SU663041A1 - Стабилизированный конвертор - Google Patents

Description

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР

I

Изобретение относитс  к промышленной радиоэлектронике и может найти применение в источниках электропитани  средств вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры.

Известные конверторы, содержащие трансформатор тока, поддерживающий в насыщении силовой транзистор, имеют существенные потери в цепи управлени , что снижает их КПД 1, 2.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  стабилизированный конвертор , содержащий двухтактный усилитель мощности на транзисторах с индивидуальными трансформаторами тока в цепи положительной обратной св зи, входом соедиНенный с выводами дл  подключени  питающего источника, а выходом с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторична  обмотка которого через выпр митель с фильтром соединена с выводами дл  подключени  нагрузки к которым подсоединен вход узла управлени , а выходы последнего соединены с базами управл ющих транзисторов , у которых коллектор через резистор подключен к соответствующему концу обмотки управлени  соответствующего трансформатора , тока, а эмиттеры объединены и соединены с одним из выводов вспомогательного источника питани , другой вывод которого св зан с другим концом каждой из обмоток управлени  3.

В известном конверторе решен вопрос улучшени  регулировочных характеристик без существенного увеличени  потерь в цеп х управлени , уменьшены динамические потери в силовых транзисторах усилител  мощности за счет работы управл ющих транзисторов в режиме параметрического стабилизатора тока.

Однако известному конвертору присущи некоторые недостатки, к которым следуетотнести:

Claims (1)

