SU675555A1 - Двухтактный конвертор - Google Patents

Description

(54) ДВУХТАКТНЫЙ КОНВЕРТОР

В данномконверторе длительность перемагничивани  дроссел  не зависит от технологического разброса транзисторов по пр мому напр жению эмиттерных переходов и имеетс  возмржнрсть симметрировать работу плеч конвертора переменным резистором. Однако он имеет следующие недостатки: относйтеЖйа  сложность схемы, относительно узкий диапазон регулировки по устранению асимметрии, недостаточна  устойчивость отсимметрированного состо нн .

Относительна  сложность схемы обусловлена введением еще по одной дополнительной об MOtKe на трансформатор и дроссель резнсторно-диодной цепочки.

Недостаточна  устойчивость отсимметрированнрго состо ни  в данном конверторе объ сн етс  тем, что в нем ле предусмотрены меры по автоматическому устранению асШйбтрйй;во никающей при изменении тока нагрузки и температуры окружающей среды.Эта асимметри  возможна из-за различногбзакона изменени  времени рассасывани  избыточных носителей транзисторов при изменении их коллекторных токов и температуры окружающей среды.

Целью изобретени   вл етс  упрощение схемы и расширени  диапазрна регулировки при однрвременном устранении асимметрии, а также повышение устойчивости отсимметрированного

; состо ни . .,,..-.-------- v --- Этр достигаетс  тем, что конвертор содержит мост, оДно плечо которого образовано транзисторами , а другое конденсаторами, трансформатор , первична  обмотка которого включена в диагональ моста, а вторична  подсоединена через выпр митель и емкостный фильтр к вы , . - :-: : : ,.:,;;, . .„...Л. жлг..

ходнЫМвыводам, обмотка положительной обратг ной св зи, подключенные через базовШГрёзисторы к базозиййттерньтм пербходш трШзйсторда, двухобмоточный частотозадающий индуктивный злемент, обмоткн кот6рбГбсв зШЫ чгереэг разделительные диоды и дрпо.г1нительнь1е обмотки трансформатора с указанными базо-змиттерными переходами, а параллельно первичной обмотке трансформатора включен конденсатРр, а кажда  рбмотка индуктивнрго элемента св зана с резистором; ПричШ, по Меньшей шре, РДйн из них  вл етс  регулируемым.

Кроме того указанна / свйзь осуществлена через два дополнительно введенйьгхрезйстЬра, каждый из который включен поСЛедр)8ательно с обмоткой упом нутого йщ1уктйвного злемента.

При использовании в конверторе транзисторрв с пасивным запиранием в качестве базовых резисторов использованы потенциометры, средшб выводы котррых через упом нутые разделительные диоды и обмоткн дроссел  подключены к эмиттерйм транзисторов соответствующих ТЙШт вёртораГ -..--

При испрльзовании в конверторе транзисторов с активным запиранием обмотки индуктивного элемента размещены на двух сердечниках, а конвертор снабжен дополнительными диодами, J каждый из которых одним концом соединен с общей точкой соединени  одного вывода соответствующей обмотки индуктивного элемента и разделительного диода, а другим - через введенный резистор и упом нутую дополнительную 10 .обмотку с другим выводом обмотки индуктивного злемента.

На фиг. 1-4 представлены варианты двух тактного конвертора.

Двухтактный конвертор (см. фиг, 1) содержит

5 конденсаторы 1 и 2, транзисторы 3 и 4, образующие транзисторнр-емкрстной мост, конден-. сатор 5, повышающий устойчивость отсимметрированного состо ни , трансформатор 6, имеющий первичную обмотку 7, вторичную обмотку 0 8, подсоединённую к выпр мителю 9 с емкостным фильтром j О, рбмртки полржитепьной 11 и 12 обратной св зи, содержащее по одинаковРМу 4HcJty витков и подключенные через резисторы 13 н 14 к эмиттерным переходам тран5 зисторов, две одинаковые доподнительные обмотки 15 и 1, частотозадающий индуктивный элемент 17 с обмотками 18 и 19 (выполненный в виде дроссел  на одном сердечнике), разделительные диоды 20 и 21, дополнительно 0 ввеДёННь1е ёзйсторы 22 и 23, диоды 24 и 25, защищающие змиттерные переходы транзисторов от пробо  обратным напр жением,

Обмотки 11, 12, 15 и 16 целесообразно выбирать одинаковыми и амплитуда напр жени  5 на каждой из них должна быть в 8-10 раз больше чем максимально возможное пр мое напр жение эмиттерного перехода транзисторов, что обусловлено стремлением избавитьс  от вли га  на работу конвертора технологического 0 разброса транзисторов по указанному напр же нию.

