SU1667207A1 - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани . Цель изобретени  - повышение КПД и надежности путем ограничени  тока силового транзистора. Преобразователь содержит силовой трансформатор 1, подключенный первичной обмоткой к входным выводам через трансформатор тока 3 и силовой транзистор 4. Силовой транзистор 4 выключаетс , когда его ток коллектора достигает определенного уровн , задаваемого узлом выключени  11. Сигнал управлени  узлом выключени  11 формируетс  в функции выходного напр жени  преобразовател  с помощью узла сравнени  9. Дл  выключени  силового транзистора используетс  узел ограничени  тока 13, включенный в цепь обмотки положительной обратной св зи 1, 5 силового трансформатора 1. Пусковой узел 12, воздейству  на узел ограничени  тока 13, обеспечивает ограничение тока силового транзистора и в процессе пуска. 9 з.п. ф-лы. 3 ил.

Description

О

ON V| ГО

О VI

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани .

Цель изобретени  - повышение КПД и надежности путем ограничени  тока силового транзистора.

На фиг.1 приведена блок-схема преобразовател ; на фиг.2 - схемы блоков преобразовател , пример исполнени ; на фиг.З - временные диаграммы напр жений и токов, по сн ющие работу преобразовател .

Однотактный преобразователь (фиг.1) содержит многообмоточный дроссель (силовой трансформатор) 1. первична  оомотка 1.1 которого с конденсатором 2 образует резонансный контур, подключенный одним выводом к положительному входному выводу преобразовател , а другим через первичную обмотку 3.1 трансформатора 3 тока, св занный с коллектором переключающего транзистора 4. причем эта св зь может быть реализована непосредственно или через диод (показан пунктиром). Эмиттер-коллекторный переход транзистора 4 зашунтиро- ван обратно включенным диодом 5, а между базой и эмиттером включен первый резистор 6.

Вторичные обмотки 1.2-1.4 трансформатора (их может быть несколько) соедлне ны через выпр мители 7 с емкостными фильтрами 8. С выходной обмоткой 1.4 соединен вход узла 9 сравнени , выполненного с гальванической разв зкой выхода. Выход узла 9 соединен непосредственно или через нелинейный элемент 10 (показан пунктиром ) с входом управлени  узла 11 выключени .

Пусковой узел 12 включен между входными выводами преобразовател  и может быть реализован в виде последовательной цепочки из конденсатора и резистора, включенной между входом и выходом узла запуска, а их обща  точка через диод соединена с общим выводом узла, подключенным к отрицательному зажиму.

Выход пускового узла 12 соединен с первым входом 13 узла 14 ограничени  тока. Второй вход узла 14 соединен с промежуточным отводом вторичной обмотки 3.2 трансформатора 3 тока, а его выход через вспомогательную обмотку 1.5 силового трансформатора 14 - с базой силового транзистора 4. Один крайний вывод вторичной обмотки 3,2 трансформатора 3 тока соединен с силовым входом узла 8 выключени . Другой вывод обмотки 3.2 и общие выводы узлов 9,11 и 12 соединены с отрицательным входным выводом преобразовател .

Преобразователь с неуправл емым запуском (фиг.1) используют в случа х, когда

нагрузки преобразовател  не бо тс  кратковременного перенапр жени  в процессе пуска, а сам преобразователь (его силовой тра.нзистор) имеет достаточный дополнительный запас по напр жению.

На фиг.2 показан управл емый пусковой узел 12, который представл ет собой последовательную цепочку из первого конденсатора 15, второго резистора 16 и стаби0 литрона 17. Конденсатор 15 вторым выводом подсоединен к плюсовому выводу, а стабилитрон 17 - к входу 13 узла 14 ограничени  тока. Обща  точка конденсатора 15 и резистора 16 через обратно включенный

5 диод 18 соединена с общим выводом узла. С общим выводом также соединен эмиттер вспомогательного транзистора 19, коллектор которого подсоединен к общей точке резистора 16 и стабилитрона 17. База-эмит0 терный переход транзистора 19 зашунтиро- ван вторым конденсатором 20. База транзистора 19 через третий резистор 21 соединена с входом управлени  пускового узла 12.

