен с точкой соединени  другого вывода резистора 19 и одного из выводов стабилизирующего резистора 22.

Пороговый ключ 15 состоит из последовательного транзистора 23, эмиттер когоро- го присоединен к входу ключа 15 и соединен с катодом третьего стабилитрона 24, подключенного к базе включающего транзистора 25, эмиттер которого соединен с эмиттером силового транзистора 1. Коллектор транзистора 25 через включающий резистор 26 подключен к базе последовательного транзистора 23, коллектор которого через последовательную цепь, удерживающий резистор 27 и диод 28 соединен с базой транзистора 25. Одновременно с этим коллектор транзистора 23 прмсоединен к выходу порогового ключа 15 и через ограничивающий резистор 14 к базе силового транзистора 1.

На временных диаграммах фиг.2 приведены эпюры напр жени  29 на врем зада- ющем конденсаторе 18; напр жени  30 на выходе порогового ключа 15; напр жени  31 на базовой обмотке силового трансформатора 2; напр жени  32 на формирующем конденсаторе 11; напр жени  33 база эмит- терного перехода силового транзистора 1; тока 34 коллектора силового транзистора 1; напр жени  35 базаэмиттерного перехода шунтирующего транзистора 3.

Однотактный преобразователь посто нного напр жени  работает следующим образом.

Рассмотрим работу преобразовател  в установившемс  режиме, когда на выходе преобразовател  имеетс  выходное напр жение . Сначала примем, что стабилитрон 20 и резисторы 21 и 22 отсутствуют. При этом врем задающий конденсатор 18 зар жаетс  от входного источника через врем задающий резистор 19.

При наличии входного напр жени  конденсатор 18 зар жаетс  через резистор 19, напр жение на нем увеличиваетс  (эпюра 29 фиг.2). Когда напр жение на конденсаторе 18 достигнет напр жени  включени  стабилитрона 24 порогового ключа 15, по вл етс  базовый ток включающего транзистора 25, он открываетс . Вследствие этого включаетс  последовательный транзистор 23 ключа 15 и конденсатор 18 форсированно разр жаетс  через ограничивающий резистор 14 в базу силового транзистора 1. Дл  удержани  во включенном состо нии последовательного транзистора 23 служит удерживающа  цепь, состо ща  из резистора 27 и диода 28, котора  поддерживает в открытом состо нии транзистор 25 до полного разр да конденсатора 18. После разр да конденсатор 18 транзисторы 25 и 23 запираютс . Начинаетс  повторный зар д вре- м зающего конденсатора 18 до напр жени  включени  порогового ключа 15 (эпюра 29 фиг.2) и далее рассмотренные процессы повтор ютс . Таким образом, на выходе порогового ключа 15 образуютс  короткие импульсы (эпюра 30 фиг,2). Эти импульсы, следующие с периодом Т, определ ющим частоту преобразовани  однотактного преобразовател , открывают на короткое врем  силовой транзистор 1. Длительность импульсов должна быть достаточна дл  открывани  транзистора 1, по влени  его коллекторного тока и по влени  напр жени  положительной пол рности на базовой обмотке силового трансформатора 2.

При открывании транзистора 1 импульсом с выхода порогового ключа 15 по вл етс  положительное напр жение на базовой обмотке трансформатора 2 (эпюра 31 фиг.2). Это напр жение через диод 5 и резистор 16 образует базовый открывающий ток силового транзистора 1, чем обеспечиваетс  его открытое и насыщенное состо ние и после окончани  импульса напр жени  порогового ключа 15.

