Преобразователь постоянного напряжения

 

„SU„„1022272

COOS СОВЕТСНИХ

COUNV4

РЕСПУБЛИН

3(Я) Н 02 М 7/537

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬ1ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

L" (21) 3347390/24-07 (22) 20.1 0.81 (46) 07.06.83. Бю . И 21 (72) P. Ю. Белчевски: и В. Д. Гулый (71 ) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия .Великой

Октяррьской социалистической революции (Я ) 621,314.SS(088,8) (56) I Авторское свидетельство СССР

l 741398, кп. н 02 м 7/537, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3347793, кл. Н 02 М 7/537, 1981. (54) 57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, соединенным с управляющим входом каж-, дого иэ транзисторов двухтактного усилителя мощности с трансформатор.-, ным выходом через последовательно соединенные базовые резистор и диод, зашунтированные обратно включенным диодом, причем коллектор каждого транзистора через последовательно соединенные первый диод, одну иэ обмоток двухобмоточ" ного насыщающегося трансформатора и второй диод подкяючен к точке сое. динения базовых резистора и дио.да, а точка соединения второго диода и обмотки насыщающегося трансформатора подсоединена к одному из выводов первого резистора, о т л ич а ю щ.и и с я тем, что, с целью повыаения надежности за счет устра-. нения бросков тока в обмотке трансформатора блока управления, в него введена последовательная цепь, состоящая из вспомогательной вторичной обмотки трансформатора блока управления, третьего диода и второго резистора, один из концов которой подключен к выводу вторичной обмотки° грансформатора блока управления, связанному с эмиттером транзистора, и к одной из обкладок введенного конденсатора,а другой конец цепи подсоединен к второму выводу nepaoro Ю резистора и второй обкладке конденса- Ьв1 тора. hO

10222

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в стабилизированных преобразователях напряжения с широтно-импульсным регулированием. 5

Известен .инвертор, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, соединенный с управляющим входом каждого транзистора двухтактного усилителя мощности через последовательно соединенные базовые резистор и диод, шунтированные обратНо включенным диодом, причем коллектор каждого силового транзистора связан с точкой соединения базового резистора и диода через последовательно соединенные вспомогательный диод и обмотку насыщающегося трансформатора (1) .

Недостатком известного инвертора является низкий КПД из-эа эначитель- 20 ных потерь мощности на базовых резисторах, вызванных протеканием по ним тока намагничивания насыщающегося. трансформатора, входящего в цепь нелинейной обратной связи. 25

Кроме того, время перемагничивания трансформатора насыщения в разные полупериоды будет неодинаковым, что приводит к появлению дополнительной асимметрии в выходном напряжении, в результате чего возникает подмагничивание магнитопровода силового трансформатора, ведущее к увеличению тока намагничивания в один из полупериодов и перегрузке силовых тран35 зисторов.

Другим недостатком известного инвертора является его малая надейность, так как в момент насыщения сердечника насыщающегося трансформатора по обмоткам трансформатора блока управления протекает значительный по величине ток, приводящий к росту динамических потерь мощности.

Наиболее близким по технической

45 сущности к изобретение является устройство, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, соединенным с управляющим входом каждого из транзисторов двухтактного усилителя мощности с трансформаторным выходом через последовательно соединенные базовые резистор и диод, зашунтираранные обратно включенным диодом, причем коллектор, каждого транзистора через последовательно соединенные первый диод, одну иэ обмоток двухобмоточного насыщающего трансформатора и второй диод подключен к точке

72 2 соединения базовых резистора и диода, а точка соединения второго диода и обмотки насыщающегocR трансформатора подсоединена к одному из выводов первого резистора (2j .

Недостатком данного технического рещения является низкая надежность, обусловленная наличием бросков токов, протекающих по обмоткам трансформатора блока управления.

Цель изобретения - повышение надежности за счет уменьшения бросков токов, протекающих по обмоткам трансформатора блока управления, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, соединенным с управляющим входом каждого иэ транзисторов двухтактного усилителя мощности с трансформаторным выходом через последовательно соединенные базовые резистор и диод, зашунтированные обратно включенным диодом, причем коллектор каждого транзистора через последовательно соединенные первый диод, одну иэ обмоток двухобмоточного насы. щающего трансформатора и второй диод подключен к точке соединения базовых резистора и диода, а точка соединения второго диода и обмотки нааыщающего трансформатора подсоединена к одному из выводов первого резистора, введена последовательная цепь, состоящая из вспомогательной вторичной обмотки трансформатора блока управления, третьего диода и второго резистора, один из концов которой подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора блока управления, связанному с змиттером транзистора и одной из обкладок вверенного конденсатора,а другой конец цепи подсоединен к второму выводу первого резистора и второй обкладке конденсатора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь состоит из транзисторов 1 и 2, подсоединенных к выходному трансформатору 3, включенному в диагональ полумоста, образованного указанными транзисторами,и конденсаторами 11 и 5. Импульсы управления транзисторами снимаются со вторичных обмоток трансформатора насыщения (-В-), где В - индукция насыщения материала сердечника. В момент времени t+ на вторичной обмотке трансформатора .6 появляется управляющее напряжение с полярностью, которая для транзистора

1 является отпирающей, Транзистор t начинает отпираться и Ilo истечении времени t+, которое определяется частотными свойствами транзистора, переходит в состояние насыщения.