5 Представленный на фиг.2 узел 14 ограничени  тока 14 состоит из коммутирующего транзистора 22, включенного по схеме с общей базой, диода 23 в цепи его коллектора , последовательной RC-цепочки 24-25,

0 включенной между свободным выводом диода 23 и базой транзистора 22, и диода 26, шунтирующего база-эмиттерный переход транзистора 22 в обратном направлении, причем выходом узла  вл етс  обща  точка

5 коллекторного диода 23 и RC-цепочки 24-25, а управл ющим входом - эмиттер транзистора 22, в цепь которого может быть включен резистор, показанный пунктиром. Входом запуска узла служит отвод от точки

0 соединени  резистора 24 и конденсатора 25 RC-цепочки. База транзистора 22 соединена с общим выводом узла 14,

Узел 11 выключени  (фиг.2) -одержит триггер на комплементарных транзисторах

5 26 и 27 с конденсаторами 28 и 29, включенными между эмиттером и базой транзисторов 26 и 27 соответственно, первый резистивный делитель 30-31 напр жений, подключенный крайними выводами к сило0 вым выводам триггера, а средним выводом - к базе транзистора 27. Кроме того, к базе транзистора 27 подсоединена последовательна  RD-цепочка 32, свободный вывод которой предназначен дл  подключени 

5 указанным образом к выходу узла 9. Силовой вывод транзистора 26 соединен с сило- вым входом узла, подключаемым к соответствующему крайнему выводу обмотки 3.2. Силовой вывод транзистора 27 соединен с общим выводом узла, подключенным к отрицательному входному зажиму .

Узел 9 сравнени , показанный на фиг.2, выполнен по мостовой схеме, плечи которой образованы четвертым резистором 33, опорным элементом 34, база-эмиттерным переходом транзистора 35 и его база-коллекторной цепью с включенным в нее вторым резистивным делителем 36-37. Второй крайний вывод делител  36-37 и свободный вывод опорного элемента 34 соединены в общий вывод узла сравнени . Средн   точка делител  36-37 соединена с выходом узла , а диагональ моста (вывод резистора 33 - общий вывод узла)-с входом узла, который при этом подсоединен к выходу фильтра 8 трансформатора 1. В качестве опорного элемента может быть использован, например , стабилитрон. На фиг.2 представлен вариант выполнени  опорного элемента 34 по схеме, обеспечивающей компаундирование и уменьшение пульсаций сетевой частоты, котора  содержит стабилитрон 38, соединенный с эмиттером транзистора 39, последовательную RD-цепь 40, подключенную к базе транзистора 39, и параллельную RC- цепь 41-42, шунтирующую база-коллекторный переход транзистора 39. Вместо стабилитрона 38 может быть применен све- тодиод. Свободный вывод стабилитрона (светодиода) 38 служит входом опорного элемента, свободный вывод RD-цепи 40 соединен с входом управлени  узла 9, а коллектор транзистора 39 - с общим выводом узла 9. Нелинейный элемент 10 при этом реализуетс  в наиболее простом варианте (фиг.2) - на светодиоде, шунтирующем выход узла 9.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче напр жени  (фиг.З, момент to) на коллекторе транзистора 4 по вл етс  напр жение (фиг.За, сплошна  лини ), а на его базе (фиг.Зв) напр жение начинает линейно нарастать. Конденсатор 25 узла 14 зар жаетс  от пускового узла 12. В момент ti напр жение на базе достигает порога открывани  транзистора 4, замыкаетс  петл  положительной обратной св зи по цели базовой обмотки 1.5 и транзистор 4 открываетс . В его базе возникает импульс тока (фиг.Зв, пунктирна  лини ), определ емый перезар дом конденсатора 25 напр жением на обмотке 1.5 обратной св зи (фиг.36). В цепи коллектора и в цепи базы через трансформатор 3 тока по вл етс  линейно нарастающий ток (фиг.За, в, пунктирные линии ). В момент t2 напр жение на обмотке трансформатора 3 тока достигает порога срабатывани  триггера узла 11, последний

срабатывает, закорачива  обмотку 3.2, и ток базы спадает до нул . В момент тз после завершени  рассасывани  зар дов в базе спадает коллек/орный ток, напр жение на 5 коллекторе начинает нарастать, а на базе уменьшаетс , а затем измен ет знак. Ток базы реверсируетс , обеспечива  форси- ровку на закрывание транзистора 4, В момент t4 напр жение на коллекторе 10 достигает уровн  напр жени  питани , а на вторичных обмотках 1.2-1.5 проходит через нуль и измен ет знак, диоды 7 выпр мите- лей открываютс  и начинаетс  зар д кон денсаторов 8 фильтров спадающим током

