SU862341A1 - Преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к области элект ротехники, в частности к статическим преобразовател м напр жени , и может быть применено при разработке источников питани  электротехнических устройств малой и средней мощности.

Известны преобразователи напр жени  1 и 2, состо щие из двух транзисторов, выходного трансформатора с обмотками, включенными в коллекторные и базовые цепи транзисторов и врем задающего конденсатора , определ ющего длительность открытого jg (закрытого) состо ни  каждого из транзисторов , а следовательно, и частоту работы преобразовател .

Такие устройства просты в схемном исполнении , достаточно технологичны в производстве , так как имеют лищь один трудоем- is кий в изготовлении элемент - транс(орматор , и обеспечивают облегченный режим работы транзисторов и трансформаторов за счет перемагничивани  его сердечника по частному циклу, а не по полной петле кривой намагничивани .20

Основной недостаток преобразователей этого типа, ограничивающий максимальную выходную мощность и максимальную выходную частоту (даже при использовании высокочастотных транзисторов), обусловлен значительными потер ми в транзисторах на переключение.

Известно, что процесс переключени  транзисторов в таких преобразовател х начинаетс  открыванием запертого, что вызывает рост коллекторного тока в обоих транзисторах до величины, когда открытый транзистор выходит из насыщенного состо ни . После этого начинаетс  регенеративный процесс опрокидывани . В результате каждый момент переключени  сопровождаетс  значительными всплесками коллекторных токов, причем у запирающегос  транзистора этот всплеск сопровождаетс  переходом транзистора из режима насыщени  в активный и запирани  его в этом режиме, т. е. со значительными выделени ми мощности потерь в эти моменты. С ростом выходной частоты эти потери мощности станов тс  недопустимыми.

Исключение составл ет преобразователь напр жени  3, в котором запирание открытого транзистора происходит за счет экспоненциального снижени  базового тока. Однако данный преобразователь напр жеи  имеет р д других недостатков: сущестенна  зависимость частоты генерации от нагрузки и коэффициента усилени  транзисторов , наличие подмагничивани  выходного трансформатора при неравенстве коэффициентов усилени  транзисторов, а также возможность насыщени  выходного трансформатора при отсутствии нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  преобразоваель напр жени  4, содержащий силовые ранзисторы, коллекторы которых подключены к первичной обмотке выходного трансорматора , средн   точка которой подклюена к одному из входных выводов, эмиттеры присоединены к второму входному выводу, а базы св заны между собой через послеовательную цепь, состо щую из конденсатора и одной из вторичных обмоток выходного трансформатора, врем задающие резисторы присоединены к концам этой цепи, а также св заны с обмоткой управлени .

Данный преобразователь напр жени  имеет более простое схемное построение по сравнению с известными устройствами 11/2, а также лишен недостатков устройства 3, однако коммутационные потери мощности при переключении транзисторов в нем велики по указанной выще причине. Это  вление, в конечном счете, выражаетс  в увеличенных габаритах и массе преобразовател  напр жени .

Цель изобретени  - улучшение массогабаритных показателей преобразовател  напр жени  за счет снижени  коммутационных потерь мощности в силовых элементах.

Эта цель достигаетс  тем, что в преобразователь посто нного напр жени  4 введены два транзистора и два диода, причем силова  цепь транзистора присоединена параллельно управл ющему переходу соответствующего силового транзистора, и между базами транзисторов включена выщеуказанна  цепь из врем задающего конденсатора и одной из вторичных обмоток трансформатора с врем задающими резисторами по концам этой цепи, а необъединенные выводы врем задающих резисторов присоединены через диоды к концам обмотки управлени , имеющей среднюю точку, подключенную к второму входному выводу.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема преобразовател  напр жени .