С момента t2 начинается перемагничивание сердечника насыщающегося трансформатока из состояния -В e состояние +В . Источником перемагничивающего напряжения является конденсатор 25, который в предыдущем полупериоде зарядился током, протекающим через обмотку 19, диод 21 и резистор

23 ° Величина напряжения на конденсаторе определяется количеством витков обмотки l9, На интервале перемагничивания индуктивное сопротивление обмотки насыщающего трансформатора для всех гармоник входного тока транзистора 1в велико и в цепи сопротивления 17 и обмотки 19 протекает ток намагничивания сердечника, имеющий

l весьма малую величину. В это время диод 14 заперт, цепь нелинейной ,отрицательной обратной связи оказывается разомкнутой,ток базы транзистора 1 равен входному току 1ц (фиг.2a) и транзистор 1 поддерживается в режиме насыщения. При этом напряжение между эмит.тером и коллектором транзистора 1 . равно U „(Фиг. 2в ). Транзистор 2 на интервале t-t заперт отрицао 2

TsJlbHbIM напряжением обмотки управления трансформатора Ь и напряжение на его коллекторе примерно равно напряжению источника питания (фиг,2г ) . На этом интервале происходит также заряд конденсатора 24, являющегося как и конденсатор 25 источником перемагничивающеt-o напряжения для трансформатора l5.

Параметры насыщения трансформатора выбраны так, что время его перемагничивания из состояния -В в состояние +В несколько меньше длительности отпирающего импульса тока (фиг,2а ) В момент времени t1 сердечник трансформатора 15 насыщается, индуктивное сопротивление его обмотки резко уменьшается, отпираются диоды

12 и 14 и начинает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной

3 1022272 4

6, входящего в оконченный каскад блока управления и через последовательно соединенные базовые резисторы 7 и 8 и базовые диоды 9 и 10 подаются на управляющие входы транзисторов усилителя мощности. К коллектору каждого транзистора подключены первые диоды 11 и 12, которые совместно со вторыми диодами l3 и

14, базовыми диодами 9 и 10 и одной из обмоток насыщающего трансформатора 15 образуют цепи нелинейной обратной связи. Первые резисторы 16 и

17 ограничивают ток перемагничивания. насыщающего трансформатора 15, д который выполнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и имеет две одинаковые обмотки W1 и

W2, разноименными концами включенные между. одноименными выводами базовых диодов и вторых диодов. Таким образом цепочка, состоящая из последовательно соединенных базового диода, первого и второго диодов и обмотки насыщающего трансФорматора, шунтирует коллекторно-базовый переход транзистора, К одному из выводов вторичной обмотки трансформатора блока управления подсоединена последовательная .м . 3Q цепь, состоящая из вспомогательнои вторичной обмотки 18 (19) трансформатора тока управления, третьего диода 20 (21),второго резистора 22(23), зашунтированная конденсатором 24 (25 ). При этом базовые резистор и диод зашунтированы обратными диодами 26 (27 ) .

Импульсы управления поступают в базовые цепи транзисторов 1 и 2 (форма импульсов базового тока транзисторов .l и 2 показана на фиг. 2 а,б ) . При использовании широтно-импульсного регулирования импульсы управления подаются с некоторым регулируемым цепью обратной4 связи Фазовым сдвигом (f>{форма управляющих импульсов показана пунктирной линией). В этом случае выходное напряжение будет иметь паузу на нуле, величина которой 50 определяется Фазовым сдвигом (.

Рассмотрим процесс переключения т транзисторов 1 и 2, Предположим, что в момент времени t> (Фиг.2а) сердечник насыщающегося трансформатора 15 за счет процессов, происходивших в предыдущем полупериоде, находится в состоянии отрицательного

5 10222 связи. Величина тока, протекающего по обмотке насыщенного трансформатора, ограничивается резистором 23 (22 ).

В результате действия цепи обратной связи ток базы транзистора 1 уменьшается до величины 1 (фиг. 2а ), а рабочая точка транзистора оказывается на границе области насыщения. Напряжение между эмиттером и коллектором при этом возрастает до величины 1в

О к1(фиг.2в), 8 интервале времени

t2 благодаря действию нелинейной отрицательной обратной связи величина тока базы транзистора авто- матически поддерживается такой, что транзистор находится на границе активной области и области насыщения.

В таком режиме преобразователь находится до момента времени с2, пока не произойдет смена полярности управ- 26 лйющих напряжений на sTopH÷Hûõ об" мотках трансформатора 6. Так как в результате действия нелинейной отрицательной обратной связи транзистор 1 к моменту й2: находится на границе 2Ю области насыщения, то при появлении запирающего напряжения уменьшение era коллекторного тока начинается одновременно. с увеличением тока коллектора транзистора 2, на базе ко- 3в торого действует отпирающее напряжение. следовательно, в интервале

72 d коммутации транзисторы 1 и 2 находятся в активном режиме. После. запи1 рания транзистора 1 сердечник насыщающегося трансфбрматора 15 перемагничивается из состояния +В в состояние -8 под действием напряжения, по» даваемого на другую обмотку насыщающегося трансформатора. В дальнейшем процессы в преобразователе повторяются.

В момент намагничивания к обмотке трансформатора 15 насыщения прикладывается разность напряжения, действующего на конденсаторе 24 (25), и падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер насыщенного транзистора, которая в реальных устройствах имеет величину около 3,5 В. В результате количество витков обмоток трансформатора насыщения увеличивается и тем самым уменьшается ток намагничивания.

Наличие введенной цепочки позволяет устранить значительные по величине броски тока, протекающего по вторичной обмотке разделительного трансформатора блока управления в момент насыщения сердечника трансформатора.

В результате этого существенно уменьшаются динамические потери в трансформаторе и транзисторах блока управле-. ния, l022272 фиг. 2

Составитель Т.Ершова

Редактор С. Пекарь ТехредД.Пекарь Корректор А. Дэятко

«««« « «

Заказ 4062/47 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

113035,йосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Й 4В«« « «««««

« ««««««««« ° филиал AllA "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Й