SU1757050A1

SU1757050A1 - Преобразователь посто нного напр жени

Info

Publication number: SU1757050A1
Application number: SU904864583A
Authority: SU
Inventors: Иван Александрович Фокин; Виктор Дмитриевич Гулый; Станислав Григорьевич Ярош
Original assignee: Запорожский Научно-Исследовательский Институт Радиосвязи
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-08-23

Abstract

Использование в система вторичного электропитани и. автоматики Оптимизаци переключени достигаетс отсутствием избыточного эмиттерного токг выходного транзистора и автоматическим регулированием базового тока предварительного транзистора с помощью ограничительных диодов в цепи базового резистора Преобразователь посто нного напр жени содержит силовой транзистор 1, эмиттер- ный переход которого зашунтирован резистором 2 и подключен через одну диодную цепочку 3 и 4 и базовый резистор 5 к выводам управлени . Коллектор силового транзистора 1 через резистор 6, за- шунтированный база-эмиттерным переходом введенного дополнительного транзистора 8 противоположного относительно силового типа проводимости, подключен к первому выходному выводу Коллектор дополнительного транзистора 8 подключен к второму входному выводу. 1 ил сл С

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики.

Известен преобразователь, содержащий двухтактный усилитель мощности с трансформаторным выходом, базы предоконечных транзисторов которого соединены с управляющими входами преобразователя, а эмиттеры соединены с базами соответствующих Оконечных транзисторов, коллекторы которых соединены с основными обмотками и с первыми выводами дополнительных обмоток трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входу выпрямителя. Дроссель, имеющий основную и дополнительную обмотки, вторую дополнительную обмотку, причем основная обмотка дросселя включена между выходом выпрямителя и выходом преобразователя, а дополнительные обмотки включены между вторыми выводами дополнительных обмоток трансформатора и коллекторами соответствующих предоконечных транзисторов усилителя мощности.

Известны^ регулируемый преобразователь сохраняет высокое значение КПД при изменении входного напряжения при соответствующих оптимальных коэффициентах трансформации трансформатора и дросселя, Однако при изменении нагрузки в пре·; образователе изменяется степень избыточности токов баз силовых транзисторов, приводящая к динамическим потерям при уменьшении тока нагрузки и к статическим потерям при повышении тока нагрузки, что снижает КПД и Надежность преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым входным выводом через первый и второй выходные выводы, к которым подключена нагрузка, а базо-эмиттерный переход, зашунтированный первым резистором через первую диодную цепочку, из двух диодов, включенную согласно с направлением протекания базового тока, и базовый резистор подключен к выводам управления,причем точка соединения между собой диодов указанной первой диодной цепочки через второй резистор подключена к эмиттеру силового транзистора. Первый выходной вывод через вторую диодную цепочку подключен к точке сбёдинения первой' диодной цепочки с базовым резистором.

В известном преобразователе происходит перераспределение тока управления, протекающего через базовый рё'зис+ор, между базовым током и током второй диодной цепочки, благодаря чему поддерживается неизменный ненасыщенный режим силового транзистора с малым падением напряжения между его силовыми электродами при изменении тока нагрузки. Однако диапазон изменения тока нагрузки, в котором поддерживается малое падение между коллектором и эмиттером силового транзистора,ограничен сверху величиной тока уп) равления, который задан неизменным, так как при базовом токе; превышающем ток управления, перестает проводить вторая диодная цепочка и возрастает напряжение между коллектором и эмиттером, т.е. возраj стают статические потери, что снижает КПД и надежность. 14 наоборот, при уменьшении тока нагрузки до значения, меньшего тока через вторую диодную цепочку, появляется избыточность базового тока, что увеличива- : ) ет время запирания силового транзистора, приводящее к увеличению динамических ¹ потерь мощности, что также снижает КПД и надежность;

Целью изобретения является повыше> ние КПД и надежности при изменяющейся нагрузке путем оптимизации переключения силовых транзисторов.

В преобразователь, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соёди) нен с первым входным выводом через первый и второй выходной выводы, а базаэмиттерный переход, зашунтированный ' первым резистором через первую диодную цепочку, включенную согласно с направлеj кием протекания, базового тока, и .базовый ' резистор подключен к выводам управления, причем первый выходной вывод через вторую диодную цепочку подключен к точке ' соединения первой Диодной цепочки с базо) вым резистором, введен резистор между коллектором силового транзистора и первым выходным выводом, параллельно которому подключен эмиттерный переход введенного дополнительного транзистора, 45 эмиттер которого подключен к первому выходному выводу, а коллектор - к второму входному выводу, соединенному с эмиттерами силовых транзисторов.

