SU1721754A1 - Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может найти применение при создании вторичных источников питани  радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретени  - по- вышение КПД и надежности стабилизированного преобразовател . В стабилизированный преобразователь, содержащий силовую часть 1, ключевой транзистор 2, резисторы 2 и 3, диод 5, дроссель 6 и блок управлени  7 с транзистором 10 и трансформатором 11, введены дополнительный транзистор 12, широтно-импульс- ный модул тор 13, делитель напр жени  14, пороговый элемент 15, одновибратор 16. За счет исключени  база-коллекторной св зи и формировани  выключающего импульса тока ключевого транзистора заданной длительности через первичную обмотку трансформатора блока управлени  улучшаетс  динамика переключени  и обеспечиваетс  повышение надежности при общем упрощении схемы транзисторного ключа, расширение диапазона рабочих напр жений . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может найти применение при создании вторичных источников питани  радиоэлектронной аппаратуры.

Известен электронный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, три диода, три резистора и блок управлени , включающий в себ  транзистор, трансформатор с трем  обмотками, резистор и диод.

Недостатком данного устройства  вл етс  значительна  задержка выключени  ключевого транзистора вследствие протекани  паразитного отпирающего тока в базовой цепи из-за наличи  барьерной емкости фиксирующего диода и, как следствие, снижение КПД и надежности всего транзистор- ного ключа. Другим недостатком рассматриваемого устройства  вл ютс  его низкие частотные свойства (или быстродействие ), что объ сн етс  тем, что ключевой

транзистор имеет большие времена выключени  из-за пассивного его выключени .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее блок управлени  с трансформаторным выходом, ключевой транзистор, токозадающий резистор, первый диод, фиксирующий диод, обратный диод, накопительный дроссель-трансформатор и два резистора, причем анод обратного диода подключен к базе ключевого транзистора, первый вывод токозадающего резистора соединен с первым выходом блока управлени , а второй вывод - с анодом фиксирующего диода, коллектор ключевого транзистора через нагрузку соединен с первой шиной питани , а эмиттер - с второй шиной питани  и вторым выходом блока управлени , первична  обмотка накопиVJ

СП

Jb

тельного дроссел -трансформатора включена между катодом фиксирующего диода и коллектором ключевого транзистора, а его вторична  обмотка подключена к база-эмит- терному переходу ключевого транзистора через последовательно соединенные первый диод и первый резистор, второй резистор включен между анодом фиксирующего диода и базой ключевого транзистора, катод обратного диода соединен с первым выходом блока управлени .

Одним из недостатков указанного устройства  вл ютс  невысокие удельные мас- согабаритные показатели вследствие использовани  большого числа элементов, а также наличи  дроссел -трансформатора, имеющего большие габариты и служащего дл  обеспечени  надежной гальванической разв зки высоковольтной коллекторной и низковольтной базовой цепей ключевого транзистора, особенно при построении ключевых преобразователей напр жени  промышленных сетей (220/380 В). Кроме того, электронный транзисторный ключ имеет низкий КПД из-за наличи  токоогра- ничителькых цепей запаса энергии и невысокие частоты преобразовани , особенно при высоком напр жении на шинах питани , ограничиваемые частотными свойствами фиксирующего диода.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД и надежности.

На фиг.1 приведена схема стабилизированного преобразовател  посто нного на- пр жени ; на фиг.2 - временные диаграммы напр жений и токов, по сн ющие его работу.

Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  содержит силовую часть 1, ключевой транзистор 2, первый 3 и второй 4 резисторы, диод 5, дроссель 6 и блок управлени  7, снабженный первым 8 и вторым 9 питающими входами, включающий транзистор 10 и трансформатор 11, дополнительный транзистор 12, широтно-импульсный модул тор 13, делитель напр жени  14, пороговый элемент 15 и одновибратор 16. Блок управлени  снабжен четырьм  выходами, с первым из которых соединен первый вывод резистора 3, с вторым - первый вывод резистора 4, эмиттер ключевого транзистора 2 и один из входов силовой части 1, с третьим - один из выводов дроссел  6, с четвертым - катод диода 5, анод которого соединен с другим выводом дроссел  6. Другие вывода резисторов 3 и 4 соединены с базой ключевого транзистора 2, коллектор которого соединен с другим входом силовой части 1.