15 (t4-ts). Напр жение на базе в это врем  нарастает , в момент ts оно превышает порог срабатывани , транзистор 4 включаетс , и процесс повтор етс  цикл за циклом. При этом напр жение на конденсаторах 8 вы0 ходных фильтров на каждом такте увеличиваетс  и в какой-то момент превышает напр жение питани  (приведенное к вторичной обмотке) и приближаетс  к напр жению стабилизации. Так как при Uewx Опит

5 напр жение на коллекторе спадает до нул  и дополнительна  подпитка по базе транзистора 4 становитс  ненужной, по сигналу с выхода узла 9 сравнени  (по вление напр жений на выходе) открываетс  транзистор

0 19 пускового узла 12, шунтиру  запускающий ток. При дальнейшем росте выходного напр жени  и, соответственно, напр жени  на выходе узла 9 открываетс  управл ющий вход узла 11, повышаетс  напр жение на

5 базе входного транзистора 27 триггера, что понижает его порог срабатывани , т.е уменьшает ток выключени  транзистора 4. Выходное напр жение стабилизируетс .

0 Резистор 6, шунтирующий база-эмит- терный переход транзистора 4, выполн ет функции запирани  этого транзистора в случае срыва генерации, а также обеспечивает режим генерации на холостом ходу.

5Нелинейный элемент 10, снижающий

усиление по контуру отрицательной обратной св зи канала регулировани , повышает устойчивость работы на малых нагрузках и в режиме холостого хода (на грани полного

0 запирани  узла 14). предотвраща  переход преобразовател  в режим генерации пачек импульсов, который увеличивает пульсации выходного напр жени .

Схема компаундировани  (вольтодо5 бавки) в цепи стабилитрона 38 опорного элемента 34 увеличивает опорное напр жение узла 9 на величину напр жени  на его конденсаторе 42, которое определ етс  амплитудой и длительностью импульсов базового , а следовательно, и коллекторного тока

транзистора 1. При увеличении нагрузки увеличиваютс  и длительность, и амплитуда импульсов тока, увеличиваетс  напр жение вольтдобавки и соответственно возрастает задание, компенсиру  как статизм регул тора , так и падение напр жени  в цеп х вторичных обмоток 1,2-1.4 и выпр мителей 7.

Кроме того, так как величина тока зависит и от входного напр жени , схема компаундировани  по току нагрузки в опорном элементе 34 оказываетс  одновременно и элементом отрицательной обратной св зи по входному напр жению, что повышает коэффициент стабилизации и уменьшает пульсации сетевой частоты на выходе в два-три раза.

Диод в цепи коллектора транзистора 4 предотвращает по вление на коллекторе напр жени  обратного знака при реверсе тока (фиг.За, установившийс  режим) и не  вл етс  об зательным, но его применение целесообразно при большом падении напр жени  на шунтирующем диоде 5.

Выполнение узла 12 с управлением выключени  позвол ет обеспечить мощный за- пуск, необходимый при пуске преобразовател  с полной нагрузкой, без возникновени  перерегулировани , опасного как дл  приемников напр жени , так и дл  самого преобразовани . Пропорциональное управление током базы обеспечивает уменьшение потерь и своевременное включение транзистора 4 (в момент реверса тока в контуре), а в сочетании с узлом 11 выключени  по току - ограничение тока во всех режимах, в том числе и при запуске преобразовател , что повышает КПД и надежность преобразовател .

Claims (9)

1. Формула изобретени  1. Однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовой транзистор, подключенный эмиттером к первому входному выводу преобразовател , многообмоточный дроссель, первична  обмотка которого зашунтирована конденсатором и подключена первым выводом к второму входному выводу преобразовател , а вспомогательна  обмотка соединена первым выводом с выходом узла ограничени  тока, общий вывод которого соединен с первым входным выводом преобразовател , первый резистор, включенный между базой и эмитт&ром силового транзистора, пусковой узел, включенный между входными выводами преобразовател , узел сравнени , выход которого св зан с управл ющим входом узла выключени , при этом кажда  вто- рична  обмотка многообмоточного дроссел  через выпр митель соединена с выхрдными выводами преобразовател ,

   шунтированными емкостным фильтром, к одним из которых подключен вход узла сравнени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности путем