С по влением напр жени  на базовой обмотке через резистор 13 начинает зар жатьс  формирующий конденсатор 11 (эпюра 32 фиг.2). До тех пор, пока напр жение на нем не достигнет напр жени  включени  стабилитрона 12, шунтирующий транзистор 3 заперт и не вли ет на работу силового транзистора 1. В это врем  транзистор 1 открыт. Когда напр жение на конденсаторе 11 увеличитс  до напр жени  включени  стабилитрона 12, по вл етс  ток базы шунтирующего транзистора 3, он включаетс , шунтирует базаэмиттерный переход сило- чого транзистора 1. Если сопротивление открытого и насыщенного транзистора 3 достаточно мало, то после его включени  начинаетс  формированное рассасывание зар да из полупроводниковой структуры транзистора 1. Длительность времени рассасывани  обозначена tp (фиг.2).

Когда рассасывание зар да заканчиваетс , силовой транзистор 1 запираетс , напр жение на обмотке уменьшаетс  до нул  и смен ет свою пол рность. Вследствие этого диоды 5 и 6 запираютс , одновременно с этим запираетс  и шунтирующий транзистор 3. Следовательно, транзистор 3 открыт и шунтирует базу силового транзистора 1 только на врем  рассасывани  избыточных зар дов из полупроводниковой структуры транзистора 1. После запирани  транзистора 1, когда напр жение на базовой обмотке примет отрицательную пол рность , отрицательное напр жение на его базаэмиттерном переходе обеспечиваетс  протеканием тока по резистору 17 и диоду 7. Величина отрицательного напр жени  равна падению напр жени  на диоде 4.

После запирани  транзистора 1 и смены пол рности напр жени  на базовой обмотке ранее запертый диод 9 отпираетс  и конденсатор 11 через резистор 8 разр жаетс . Дл  исключени  перезар да конденсатора 11 до обратного напр жени  базовой обмотки имеетс  диод 10, ограничивающий напр жение перезар да падением напр жени  на этом диоде.

Таким образом, за врем  tu формирующий конденсатор 11 зар жаетс , во врем  tp, когда стабилитрон 12 и базаэмиттерный переход транзистора 3 включены и провод т , напр жение на конденсаторе 11 при0 близительно остаетс  неизменным, а за врем  t2 этот конденсатор должен успеть разр дитьс .

Далее транзистор 1 остаетс  запертым до Тех пор, пока не по витс  следующий

5 импульс с выхода порогового ключа 15, открывающий его форсированным импульсом разр да врем задающего конденсатора 18. И далее процессы повтор ютс  аналогично. Таким образом, включение силового тран0 зистора 1 происходит после включени  порогового ключа 15, а выключение - после включени  шунтирующего транзистора 3. Длительность включенного состо ни  транзистора 1 равна ti tM + tp, а период частоты

5 преобразовани  определ етс  посто нной времени зар да врем задающего конденсатора 18 и равен Т.

Выходное напр жение однотактного преобразовател  с обратным включением

0 выпр мительного диода определ етс  DH Enti/nt2, где и - коэффициент трансформации первичной и вторичной обмоток трансформатора 2. Так как базова  обмотка трансформатора 2 включена в пр мом на5 правлении относительно коллекторной обмотки, напр жение на ней пропорционально входному питающему напр жению Еп. Тогда, так как зар д формирующего напр жени  происходит от базовой обмотки в

0 режиме включенного состо ни  транзистора 1, длительность его зар да обратно пропорциональна величине входного напр жени . Если прин ть, что врем  tp пренебрежимо мало, то длительность ц об5 ратно пропорциональна входному напр жению . Следовательно, в этом случае выходное напр жение не зависит от входного напр жени . Однако это справедливо только при посто нной величине длительно0 сти t2. Но в данном случае t2 также зависит от входного напр жени  Причем эта зависимость такова, что с увеличением входного напр жени  происходит уменьшение выходного напр жени . Дл  обеспечени 

5 свойств параметрической стабилизации выходного напр жени  необходимо, чтобы врем  t2 не зависело от входного напр жени . В схеме фиг.1 это достигаетс  введением стабилитрона 20, который выполн ет роль стабилизатора напр хени , зар жающего врем задающий конденсатор 18. Это обеспечивает независимость угла наклона кривой напр жени  зар да этого конденсатора при изменении входного напр жени , следовательно, однотактный преобразователь имеет свойство параметрической стабилизации выходного напр жени  при изменении входного.