В блоке управлени  первый выход ши- ротно-импульсного модул тора 13 соединен с базой транзистора 10, второй выход - с первым входом порогового элемента 15, а

вход - с управл ющим входом блока управлени  7, с которым соединен выход силовой части 1, второй вход порогового элемента соединен с выходом делител  напр жени , входами подключенного к первому 8 и вто0 рому 9 питающим входам блока управлени  7, выход порогового элемента через одно- вибратор 16 соединен с базой дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с первым питающим входом 8 бло5 ка управлени  7, а коллектор - с третьим выходом блока управлени . Первична  обмотка трансформатора 11 включена между первым питающим входом блока управлени  и коллектором транзистора 12, который

0 соединен с четвертым выходом блока управлени  7, вторична  обмотка трансформатора 11 соединена с первым и вторым выходами блока управлени  7.

На фиг.2 прин ты следующие обозначе5 ни :

17-напр жение управл ющего сигнала с первого выхода широтно-импульсного модул тора 13;

18- эпюры напр жени  на первом и 0 втором входах порогового элемента 15;

19- напр жение на выходе одновибра- тора 16;

20- напр жение коллектор-эмиттер транзистора 10;

5 21 - ток через дроссель 6;

22- ток намагничивани  (холостого хода ) сердечника трансформатора 11, приведенный к первичной обмотке;

23- напр жение на вторичной обмотке 0 трансформатора 11;

24- ток через первичную обмотку трансформатора 11;

25- ток через вторичную обмотку трансформатора 11.

5 За счет исключени  база-коллекторной св зи и формировани  выключающего импульса тока ключевого транзистора заданной длительности через первичную обмотку трансформатора блока управлени  обеспе0 чиваетс  повышение КПД, надежности при общем упрощении схемы электронного транзисторного ключа стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени , расширение диапазона изменений питаю5 щего напр жени .

Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  работает следующим образом.

Широтно-импульсный модул тор (ШИМ) 13 блока управлени  7 формирует

управл ющий сигнал дл  включени  транзистора 10, длительность которого зависит от уровн  выходного напр жени  силовой части 1, например, длительностью tcrt2 (см. эпюру 17 на фиг.2). При этом на втором выходе ШИМ формируетс  пилообразное напр жение, которое подаетс  на первый вход порогового элемента 15. В соответствии с уровнем напр жени , формируемого с делител  напр жени  14, пороговый элемент 15 на выходе имеет высокий уровень в интервалы времени . В момент времени ti по сигналу порогового элемента 15 одно- вибратор 16 формирует на своем выходе сигнал низкого уровн  длительностью ti-ts, который открывает дополнительный транзистор 12.

В интервалы времени первична  обмотка трансформатора 11 блока управлени  7 подключена к источнику вспомогательного напр жени  - клеммы 8 и 9. При этом на вторичной обмотке трансформатора 11 наводитс  ЭДС и через база-эмиттерный переход ключевого транзистора 2 протекает пр мой ток, в основном определ емый сопротивлением резистора 3. Транзистор 2 переходит в состо ние высокой проводимости (открытое состо ние).

В интервал времени ti-t2 включенного дополнительного транзистора 12 происходит накопление энергии в дросселе 6 за счет тока, протекающего по цепи коллекторно- эмиттерный переход дополнительного транзистора 12 - дроссель 6 - диод 5 - коллекторно-эмиттерный переход транзистора 10. К моменту времени t2 ток в дросселе 6 и ток намагничивани  сердечника трансформатора достигают максимальных значений соответственно др.макс и LMSKC. .

В момент времени t2 транзистор 10 закрываетс  и ток намагничивани  трансформатора 11 начинает протекать по цепи второй выход блока управлени  7 - параллельна  цепь, образованна  резистором 4 и база-эмиттерным переходом ключевого транзистора 2, - резистор 3 - первый выход блока управлени  7. Кроме того, ток, накопленный в дросселе 6 др за интервал времени tt-t2, начинает протекать по цепи диод 5 - четвертый вход блока управлени  7 - первична  обмотка трансформатора 11 - эмиттерно-коллекторный переход транзистора 12 - дроссель 6, навод  при этом ток во вторичной обмотке трансформатора 11, который протекает по той же цепи и в том же направлении, что и i. Под действием этих токов формируетс  обратное напр жение необходимой величины дл  форсированного выключени  ключевого транзистора 2.