   ограничени  тока силового транзистора, введены первый диод и трансформатор тока , узел ограничени  тока выполнен управл емым и соединен первым входом с выходом пускового узла, а вторым входом с промежуточным отводом вторичной обмотки трансформатора тока, узел выключени  выполнен управл емым в функции тока силового транзистора и подключен силовым входом к первому крайнему выводу вторичной обмотки трансформатора тока, второй крайний вывод которой, а также общие выводы узла выключени  и пускового узла под- ключены к первому входному выводу преобразовател , при этом второй вывод

   вспомогательной обмотки многообмоточного дроссел  соединен с базой силового транзистора, второй вывод первичной обмотки многообмоточного дроссел  через первичную обмотку трансформатора тока

   соединен с коллектором силового транзистора , зашунтированного обратно включенным первым диодом.
2. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что св зь управл ющего входа

   узла выключени  с выходом узла сравнени  выполнена через нелинейный элемент.
3. 3.Преобразователь по п. 2. о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что в качестве нелинейного элемента использован светодиод, шунтирующий выход узла сравнени .
4. 4.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем. что пусковой узел выполнен управл емым и соединен входом управлени  с выходом узла сравнени .
5. 5. Преобразователь по п. 4, о т л и ч а ю- щ и и с   тем. что пусковой узел содержит цепочку последовательно соединенных первого конденсатора, второго резистора и стабилитрона , второй диод, подсоединенный

   одним выводом к точке соединени  первого вывода первого конденсатора и второго резистора , вспомогательный транзистор, подсоединенный коллектором к общей точке второго резистора и первого вывода стабилитрона , второй конденсатор и третий резистор , подсоединенные первыми выводами к базе вспомогательного транзистора, при этом вторые выводы второго диода, второго конденсатора и эмиттер вспомогательного

   транзистора соединены с общим выводом пускового узла, вторые выводы первого конденсатора и третьего резистора соединены соответственно с вторым входным выводом преобразовател  и входом управлени  пускового узла, а второй вывод стабилитрона

   соединен с выходным выводом пускового узла.
6. 6.Преобразователь по п. 1, о т л и ч э ю- щ и и с   тем, что узел ограничени  тока содержит коммутирующий транзистор с обратным по отношению к силовому транзистору типом проводимости, третий диод, шунтирующий база-эмиттерный переход этого транзистора, четвертый диод, соединенный с коллектором транзистора, и последовательную RC-цепочку, при этом свободный вывод конденсатора RC-цепочки и база транзистора подключены к общему выводу узла, эмиттер коммутирующего транзистора непосредственно или через дополнительный резистор подключен к второму входу узла ограничени  тока, а средн   точка RC-цепочки - к первому входу этого узпа, коллектор коммутирующего транзистора через четвертый диод соединен с резистором RC-цепочки и выходным выводом узла ограничени  тока.
7. 7.Преобразователь поп. 1, о т л и ч a torn , и и с   тем, что узел выключени  содержит триггер на комплементарных транзисторах, первый резистивный делитель, крайними выводами подключенный к силовым выводам триггера, а средним выводом - к его управл ющему входу, и последовательную RD-цепочку, подключенную одним выводом к этому же управл ющему входу, а другим выводом - к управл ющему входу узла вы ключени , один из силовых выводов триггера соединен с силовым входом узла, а другой силовой вывод - с общим выводом узла.

   / -.7
8. 8 Преобразователь поп. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что узел сравнени  содержит мостовую схему, плечи которой образованы четвертым резистором, опорным элементом , база-эмитгерным переходом дополнительного транзистора и его база-коллекторной цепью, в которую включен второй резистивный делитель, второй крайний вывод которого и свободный вывод опорного элемента соединены с общим выводом узла сравнени , средн   точка второго pejncTHBHoro делител  - с выходом узла сравнени , а входна  диагональ моста - с входом узла сравнени .
9. 9. Преобразователь по п. 8, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью обеспечени  компаундировани  и уменьшени  пульсаций сетевой частоты, опорный элемент узла сравнени  содержит стабилитрон и усилительный транзистор к базе которого подключена последовательна  RD-цепь, а база-коллекторный переход зашунтирован параллельной RC-цепочкий, один вывод стабилитрона соединен с эмиттером усилительного транзистора, а другой - с входным выводом опорного элемента, коллектор усилительного транзистора соединен с общим выводом узла сравнени , предназначенным дл  подключени  к первому крайнему выводу вторичной обмотки трансформатора тока

   10 Преобразователь по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с   тем. что в цепь коллектора силового транзистора включен согласно-последовательно блокирующий диод.

   ka

   Составитель В.Моин Техред М.Моргентал

   Корректор Н.Король