Рассмотрим процессы, происход щие в конверторе по фиг. 1, без учета вли ни  конденсатора 5, Допустим, что транзистор 4 открыт. Тогда 5 обмотка 7 подключена через открытый транзистор к конденсатору 2, под действием напр жешй котррого сердечник трансформатора 6 перемегничиваетс . Транзистор 4 открьгг током, протекающим через его эмиттерный переход от обQ мотки 12 через резистор 14, а транзистор 3 запрет пр мым напр жением диода 24, вызванным Протекающим через него током от обмотки 11 через рГёЭйстор 13, Сердечник дроссел  17 перемагниодваетс ; под действием напр жени , обмотки 16, подключенной к обмотке 19 через эмиттерный переход транзистора 4, дирд 21 и резистор 23. Цепь обмотки 18 разорвана диодом 20, который sanept суммарным напр жением обмрток 15( 18 и диода 24. Врем  перемагничивани  сердечника дроссел  .17 всегда должно быТ1ь меньше времени перемагничивани  сердечника TjpaffccJrapMaTOpa 6. НВ момент насыщени  сердечника дроссел  через эмиттерный переход транзистора 4 от обмотки 16 начинает протекать ток, ограниченный резистором 23, и вызывающий запирание транзистора 4. Мен етс  пол рность напр жений на обмотках трансформатора. Открьшаетс  транзистор 3, подключа  обмотку 7 к конденсатору I, под действием напр жени  которого сердечник трансформатора перемагничиваетс  в противоположном направлении. Диод 21 запираетс , разрыва  цепь обмотки 19, а диод 20 открьшаетс , подкл юча  обмотку 18 через эмиттерный переход транзистора 3 и резистор 22 к обмотке 15, под действием напр жени  которой сердечйик дроссели такжв перемагничиваетс  в противополбжном направлении. Далее процессы в конверторе проход т как и при открытом транзисторе 4. Максимальна  величина сопротивлени  резистора 23 выбираетс  равной сопротивлению резистора 14, а величина сопротивлени  реэисто|ра 22 - в 2-3 раза меньше. i Симметрирование плеч конвертора осуществл етс  резистором 23. С увеличением его сопр тивление уменьшаетс  напр жение обмотки 19 и ток, запирающий транзистор 4, что приводит к увеличению длительности полупериода преобразовани  со стороны транзистора 4 за счет возрастани  времени рассасывани  избыточных носителей последнего и времени перемагничивани  сердечника дроссел  17. С уменьшением сопротивлени  резистора 23 наблюдаетс  противоположное  вление. Рассмотрим вопросы, св занные с применением конденсатора 5. В предлагаемом конверторе данный конденсатор используетс  с целью повышени  устойчивости отсик метрированного состо ни , т.е., с поКющью конденсатора 5 автоматически устра н етс  асимметри  в конверторе, вызванна  изменением его тока нагрузки, температуры окружающей среды. Механизм устранени  асимметрии в конвёрто ре конденсатором 5 следующий. Допустим, что транзистор 4 включен и длительность его вклю ченного состо ни  (с учетом времени рассасьта ни ) больше, чем у тра зистора 3. Пока сердечник дроссел  17 не насыщен, конденсатор 5 зар жен до амплитудного значени  напр жени  обмотки 7 и на работу конвертора не оказывает вли ни . В момент насыщени  сердечника дроссел  17 в цепь базы транзистора 4 чере диод 21 поступает запирающий импульс тока. В тарнзисторе 4 происходит процесс рассасьшани  избыточных носителей, сопровождающийс  малым увеличением коллекторного напр жени  и уменьшением напр жений на обмотках рансформатора. Если учесть, что при переклюении транзистора нййрйжеше на конденсаторе 10 практически не мен етс , то вс кое незнаительное , уменьшение напр жени  на обмотке 8 вызьшает резкое уменьшение тока вьшр мите  9. Как только напр жение на обмотке 8 меньшитс  на величину, равную пр мому нар жению выпр мител  9, последний запираетс , отключа  цепь нагрузкиот Конденсатора. алее трназистор 4 беспреп тствейно закрываетс , а Сердечник. 1рансформатора 6.-продолжает перемагничиватьс  в первоначальное направпении под действием энергии зар женного конценсатора 5 до тех пор, пока напр жение на Последнем не станет равйьш нулю. Затем прекращаетс  рост магнитного потока в сердечнике трансформатора, мен етс  Пол рность напр жений на его обмотке иначинаетс  зар д противоположной пол рности конденсатора 5 знергией , накопленной трансформатором 6. Но так как напр жение на обмотке 11 пропорционально величине напр жени  на конденсаторе 5, то по мере его зар да приоткрьшаетс  транзистор 3, осуществл   частичный его зар д энергией входного источника. 13 момент окончани  зар да конденсатора 5 полностью открьшаетс  транзистор 3, подключа , обмотку 7 к конденсатору 1, в результате чего сердечники трансформатора и дроссел  перемагничиваютс  в противоположном направлении, конденсатор 5 оп ть не оказывает вли ни  на работу конвертора , пока сердечник дроссел  не насыщен. После его насыщени  запираетс  транзистор 3, а сердечник трансформатора продолжает перемагничиватьс  Б неизменном направлении под действием приложенного к обмотке 7 напр жени  на конденсаторе 5. Только теперь во времени этот процесс идет дольше, ибо в момент запирани  транзистора 3 Ток намагничивани  трансформатора,имел меньшую величину, чем в момент запирани  транзистора 4, т.е. происходит автоматическое симметрирование работы плеч конвертора. В Варианте конвертора, представленном на фиг. 2, не используютс  дополнительные обмотки трансформатора 6, и элементом, позвол ющим устранить асимметрию,  вл етсй базовый резистор 14. Конструктивно резистор 13 выполн етс  из двух одинаковых резисторов, соединенных последовательно. В отличие от рассмотренного, в данном варианте конвертора при открытом транзисторе 4 сердечник дроссел  17 перемагничиваетс  под действием приложенного k обмотке 19 через диод 21 напр жени , равного разности напр жений на обмотке 12 и на часта резистора 14. В это врем диод 20 заперт, напр жением, равным сумме напр жешй на обмотках П и 18 . за вьиетом половины напр жени на резисторе 13. При насыщении сердечника дроссел  ток обмотки 12 замыкаетс  через обмотку 19, в результате ток эмиттерного перехода транзистора 4 близок к нулю, что приводит к запиранию последнего и т. д. При движении ползунка резистора 14 влево напр жение на обмотке 19 уменьшаетс , поэтому увеличива.