Однако стабильность выходного напр жени  преобразовател  со стабилитроном 20 недостаточно высота. Это обусловлено следующим. Дл  уменьшени  мощности потерь преобразовател  обычно стрем тс , чтобы напр жение базовой обмотки трансформатора 2 было минимально возможным, достаточным дл  создани  гарантированного значени  тока базы силового транзистора во всем диапазоне температур и напр жений . Поэтому крива  напр жени  зар да конденсатора 11 имеет нелинейную форму, близкую к экспоненциальной. Вследствие этого нарушаетс  обратна  пропорциональность между изменением входного напр жени  и получаемой длительностью ti. Определенной компенсации этой нелинейности можно достигнуть введением параметрической зависимости длительности t2 при изменении входного напр жени . Это достигаетс  изменением периода Т, что практически может быть выполнено введением последовательно со стабилитроном 20 дифференциального резистора, выполн ющего роль увеличени  дифференциального резистора, выполн ющего роль увеличени  дифференциального сопротивлени  стабилитрона 20. Это приводит к по влению функциональной зависимости периода Т от входного напр жени . Подбором величины резистора 21 можно обеспечить требуемую стабильность выходного напр жени  при изменении входного напр жени .

Следовательно, в однотактном преобразователе посто нного напр жени , предназначенном дл  получени  выходных напр жений с гальванической разв зкой, обеспечиваетс  существенное упрощение схемы, исчезает необходимость в дополнительном источнике питани  дл  узла управлени , в устройстве гальванической разв зки дл  передачи управл ющего сигнала , уменьшаетс  количество элементов, повышаетс  надежность устройства.

Claims (2)

1. Однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовой транзистор, эмиттер которого подключен к первому входному выводу, а коллектор соединен с вторым входным выводом через первичную обмотку трансформатора, вторична  обмотка которого соединена через

выпр митель с выводами конденсатора фильтра, присоединенного к выходным выводам , базова  обмотка трансформатора соединена первым выводом через последовательную цепь из первого диода и базового резистора с базой силового транзистора, а вторым выводом через последовательную цепь из разр дного резистора и второго диода - с первым входным выводом, шунтирующий транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно к базе и эмиттеру силового транзистора, а база соединена через первый стабилитрон и то- козадающий резистор с первым выводом

третьего диода, последовательна  цепь из стабилизирующего и дифференциального резисторов, а также второго стабилитрона, включенна  между вторым и первым входными выводами, пороговый ключ, вход которого шунтирован врем задающим конденсатором, включенный между первым входным выводом и первым выводом врем - задающего резистора, формирующий конденсатор ,ограничивающий резистор,

последовательна  цепь из запирающего резистора и диода, четвертый и защитный диоды , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем упрощени 

схемы, защитный диод включен между эмиттером и базой силового транзистора, соединенной через ограничивающий резистор с выходом порогового ключа и через последовательную цепь из запирающего резистора и диода с первым выводом базовой обмотки,

к которому подключен второй вывод третьего диода, при этиом формирующий конден- сатор включен между эмиттером шунтирующего транзистора и точкой соединени  первого стабилитрона и токозадающего резистора, соединенный через четвертый диод с точкой соединени  разр дного резистора и второго диода, кроме того, второй вывод врем задающего резистора присоединен к точке соединени  стабилизирующего и дифференциального резисторов.

2. Преобразователь по п.1, от л и ч а ю- щ и и с   тем, что пороговый ключ состоит

из последовательного транзистора, эмиттер которого присоединен к входу порогового ключа, коллектор - к выходу, а база соединена через включающий резистор с коллектором включающего транзистора, эмиттер

которого подключен к общему выводу порогового ключа, а база соединена через последовательную цепь из удерживающего резистора и диода с выходом порогового ключа и через третий стабилитрон с входом порогового ключа.

35