SU1758796A1 - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: преобразование и регулирование посто нного напр жени  с помощью однотактного транзисторного преобразовател  дл  систем вторичного электропитани . Существо изобретени : силовой транзистор 8 управл етс  напр жением , сжимаемым с дополнительной обмотки 11, 11 силового трансформатора 1. Дл  включени  силового трансформатора 8 подаетс  импульс тока на вход 25. При этом включаетс  первый двухтранзисторный эквивалент тиристора 16 и от дополнительной обмотки 11 поступает в базу силового транзистора 8 отпирающий ток. Дл  выключени  силового транзистора 8 на вывод 19 подаетс  импульс тока, открывающий выключающий транзистор 18, что приводит к запиранию первого двухтранзисторного эквивалента тиристора 16, При этом скачок напр жени  на дифференцирующей цепочке 20 отпирает второй двухтранзисторный эквивалент тиристора 17, через который запирающее напр жение дополнительной обмотки 111 активно запирает силовой транзистор 8. Запертое состо ние далее поддерживаетс  до- полнительной обмоткой 11 через запирающий диод 26. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 9 i J w1 Ё VI 01 оэ х| Ч О

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани  дл  получени  электрически изолированных посто нных напр жений различного уровн ,

Известны однотэктные преобразователи посто нного напр жени , в которых дл  управлени  силовым транзистором используетс  напр жение первичного источника питани .

В таких преобразовател х велики потери мощности, что в наиболее значительной степени про вл етс  при малых коэффициентах усилени  по току силового транзистора.

Дл  уменьшени  потерь мощности примен ют преобразователи, в которых напр жение питани  схемы управлени  снижаетс  при помощи трансформатора или импульсного стабилизатора.

Однако с повышением энергетической эффективности таких преобразователей увеличиваетс  сложность схемы и ухудшаютс  массогабэритные характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  однотактный преобразователь посто нного напр жени , в котором дл  создани  базового тока силового транзистора (как пр мого, так и обратного) используетс  дополнительна  обмотка силового трансформатора, выполненна  со средней точкой, Одна ее половина примен етс  дл  создани  пр мого (открывающего) токч базы , друга  - дл  обратного (запирающего). Коммутаци  токос осуществл етс  соответствующими транзисторами, переключаемыми схемой управлени .

Недостатком этого преобразовател   вл етс  значительное энергопотребление по сигналам схемы управлени , что ухудшает массогабаритные характеристики и снижает возможности микроминиатюризации схемы преобразовател .

Цель изобретени  - улучшение массогг- баритных характеристик за счет снижени  мощности потерь схемы и возможности исполнени  ее в виде монолитной или гибридной ИС.

Указанна  цель достигаетс  тем, что дл  переключени  пр мого и обратного токоа базы силового транзистора применены ти- ристорные эквиваленты, выполненные на бипол рных транзисторах различного типа проводимости. Управление тиристорными эквивалентами осуществл етс  включающим и выключающим короткими импульсами , чем уменьшаетс  энергопотребление от схемы управлени  и снижаетс  мощность потерь.

На фиг, 1 приведена схема однотактно- го преобразовател  посто нного напр жени ; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь (фиг. 1) содержит силовой трансформатор 1 с вторичной обмоткой 2, соединенной через выпр митель 3 и фильтр 4 с выходными выводами 5 и 6, первичной обмоткой 7, подключенной через си0 ловой транзистор 8 к входным выводам 9 и 10; дополнительной обмоткой 11 и 11 с отводом от средней точки, котора  соединена с эмиттером силового транзистора 8. Начало обмотки 11 через первый резистор 12

5 подключено к аноду первого диода 13, а конец обмотки 11 соединен через второй резистор 14 с катодом второго диода 15, В схеме содержитс  первый двухтранзистор- ный 16 эквивалент тиристора, силовым вхо0 дом соединенный с катодом первого диода 13, а силовым выходным выводом - с базой силового транзистора 8 и с силовым выводом второго 17 двухтранзисторного эквивалента тлристора, силовым выходом

5 подключенного к аноду второго диода 15. Между управл ющим выводом первого 16 двухтранзисторного эквивалента тиристора и его силовым выходным выводом включен выключающий 18 транзистор, база которого

0 соединена с выводом дл  подачи выключающего сигнала 19, а управл ющий вывод второго 17 эквивалента тиристора через дифференцирующую цепь 20 соединен с катодом первого 13 диода.