1. а) некоторое увеличение общих потерь в цеп х управлени  и возрастание мощности рассе ни  на управл ющем транзисторе, поскольку ток стабилизации параметрического стабилизатора выбираетс  равным максимальному намагничивающему току в обмотке .управлени  трансформатора тока, соответствующему границе линейной области петли намагничивани  сердечника, и при окончании процесса обратного перемагничивани  за врем  меньще половины периода, В течение остального времени до конца полупериода , включа  врем  паузы, в цепи обмотки управлени  течет максимальный ток; в результате чего общие потери в цепи увеличиваютс  и значительна  часть их приходитс  на транзистор параметрического стабилизатора , работающего в линейном режиме значительную часть периода; б) необходимость увеличени  н апр жени  дополнительного источника питани  дл  обеспечени  обратного перемагничивани  сердечника трансформатора тока с учетом дополнительного падени  напр жени  на токозадающем резисторе стабилизатора тока, что также вызывает возрастание потерь управлени . Цель изобретени  - повышение КПД конвертора путем уменьшени  потерь в цеп х управлени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в стабилизированный конвертор, содержащий двухтактный усилитель мощности на транзисторах с индивидуальными трансформаторами тока в цепи положительной обратной св зи, входом соединенного с выводами-дл  подключени  питающего источника, а выходом - с первичной обмоткой выходного трансформатора , вторична  обмотка которого через выпр митель с фильтром соединена с выводами дл  подключени  нагрузки, к которым подсоединен, вход узла управлени , выходы последнего соединены с базами уп-. равл ющих транзисторов, у которых коллектор через резистор подключен к соответствующему концу обмотки управлени  соответствующего трансформатора тока, а эмиттеры объединены и соединены с одним из выводов вспомогательного источника питани , другой вывод которого св зан с другим концом каждой ИЗ обмоток управлени , снабжен конденсаторами и элементами запуска, причем упом нутый другой конец обмотки управлени  каждого трансформатора тока соединен с объединенными эмиттерами управл ющих транзисторов через конденсатор и с другим выводом вспомогательного источника через элемент запуска. При этом в качестве элемента запуска может быть использован либо стабилитрон, либо диод, анодом подключенный к выводу вспомогательного источника, либо резистор, либо управл емый ключ. На фиг. I .приведена принципиальна  электрическа  схема стабилизированного конвертора; на фиг. 2 показаны эпюры токов и напр жений, иллюстрирующие его работу , на фиг. 3 приведены кривые намагничивани  сердечников трансформаторов тока. Стабилизированный конвертор содержит двухтактный усилитель мощности 1. включающий в себ  силовые транзисторы 2, 3 С индивидуальными трансформаторами тока 4, 5, с обмотками управлени  соответственно 6, 7; выходной трансформатор 8; выпр митель 9; сглаживающий фильтр Ш; узел управлени  II, включающий в себ  задающий генератор 12, источник опорного напр жени  13, щиротно-импульсный модул тор 14, триггер 15, формирователь управл ющих импульсов 16, схемы совпадени  17, 16; управл ющие транзисторы 19, 20; токоограничительные резисторы 21, 22; конденсаторы 23, 24; элементы запуска 25, 26; вспомогательный источник питани  27. Стабилизированный конвертор работает следующим образом. Задающий генератор 12 генерирует короткие треугольные импульсы, управл ющие по счетному входу триггером 15, работающим в режиме делител  частоты, и пилообразное напр жение, поступающее на один из входов щиротно-импульсного модул тора (ШИМ) 14. На другие входы ШИМ поступает выходное напр жение конвертора и опорное напр жение от источника 13. В результате сравнени  суммы пилообразного и выходного напр жени  с опорным напр жением с выхода ШИМ на вход фор.мировател  управл ющих импульсов 16 поступают трапецеидальные импульсы. В формирователе 16 из трапецеидальных импульсов формируютс  пр моугольные импульсы, поступающие затем на объединенные входы схе.м совпадени  17, 18, на другие входы которых с выхода триггера 15 подаютс  сдвинутые друг относительно друга на 180° последовательности импульсов. С выходов схем совпадени  17, 18 на базы управл ющих транзисторов соответственно 20, 19 поступают сдвинутые на 180° друг относительно друга последовательности щиротно-модулированных импульсов. Транзисторы 19, 20 переключаютс  и через обмотки управлени  6, 7 трансформаторов тока 4, 5 управл ют работой силовых транзисторов 2, 3 усилител  мощности 1 таким образом, что выходное напр жение конвертора поддерживаетс  на заданном уровне независимо от внешних дестабилизирующих воздействий. Рассмотрим установившийс  режим работы конвертора, когда транзисторы 19 и 3 закрыты, транзистор 20 открыт и рабочий импульс тока проходит через силовой транзистор 2 усилител  мощности 1. При этом напр жение на .конденсаторе 23 равно (фиг. 2, г), на переходе база-эмиттер транзистора 20 действует напр жение U (фиг. 2, б), а в базу через обмотку 28 трансформатора тока 4 поступает ток (фиг. 2 в). В мо.