етс  длительность состо ни  транзистора 4, а при движении его вправо наблюдаетс  противоположное  вле-ние . Дост6)1нствами конвертора,, изображенного m фиг. 2,  вл ютс  простота схемы и широкий диапазон регулировки по устранению асимметрии . Но его мохшо выполнить на транзисторах, у которых при пассивном запирании врем  рас сасьшани  избыточных носителей не превышает 15% от периода преобразовани . В вариант конвертора на фиг. 3, в отличие от изображенного на фиг. 1, введены дополнительными диодами 26 и 27, а обмотки 18 и 19 индуктивного злемейта размещены на двух сердечниках 28 и 29. Рассмотрим особенности работы конвертора, представленного на фиг. 3. При открытом тран 1зисторе 4 через его эмиттерный переход и диод 21 к дросселю 29 приложено напр жение обмотки 16, под действием которого его сердечник перемагничиваетс  в пр мом направлении. В это же врем  сердечник дроссел  28 перемагничиваетс  в обратном направлении под действием напр жени  обмотки 15, J OДIcлючeннoй к дросселю через диод 26 и резистор 22. Сопротивление последнего должно быть таким, чтобы перемапшчивание сердечника дроссел  28 заканчивалось тогда, когда его магнитна  индукци  достигнет значени , соответствующего приблизительно середине-участка - Вf ;-B l петли гистерезиса материала сердечника (здесь Бр остаточна  индукци , В - индукци  насыщени ) Когда сердечник дроссел  29 насыщаетс , от обrj- . .. .. Т . мотки 16 через диод 21 следует мощный импуль тока, вызывающий интенсивное запирание транзистора 4. При открытом транзисторе 3 через его эмиттерный переход и диЬд 20 к Дросселю 28 приложено напр жение обмотки 15, а через диод 27 и резистор 23 к фосселю 29 .- напр жение обмотки 16, в результате чего сердечник первого дроссел  перемагничиваетс  в пр мом найравленин, а сердечник второго - в обратном направлении. Резистор 23 должен позвол ть в 1фоцессе регулировки устанавливать начальное значение магнитной индукции дроссел  29 в любой точке петли гистезйса между Е1 и-Вд. Вариант конвертора на фнг. 3 следует выполн ть , когда необходимо применить транзисторы, требующие интенсивное активное запирание и им ющее относительно большой разброс по времени рас;сасывани  избыточных носителей. При высоком входном напр жении 200-350 В в некоторых случа х необходимо применение мостового конвертора так как максимальное коллекторное напр жение его транзисторов, как и в полумостовом конверторе, не превышает величшо) входного напр жени , но в сравнении с последним при всех прочих равньгх услови х позвол ет на выходе в два раза большую моишость. Наиболее просто и рационально в нем реализовать идею по устранению асимметрии , примененную в полумостовом конверторе по фиг. 3.. Двухтактный конвертор, изображенный на фиг. 4, содержит четыре транзистора 3, 4, 30 и 31, включенных по схеме транзисторного моста; трансформатор 6, имеющий первичную обмотку 7, зашунтированную конденсаторам 5 и включенную в диагональ моста, вторичную обмотку 8, подсоединенную к выпр мителю 9 емкостным фильтром 10, четыре обмотки положительной обратной св зи 11, 12, 32 и 34, подключешше через резисторы. 13,. 14, 34 и 35 к эмиттерным переходам транзисторов, четыре дополнительных обмотки 15, 16, 36 и 37, две одинаковых двухобмоточных частотозадающих дроссел  17 и 38 с равным числом витков в каждой обмбтке, причем обмотки 18 и 19 дроссел  17 через дополнительные обмотки 15 и 37 и разделительные диоды 20 и 39 подключены к змиттерным переходам транзисторов 3 и 31 противополовых плеч.моста , а обмотка 40 и 41 дросееи  38 через дополнительные обмотки 36, 16 и разделительные диоды 42,. 21 - к эмиттерным переходам транзисторов 30 и 4; две цепочки, кажда  из ; которых состоит из диода 26 (27) и резистора 22. (23).. Рассмотрим основные особенности работы данного конвертора, св занные в основном с процессом перемагничивани  сердечников дроссе лей. При открытых транзисторах 30 и 4 сер„ V . ГТ -- - л дечник дроссел  38 перемагничиваетс  в пр мом направлении со стороны обмотки, подключенной к транзистору, имеющему меньшее пр мое напр жение змиттерного перехода. Так, Например, если транзистор 4 имеет меньшее значение указанного напр жени , то диод 42 заперт, а сердечник дроссел  38 перемагничиваетс  под действием напр жени  обмотки 16, подключенной к обмотке 41 через диод 21 и эмиттерный переход транзистора 4. В это же врем  сердечник дроссел  17 перемагничиваетс  в обратном направлении под действием напр жени  обмотки 37, приложенного к обмотке 19 через диод 26 и резистор 22. В мо .мент насыщени  сердечника дроссел  38 откры-. ваетс  диод 42 и через эмйттернще переходы транзисторов 30 и 4 проход т синхронно от эбмоток 36 и 16 , мощные импульсы тока, вызывающие интенсивное запирание указанных транзисторов. При открытых транзисторах 3 и 31 сердечник дроссел  17 перемагничиваетс  в пр мом направлении со стороны либо обмотки 18, либо обмотки 19, а сердечник дроссел  38 - в обратном направлении под действием напр жени  обмотки 16, подключе1шой к обмотке 41 через диод 27 и резистор 23. В остальном процессы, происход щие в данном конверторе, такие же, как ив конверторе по фиг. 3.:

Claims (4)

1.Двухтактный конвертор, содержащий мост одно плечо которогр образовано транзисторами, а другое конденсаторами, трансформатор, первична обмотка которого включена в диагональ моста, вторична  - через выпр митель и емкостньш фильтр подсоединена. к выходным выводам конвертора, а обмотки положительной обратной св зи - через базовые резисторы подключены к базо-змиттерным переходам соответствующих транзисторов, даухобмоточный частотозадающий индуктивный злемент, обмотки которого св заны через разделительные диоды

и дополнительные обмотки трансформатора с указанными базо-змиттерными переходами,О тличающийс  тем, что, с целью упрощени  схемы и расщирени  диапазона регулировки при одновременном устранении асимметрии , параллельно первичной обмотке трансформатора включен конденсатор, а кажда  обмотка индуктивного элемента св зана с резистором , причем по меньщей мере один из них  вл етс  регулируемым.

2.Конвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что указанна  св зь осуществлена

. Через два дополнительно введенных резистора, каждый из которых включен последовательно с обмоткой упом нутого индз стивного элемента.

3.Конвертор по п. 1; о т л и ч а ю щ и йс   тем, что при использовании в нем транзисторов с пассивным запиранием в качестве

. базовых резисторов использованы потенциометры , средние выводы которых через упом нутые разделительные диоды и обмотки дроссел  подключены к эмиттерам транзисторов соответствующих плеч конвертора.

4.Конвертор по п. 2, о т л и ч а ю щ и йс   тем, что, при использовании в нем транзисторов с активным запиранием обмотки индуктивного элемента размещены на двух сердечниках , а конвертор снабжен дополнительными диодами, каждый из которых одним концом ; соединен с общей точкой соединени  одного вывода соответствующей обмотки индуктивно- го элемента и разделительного диода, а другим - через один из введенных резисторов и упом нутую дополнительную обмотку с другим выводом обмотки индуктивного элемента.

Приоритет по п. 3 исчисл ть с 08.12.75, по П.4-С 23,02.76.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Радиотехника, 1968, т. 23, № 8,с. 66-69.

2.За вка № 2135686/07 от 20.05.75, по которой прин то рещение о выдаче авторского свидетельства.

3.За вка № 2166576/07 от 18.08.75, по которой прин то решение о выдаче авторского свидетельства.

3

(puz.f

./

5

Д

2

(

-CZh

/f:/

фиг.}