5 Первый 16 и второй 17 двухтранзистор- кые эквиваленты тиристора состо т из двух 21 и 22 бипол рных транзисторов n-p-п и р-п-р типов проводимости соответственно. Эмиттер транзистора 22 образует силовой

0 еыходной вывод, а эмиттер транзистора 21 - силовой выходно/ вывод, причем база каждого транзистора од огс типа проводимости соединена с коллектором транзистора другого типа проводимости.

5 Параллельно базоэмиттерным переходам транзисторов 21 и 22 подключены первый и второй шунтирующие 23 и 24 резисторы соответственно , База транзисторов 21 образует управл ющий вывод двухтранзисторного

0 эквивалента тиристора,  вл ющийс  входом дл  подачи включающих импульсов преобразовател  25. К катоду первого диода 13 подключен катод запирающего диода 26, анод которого через запирающий резистор

5 27 соединен с базой силового транзистора 8. На входе второго 17 эквивалента тиристора и силового транзистора 8 включены защитные диоды 28 и 29 соответственно,

На временных диаграммах (фиг. 2) изображены эпюры: 30 и 31 управл ющих импульсов схемы преобразовател , подаваемые на выводы 25 и 19 соответственно; 32 - базового тока силового транзистора 8; 33 - тока коллектора транзистора 8; 34 - напр жени  на полуобмотке 11 трансформатора 1; 35 - напр жени  на полуобмотке 111 того же трансформатора; 36 - ток входного силового вывода эквивалента 16 тиристора; 37 - ток выходного с илового вывода эквивалента 17 тиристора. Названные токи обозначены на схеме преобразовател  (фиг. 1) соответствующими индексами.

Однотактный преобразователь работает следующим образом.

В запертом состо нии силового транзистора 8 эквиваленты 16 и 17 тиристоров заперты и тока не провод т. Напр жени  на полуобмотках 11 и 111 имеют такую пол рность , что диоды 13 и 15 заперты. Через диоды 26 и 29, а также через резистор 27 идет ток, обусловливающий отрицательное запирающее напр жение на базе силового транзистора 8.

В момент времени to (см, эпюру 30 временных диаграмм на фиг. 2) поступает импульс включени  |Вкл, подаваемый на вывод 25. Это вызывает включение транзистора 21 эквивалента 16 и силового транзистора 8. так как по вл етс  его базовый ток (эпюра 32). Возникает ток коллектора транзистора 8 (эпюра 33). Вследствие того, что транзистор 8 открываетс , напр жени  на полуобмотках 11 и 11 мен ют свою пол рность (эпюры 34 и 35). Открываетс  диод 13 и напр жение, подаваемое на эквивалент 16, открывает транзистор 22. Это вызывает регенеративное открывание эквивалента 16 (эпюра 36) и обусловливает его посто нное открытое состо ние при наличии напр жени  рассматриваемой пол рности на полуобмотке 11, независимо от наличи  или отсутстви  импульса на выводе 25,

Далее на прот жении времени in (эпюра 32) силовой транзистор находитс  в открытом и насыщенном состо нии под действием базового тока, создаваемого полуобмоткой 11 трансформатора 1. Ток коллектора транзистора 8 увеличиваетс  в соответствии с индуктивностью первичной обмотки 7 этого же трансформатора. Выпр мительный диод 3 на этом этапе времени заперт, так как рассматриваетс  схема однотактного преобразовател  с обратным включением диода.

По прошествии времени tM приходит импульс выключени  1Выкл (эпюры 32 и 31). Это вызывает включение выключающего транзистора 18 и шунтирование его открытым коллекторно-эмиттерным переходом входа транзистора 21 эквивалента 16. Транзистор

21 после рассасывани  зар дов запираетс . Вслед за этим после аналогичного рассасывани  зар дов запираетс  и транзистор 22 того же эквивалента. Запирание эквивален- 5 та 16 приводит к по влению скачка напр жени  на катоде диода 13, который после дифференцировани  цепью 20 открывает транзистор 21 эквивалента 17. Так как напр жение на полуобмотке 111 имеет соот0- ветствующую пол рность, то это приводит к регенеративному открыванию эквивалента 17. По вл етс  рассматривающий ток базы силового транзистора 8, величина которого определ етс  напр жением на

5 полуобмотке 11 . Начинаетс  процесс рассасывани  зар дов из полупроводниковой структуры насыщенного силового транзистора 8, который длитс  врем  tp (эпюра 32). Включенное состо ние эквивалента 17, а

0 следовательно, и наличие рассасывающего тока силового транзистора 8, не завис т от наличи  или отсутстви  импульса управлени  на выводе 19.