Преобразователь содержит силовые транзисторы 1, 2, выходной трансформатор 3 с двум  первичными 4, 5 и двум  вторичными 6, 7 обмотками; маломощные транзисторы 8, 9, резисторы 10, 11, врем задающий конденсатор 12, врем задающие резисторы 13, 14, диоды 15, 16, входные выводы 17, выходные выводы 18 нагрузки.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы напр жений и токов на основных элементах преобразовател  напр жени , где

f. - напр жение на врем задающем конденсаторе;

1/1 - напр жение на переходе коллекторg эмиттер силового транзистора 1 (2); tif - ток базы силового транзистора 1 (2);

|7|(й- напр жение на переходе база-эмиттер

g маломощного транзистора 8 (9); )-ток базы маломощного транзисто ра8(9); Т - период автоколебаний; Atn. - длительность переключени  маломощных транзисторов;

tj - длительность задержки при запирании

силового транзистора. Первичные обмотки 4, 5 трансформатора 3 периодически подключаютс  к источнику посто нного напр жени  17 силовыми транзисторами 1., 2. Коллекторные и базовые выводы силовых транзисторов св: заны между собой по перекрестной схеме через резисторы 10, 11. Управление силовыми транзисторами осуществл етс  с помощью двух

маломощных транзисторов 8, 9, подключенных параллельно переходу база-эмиттер соответствующего силового транзистора 1 (2). Между базовыми выводами маломощных транзисторов подключены последовательно

соединенные врем задающий конденсатор 12 и одна из вторичных обмоток 6 трансформатора . Дл  обеспечени  перезар да врем задающего конденсатора предусмотрена втора  вторична  обмотка управлени  со средней точкой, полуобмотки которой через диоды 15(16) и врем задающие резисторы 13(14) присоединены к базам транзисторов 8 (9). Средн   точка обмотки 7 объединена с эмиттерами всех транзисторов.

работа устройства происходит следующим образом.

При подаче питающего напр жени  от источника 17 по базам силовых транзисторов 1, 2 начинают протекать токи, величина которых ограничиваетс  резисторами 10, 11. Транзисторы 8, 9 закрыты из-за отсутстви 

напр жени  на вторичных обмотках 6 и 7 трансформатора 3. Силовые транзисторы приоткрываютс , подключа  обмотки 4, 5 трансформатора к источнику посто нного напр жени  17. Ввиду существующего разброса частотных характеристик один из транзисторов приоткрываетс  раньще другого. В результате к обмоткам 4, 5 прикладываетс  асимметричное напр жение и трансформатор начинает перемагничиватьс . На его вторичных обмотках наводитс  напр жение, пол рность которого выбрана (за счет соответствующего подключени  концов вторичных обмоток) таким образом, что напр жение на обмотке 6, воздейству  на базовые цепи маломощных транзисторов 8, 9, способствует возникновению больщей асимметрии напр жени  на обмотках 4, 5. При этом один из маломощных транзисторов открываетс , запира  по цепи базы тот силовой транзистор, который был менее приоткрыт.

Описанный процесс носит регенеративный характер, т. е.  вл етс  кратковременным . В результате один из силовых транзисторов , например транзистор 1, оказываетс  открытым, а другой - закрытым. В соответствии с прин тым условием маломощный транзистор 9 открыт напр жением, наводимым на вторичных обмотках 6, 7 трансформатора , а маломощный транзистор 8 закрыт.

По окончании регенеративного процесса включени  начинаетс  перемагничиванйе сердечника трансформатора 3 напр жением, приложенным к его обмотке 4, и зар д врем задающего конденсатора 12 током по цепи: полуобмотка 7 трансформатора 3, диод 15, врем задающий резистор 13, обмотка 6, конденсатор 12 и переход базаэмиттер транзистора 9, насыща  последний. В свою очередь, открытый транзистор 9 своим низкоомным переходом коллектор-Эмиттер надежно шунтирует переход база-эмиттер силового транзистора 2, способству  его надежному запиранию. Конденсатор зар жаетс  до тех пор, пока напр жение на нем по величине не сравн етс  с напр жением на обмотке 6. В этот момент начинаетс  коммутаци  тока из цепи базы открытого транзистора 9 в цепь базы закрытого транзистора 8. По вивщимс  током i 8 транзистор 8 открываетс  и щунтирует переход база-эмиттер силового транзистора 1, а транзистор 9 закрываетс .