мент i-t (управл ющий транзистор 21 открываетс  и через обмотку управлени  6 трансформатора тока 4 проходит импульс тока (фиг. 2 а), амплитуда которого определ етс  напр жением UQ на конденсаторе 23 и сопротивлением резистора 21. В базу транзистора 2 поступает обратный импульс тока i (у(фиг. 2б). В результате резко ускор етс  процесс рассасывани  неосновных носителей в базе транзистора 2, заканчивающийс  в момент tj. после чего измен етс  пол рность напр жени  на обмотках трансформатора и к базе транзистора 2 прикладываетс  обратное напр жение LUn За врем  рассасывани  конденсатор 23 разр жаетс  до напр жени  Ucj- В момент t начинаетс  процесс обратного перемагничивани  сердечника трансформатора тока 4. На интервале tz - Ь транзистор 21 работает в инверсном режиме и намагничивающий ток обмотки 6 трансформатора 4 подзар жает конденсатор 23 до напр жени  U В момент 1з намагничивающий ток измен ет свое направление и на ингервале tj - t. происходит разр д конденсатора 23 до напр жени  Uc3- В момент t транзистор 19 запираетс , в базу транзистора 2 поступает ток и через транзистор 2 проходит очередной рабочий Импульс тока. Если в течение рабочего импульса перемагничивание сердечника трансформатора тока 4 происходит на участке а-б-д петли гистерезиса (фиг. 3, а), то обратное перемагничивание идет н-а участке д-е-а, что соответствует линии «К на фиг. 2, а. Если пр мое перемагничивание происходит на участке а-б-в, а обратное - на участке в-г-а, что имеет место при низком напр жении база-эмиттер транзистора 2 или малом токе нагрузки, то ток. в обмотке управлени  10 соответствует линии «т на фиг. 2, а, т. е. подпитка конденсатора 23 происходит меньщим током и напр жение на нем устанавливаетс  более низким, достаточным дл  обратного перемагничивани  сердечника . Если же пр мое перемагничивание идет на участке а-б-ж, а обратное - на участке ж-з-а, что соответствует линии «п на фиг. 2, а, что имеет место при высоком напр жении база-эмиттер транзистора 2 и максимальном токе нагрузки, то в каждом цикле на подзар д конденсатора поступает больще энергии и напр жение на нем устанавливаетс  более высоким, достаточным дл  обратного перемагничивани  сердечника трансформатора тока. Рассмотрим переходный процесс установлени  напр жени  на конденсаторах 23, 24 при включении. При включении стабилизированного конвертора имеет место задержка, обеспечивающа  начало работы узла управлени  1I после того, как напр жение вспомогательного источника 27, питающего цепи управл ющих транзисторов и узла управлени , достигает номинального значени . При этом в обмОтки управлени  6, 7 трансформаторов тока 4, 5 от вспомогательного источника 27 через элемент запуска протекает намагничивающии ток lyi, который при запирании управл ющих транзисторов 19, 20 трансформируетс  в базовые обмотки 28, 29 транзисторов 2, 3 обеспечива  начало их лавинообразного включени . Данный ток соответствует точке «а на петле намагничивани  трансформатора тока (фиг. 36). Напр жение на конденсаторах 23, 24 в основном определ етс  падением напр жени  на резисторах 21, 22 создаваемом током tji, и может быть небольшим. При запирании управл ющих транзисторов 19, 20 включаютс  силовые транзисторы 2, 3 и пропускают рабочий импульс тока длительностью, равный половине периода. При этом сердечник трансформатора тока п1:ремагничиваетс  на участке петли а-н-б (фиг. 3,6). Однако величина напр жени  на конденсаторах 23, 24 недостаточна дл  обратного перемагничивани  сер дечника с возвратом к рабочей точке «а и обратное перемагничивание сердечника за следующие пол периода произойдет на участке а-в, а напр жение на конденсаторах 23, 24 получит приращение за счет тока намагничивани  сердечника. В течение следующего цикла длительность рабочего импульса тока будет меньще длительности полупериода , поскольку сердечник, перемагничива сь попадает в точкуР, (фиг. 36) и происходит лавинообразный процесс выключени  силового транзистора. В течение вре.мени обратного перемагничивани  напр жение на конденсаторах 23, 24 получает новое приращение . Таким образом за несколько циклов напр жение на конденсаторе достигает величины , достаточной дл  обратного перемагничивани  сердечника, рабочий участок петли смещаетс  вниз и в конечном итоге устанавливаетс  рабочий цикл а-б-д-е (фиг. 3, а), соответствующий установивщемус  режиму работы конвертора. Напр жение на конденсаторах 23, 24 становитс  таким, что выполн етс  неравенство где UCT- напр жение стабилизации стабилитрона элементов запуска 25, 26, UB - напр жение вспомогательного источника 27, Uc - напр жение на конденсаторах 23, 24, т.е. в. установившемс  режиме элемент запуска отключает управл ющие обмотки 6, 7 трансформатора тока от источника 16. Формула изобретени  1. Стабилизированный конвертор, содержащий двухтактный усилитель мощности на транзисторах с индивидуальны.ми трансформаторами тока в цепи положительной обратной св зи, входом соединенного с выводами дл  подключени  питающего источника, а выходом - с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторична  обмотка которого через выпр митель с фильтром соединена с выводами дл  подключени  нагрузки, к которым подсоединен вход узла управлени , выходы последнего соединены с базами