После окончани  времени рассасыва5 ни  tp (эпюры 32 и 33) силовой транзистор запираетс , его коллекторный ток спадает до нул  и напр жени  на полуобмотках 11 и 111 мен ют свою пол рность (эпюры 34 и 35). Диоды 13 и 15 запираютс , а диод 26 откры0 ваетс . Схема приходит в исходное первоначальное состо ние. Выпр мительный диод 3 открываетс  и накопленна  в индуктивности намагничивани  трансформатора 1 энерги  отдаетс  в нагрузку (выводы 5 и 6) и

5 на подзар д фильтрующего конденсатора 4. Далее после очередного прихода импульса управлени  на вывод 25 процессы повтор ютс  аналогично.

Дл  нормального функционировани 

0 схемы необходимо, чтобы длительность импульса 1Вкл (эпюра 30) была большей, чем суммарное врем  задержки включени  силового транзистора 8 и врем  смены пол рности на полуобмотке 11 трансформатора 1.

5 Длительность входного импульса т.выкл(эпюра 31) практически всегда должна быть больше времени 1вкл, что обусловлено довольно медленным выключением транзисторов 21 и 22 эквивалента 16.

0 Инерционные свойства эквивалента 17 практически не сказываютс  на быстродействии схемы, так запирание его транзисторов 21 и 22 происходит при запертом состо нии силового транзистора 8.

5 Следовательно, включение и выключение силового транзистора выполн ютс  при помощи довольно коротких импульсов управлени , которые могут быть существенно меньше по длительности, чем рабочие полупериоды работы схемы преобразовател .

Таким образом, мощность, потребл ема  от схемы управлени , существенно снижаетс , что в наибольшей степени про вл етс  при использовании силовых транзисторов с малыми коэффициентами усилени . Это дает возможность уменьшить энергопотребление схемы управлени , снизить мощность потерь и улучшить массога- баритные характеристики за счет исполнени  схемы в виде гибридной или монолитной ИС. Этим расшир ютс  функциональные возможности применени  схе- мы преобразовател  посто нного напр жени .

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовой трансформатор с вторичной обмоткой, соединенной через выпр митель и фильтр с выходными выводами, первичной обмоткой , подключенной через силовой транзистор к входным выводам, дополнительной обмоткой с отводом от средней точки, соединенной с эмиттером силового транзистора , причем начало дополнительной обмотки через первый резистор подключено к аноду первого диода, а ее конец через второй резистор - к катоду второго диода, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  мас- согабаритных показателей, введен первый двухтранзисторный эквивалент тиристора, силовым входным выводом соединенный с катодом первого диода, а силовым выходным выводом - с базой силового транзистора и с силовым входным выводом введенного второго двухтранзисторного эквивалента тиристора, силовым выходным выводом подключенного к аноду второго диода , причем между управл ющим выводом первого двухтранзисторного эквивалента

   тиристора и его силовым выходным выводам включен выключающий транзистор, база которого соединен с выводом дл  подачи выключающего сигнала, а управл ющий вывод второго двухтранзисторного эквивалента

   тиристора через введенную дифференцирующую цепочку соединен с катодом первого диода.
2. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что первый и второй двухтранзисторные эквиваленты тиристора выполнены на двух бипол рных транзисторах различного типа проводимости, где эмиттер p-n-p-транзистора образует силовой входной вывод, а эмиттер n-p-n-транзистора силовой выходной вывод, причем база каждого транзистора одного типа проводимости соединена с коллектором транзистора другого 1ипа проводимости, параллельно базоэмиттерным переходам каждого транзистора подключен шунтирующий резистор , база rt-p-n-транзистора образует управл ющий вывод двухтранзисторного эквивалента тиристора.
3. 3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- чающийс  тем, что, с целью повышени 

   надежности путем активного запирани  силового транзистора, введены последовательно соединенные запирающие резистор и диод, катод которого подключен к аноду первого диода, а анод через запирающий резистор соединен с базой силового транзистора .

   $0

   t,,,

   j I L- P.K. л

   ±Г

   341

   35 f

   t.

   --t

   f