Однако вследствие избыточности носителей в базовой области транзистора 1, он остаетс  открытым некоторое врем  t 3 после отпирани  транзистора 8 до полного их рассасывани . Затем транзистор 1 лавинообразно закрываетс , на его коллекторе по вл етс  напр жение, которое благодар  закрывшемус  транзистору 9 прикладываетс  через резистор 10 к переходу база-эмиттер транзистора 2.

В результате обмотка 4 трансформатора оказалась отключенной от источника 17, а обмотка 5 - подключенной к нему. Сердечник трансформатора перемагничиваетс  в обратную сторону, а на его обмотках пол рность напр жени  измен етс  на обратную. Состо ние транзисторов 8 и 9 при этом не измен етс , только на базе закрытого транзистора 9 увеличиваетс  запирающее напр жение до величины, равной сумме напр жений на обмотке б и конденсаторе 12, который теперь перезар жаетс  по второй цепи: полуобмотка 7, диод 16, врем задающий резистор 14, конденсатор 12, обмотка 6 и переход база-эмиттер транзистора 8.

По истечении времени, рав«ого полупериоду выходной частоты преобразовател , напр жение на конденсаторе, изменив свой знак, вновь достигает величины, равной напр жению на обмотке 6. В результате по вл етс  и растет по величине ток %, а ток if уменьшаетс  до нул . Транзистор 9

открываетс , а транзистор 8 запираетс . Затем после рассасывани  носителей запираетс  транзистор 2, а под действием его коллекторного напр жени  через резистор 11 (транзистор 8 закрыт) по переходу базаэмиттер транзистора 1 начинает п{Х)текать ток, который открывает его до состо ни  насыщени .

Произощло отключение обмотки В и подключение обмотки 4 трансформатора к источнику 17, т. е. схема прищла в первоначальное состо ние. Далее работа преобразовател  повторитс  в описанной последовательности .

Нагрузка 18 может быть подключена либо непосредственно к вторичной обмотке 7,

. либо к дополнительной обмотке трансформатора 3, если это необходимо по услови м гальванической разв зки.

В данном устройстве за счет введени  двух маломощных транзисторов и диодов и их соответствующего подключени  исклю0 чей режим одновременного отпирани  силовых транзисторов и св занный с ним всплеск их коллекторных токов в процессе переключени , имеющий место в известных устройствах с врем задающим конденсатором. Тем самым устранены дополнительные потери мощности в силовых транзисторах и выходном трансформаторе. Вследствие этого могут быть уменьшены габариты и вес радиаторов силовых транзисторов, а также габариты и вес трансформатора за счет

Q возможного увеличени  выходной частоты преобразовател .

Следует заметить, что отсутствие всплесков коллекторных токов благопри тно сказываетс  и на режиме работы источника 17, так как обеспечиваетс  более равномерный

5 ток нагрузки и устран ютс  дополнительные потери в сети от высших гармоник тока. Введение дополнительных транзисторов увеличивает коэффициент усилени  транзисторных ключей и позвол ет варьировать параметры врем задающей RC-цепи независимо от нагрузки с целью обеспечени  наивысшей термостабильности выходной частоты автоколебаний, а также с целью унификации схемы преобразователей дл  р да выходных мощностей.

Claims (4)

1.Ловущкин В. Н. Транзисторные преобразователи посто нного напр жени . М., «Энерги , 1967, с. 19 - 21.

2.Авторское свидетельство СССР № 194173, кл. Н 02 М 7/48, 1967.

3.Та же книга, с. 19, рис. 1 -13.

4.Авторское свидетельство СССР № 479243, кл. Н 03 К 13/02, 1973.

0 +

Фи&.1