В момент времени т,з ток дроссел  бив момент времени т.4 ток намагничивани  iyrt трансформатора 11 спадают до нул , т.е. сердечники трансформатора 11 и дроссел 

6 полностью размагничиваютс .

С момента времени Т описанные процессы повтор ютс  аналогично.

Цепи передачи энергии дл  включени  ключевого транзистора и накоплени  энер0 гии дл  его форсированного выключени  разделены. Это позвол ет сформировать управл ющий сигнал ключевого транзистора с высокой крутизной нарастани  за счет использовани  энергии, передаваемой

5 трансформатором 11, только дл  включени  ключевого транзистора 2. Кроме того, процесс накоплени  энергии в дроссель 6 не оказывает вли ни  на включающий сигнал. Величина выключающего тока подбираетс 

0 значением индуктивности дроссел  6 и временем одновременного включени  дополнительного транзистора 12 и транзистора 10 за счет изменени  коэффициента делени  напр жени  14.

5 За счет исключени  токоограничиваю- щего резистора в цеп х накоплени  энергии в дросселе 6 и передачи энергии дл  включени  ключевого транзистора 2 достигаетс  повышение КПД. Кроме того, за счет шунти0 ровани  база-эмиттерного перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапр жени  на указанном переходе и на переходе коллектор-эмиттер транзистора 10 блока управлени  7. Организаци  це5 пей накоплени  энергии в дросселе 6 от вспомогательного источника позвол ет упростить схему транзисторного ключа, уменьшить обратное напр жение на последовательно включенном с дросселем б дио0- де 5 до величины, близкой к нулю, выполнить дроссель однообмоточным.

В схеме обеспечиваетс  формирование почти одинаковых (т.к. i 1ДР) выключающих импульсов напр жени  ключевого

5 транзистора 2 в широком диапазоне изменений коэффициента заполнени  управл ющих импульсов за счет фиксированного по длительности подключени  дроссел  6 к источнику вспомогательного напр жени . Это

0 позвол ет обеспечить одинаково эффективное выключение ключевого транзистора в широком диапазоне изменений питающего напр жени , не расходу  лишней энергии при больших коэффициентах заполнени 

Claims (2)

1. 5 управл ющих импульсов дл  форсированного выключени  ключевого транзистора
2. 2. Формула изобретени  Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовую часть, ключевой транзистор, первый

   и второй резисторы, диод, дроссель и блок управлени , снабженный первым и вторым питающими входами, включающий в себ  транзистор и трансформатор, первична  обмотка которого включена между первым питающим входом блока управлени  и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с вторым питающим входом блока управлени , вторична  обмотка трансформатора выводами соединена с первым и вторым выходами блока управлени , первый вывод первого резистора соединен с первым выходом блока управлени , первый вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока управлени , эмиттером ключевого транзистора и одним из входов силовой части, другой вход которой соединен с коллектором ключевого транзистора, один из выводов дроссел  соединен с анодом диода , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности, в блок управлени  введены дополнительный транзистор , широтно-импульсный модул тор, делитель напр жени , пороговый элемент и

   одновибратор, кроме того, блок управлени  снабжен третьим и четвертым выходами, причем с третьим выходом блока управлени  соединены коллектор дополнительного

   транзистора блока управлени  и другой вывод дроссел , с четвертым выходом блока управлени  соединены коллектор транзистора блока управлени  и катод диода, вторые выводы первого и второго резисторов

   соединены с базой ключевого транзистора, причем в блоке управлени  первый выход широтно-импульсного модул тора соединен с базой транзистора, второй выход - с первым входом порогового элемента, а вход

   -с управл ющим входом блока управлени , с которым соединен выход силовой части, второй вход порогового элемента соединен с выходом делител  напр жени , входами соединенного с первым и вторым питающими входами блока управлени , выход порогового элемента через одновибратор соединен с базой дополнительного транзистора , эмиттер которого соединен с первым питающим входом блока управлени .

   1Ъ

   Vunfii

   V,

   кнонак(-Пг1 - гч

   l/SCn-Пц i

   LjlfHAKC

   ZS

   Utc -nti I

   J

   Фиг. 2

   Редактор О. Стенина

   Составитель С. Кон хин

   Техред М.МоргенталКорректор О. Кундрик

   (ijWI9KC +i ApMOKt)

   fa)-Rn Veen