Новым в предлагаемом преобразова50 теле является введение резистора между . коллёктбромсилового транзистора и первым выхоДйым выводом, подключение к этому резистору эмиттернбго перехода введенного дополнительного транзистора, 55 эмиттер которого подключён к первому вы· ходкому выводу, а коллектор - к второму входному выводу.

Существенным отличием предлагаемого преобразователя является более широ_кий диапазон изменения тока нагрузки, при ^Γ·' котором поддерживаются малые статические и динамические потери. Увеличение верхнего предела рабочего тока нагрузки достигается благодаря увеличению коэффициента усиления схемы в число раз, равное коэффициенту усиления по току введенного транзистора. Что позволяет снизить ток управления через базовый резистор. Умень- . шение тока управления через базовый резистор расширяет диапазон рабочих токов нагрузки в сторону меньших значений, так как при меньших токах управления через базовый резистор уменьшается и его составляющая, протекающая через вторую диодную цепочку, наличие которой исключает избыточность базового тока и динамические потери, связанные с указанной· избыточностью. -

Известный преобразователь имеет более узкий диапазон изменения тока нагрузки, при котором существуют м'алые потери, так как при изменении тока нагрузки в известном до значения, соответствующего рабочему предлагаемого. возникает избы-: точность базового тока, приводящая к динамическим потерям. И наоборот, при увеличении тока нагрузки в известном до зн ач е ни я. соответот ву ю ще г о рабочему предлагаемого, возрастает падение напряжения между силовыми выводами транзистора и вместе с ним возрастают ' статические потери.

Положительный эффект достигается . уменьшением статических и динамических потерь при широком изменении тока нагрузки, что повышает КПД и надежность по сравнению с известным устройством, , где возрастание динамических потерь запирания при снижении тока нагрузки и возрастание статических потерь при возрастании тока нагрузки приводят к снижению КПД и надежности.

На чертеже изображена электрическая схема преобразователя напряжения,

Преобразователь постоянного напряжения содержит транзистор 1, база-эмиттерный переход которого зашунтирован резистором 2 и через цепочку из диодов 3 и 4 и резистор 5 подключен к выводам управления. Коллектор транзистора 1 через рези- 50 пряжении на базе транзистора 8. равном напряжению на коллекторе, т.ё. равном нулю относительно второго входного вывода, падение напряжения между его эмиттером и коллектором равно по величине прямому падению напряжения на переходе эмиттербаза, те. не равно нулю, что соответствует отсутствию избыточности тока базы транзистора 8 при U68= U к8= 0: и_Кэ8=и бэв^ 0;

транзистора 1. Второй выходной нырюд подключен к первому входному выводу.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

К выводам управления подключен ис. точнйк напряжения прямоугольных однополярных импульсов, которые поступают через резистор 5 и диоды 3 и 4 к базе транзистора 1, открывая его в течение действия положительно импульса напряжения. Величина сопротивления резистора 6 выбирает ся такой. что при малых токах нагрузки, подключенной к выводам ϋιή_ΜΧ и изпых. падение напряжения на резисторе 6 незначительно, транзистор 8 остаётся закрытым и не принимает участия в процессах коммутации нагрузки, в качестве которой может быть использовано активное сопротивление при отсутствии требований гальванической развязки выводав управления от выводов первичного источника питания и при напряжении на выходе, соответствую щем напряжению первичного источника питанйя. '( ·

В других случаях для получения напряжения на нагрузке; отличной от напряжения первичного источника, а также Для гальва нической развязки нагрузки от выводов управления к выходным выводам может быть подключена первичная обмотка трансформатора. причем предлагаемый преобразователь может использоваться как в однотактных схемах, так и в двухтактных, многофазных в качестве одного из плеч схе-. мы. : . 7

При изменении нагрузки в сторону увеличения тока нагрузки на резисторе 6 увеличикается падение напряжения U, при достижении напряжения на нем Порога отпирания база-эмиттерного перехода транзистора 8 последний отпирается и вовлекается в процесс коммутации нагрузКИ'. ό· -.V .. -- .- .: : .

Ток эмиттера транзистора 8 оказывает- ;

ся пропорциональным току нагрузки, а напряжение на эмиттере этого транзистора превышает напряжение на базе на величину прямого падения напряжения перехода база-эмиттер. В предельном случае при не15 стор 6 подключен к первомувыходному выводу, который через диод 7 подключен к точке соединения резистора 5 и анода диода 3. Параллельно резистору 6 подключен, база-эмиттерный переход транзистора 8 противоположной проводимости относительно транзистора 1, причем эмиттер транзистора 8 подключен к первому выходному выводу. Коллектор транзистора 8 подключен к второму входному выводу и эмиттеру

U_K8

Ны'< β где Iks. Uk8 напряжения на базе и коллекторе транзистора 8 относительно второго входного вывода:

1)кэ8 напряжение коллектор-эмиттер транзистора 8:· /¾ - коэффициент усиления по току транзистора 8.

Резистор 6 выполняет роль датчика тока, например, при увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается ток резистора 6, что приводит к увеличению базового тока транзистора 8, который открывается в большей степени, и статические потери остаются на низком уровне.

Для предотвращения динамических потерь при выключении транзистора 1 служат диоды 3. 4 и 7, исключающие избыточность тока базы транзистора 1, что приводит к исключению инерционности его выключения. ......

Например, если к резистору 5 прикладывается положительное напряжение, то диод 7 в начальный момент времени находится в непроводящем состоянии, ток напряжения на его катоде, подключенном к первому выходному выводу, превышает напряжение на аноде,По мере открывания транзистора 1 напряжение ria эмиттере транзистора 8 уменьшается, диод 7 переходит в проводящее состояние и ограничивает напряжение, прикладываемое через резистор 5 на уровне прямого падения напряжения на диоде 7 плюс падение напряжения на эмиттере транзистора 8 (относительно второго входного вывода)

и.АД7 Л?‘'иэ8.

где идд7 - напряжение на аноде диода 7;

ипр.Д7 - прямое падение напряжения на проводящем диоде 7: ,

U?8 - напряжение на эмиттере транзистора 8 относительно второго входного вывода.

Диоды 3, 4 и 7 выбираются с напряжениями прямого смещения примерно равными падениям напряжений на эмиттерных переходах транзисторов 1 и 8 ипр.Д7⁼⁼ Пир ДТ Uпр.ДИЛ U6a1 где и_прдз, и_пр.Д4, и’п_Р:Д7- падения напряжений на проводящих диодах 3, 4 и 7;

ибэ1, ибэ8 ’ падения напряжений на эмиттерных переходах транзисторов 1 и 8.

Насыщенное состояние предоконечного транзистора 1 исключается диодами 3 и 4 в цепи его базы, на которых падает компенсирующее напряжение и_пр.ДЗ ⁴ иг1р.Д4 идд? = 11пр.Д7 ⁴ U38.

На базе транзистора 1 отсутствует избыточность зарядов, поэтому исключается необходимость реверсирования знака управляющего напряжения. Величина резистора 5 выбирается из условия протекания через него тока управления, превышающего базовый ток транзистора 1 при максимальном токе нагрузки, а излишки тока управления ответвляются через диод 7, Для больших токов нагрузки βίβα 05-1Д7)г' 1э8 - 1д7, .

где β-\,β&~ коэффициенты усиления по току транзисторов Ги 8;

15. 1э8, 1д7 - токи через резистор 5, ток эмиттера транзистора 8, ток диода 7.

Ток базы транзистораД равен разности is- 1д7 и автоматически поддерживается при изменении нагрузки на уровне, соответствующем малому падению напряжения на силовых электродах транзистора 8, что соответствует малым статическим потерям, а динамические потери при выключении минимальны вследствие отсутствия избыточности токов баз транзисторов 1 и 8. Из приведенной формулы следует, что необходимый ток эмиттера транзистора 8, а значит, и нагрузки обеспечивается при малых значениях тока управления 1г>. а значит и маломтоке' 1д7, что' обеспечивает высокое значение КПД и надежность преобразователя, При преобразовании повышенных мощностей в качестве транзистора 8 может использоваться составной транзистор. Тогда последовательно с базой транзистора 1 необходимо включать три диода'вместо двух. '/ 4 -777-.

Таким образом, малые статические потери в сочетании с безынерционным запиранием транзисторов при’ .изменяющейся нагрузке обеспечивает высокие значения КПД и надежности преобразователя.

Claims

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, каждое из плёч которого содержит силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым входным выводом через первый й второй выходные выводы, а эмиттер-бэзовый переход, зашунтированный первым резистором, через первую диодную цепочку, включенную согласно с направлением протекания базового тока, и базовый резистор подключены к выводам управления, причем первый выходной вывод через вторую диодную цепочку подключен к точке соединения первой диодной цепочки с базовым резистором, отличающийся тем, что, с целью повышения. КПД и надежности путем обеспечения оптимизации переключения силовых транзисторов при изменяю9 1757050 10 щейся нагрузке, соединение коллектора силового транзистора с первым выходным выводом осуществлено через введенный резистор, параллельно которому подсоединен база-эмиттерный переход введенного дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен к первому входному выводу, а коллектор - к второму входному выводу, соединённому с эмиттерами силовых транзисторов.