Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения

 

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„SU„„1О32569

3(51) Н 02 М 7/537

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтогскомк свидетельств

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3429602/24-07 (22} 27,04.82 (46) 30.07.83. Бюл. и 28 (72) В.И.Терехин (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 290407, кл. Н 02 F 3/26, 1971, 2. Авторское свидетельство СССР

1 817910, кл. H 02 Н 3/335, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

У 169662, кл. Н 02 8 7/48, 1963.

4. Проблемы преобразовательной механики. Сб..тезисов докладов, ч.3, Киев, 1979, с.154. (54)(5 ДВУХТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОбРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ,- содержащий силовые-транзисторы, подключающие источники постоянного напряжения к выходным выводам, при этом управляющие базо-эмиттерные переходы этих транзисторов, подсоединен ные к блоку управления, зашунтированы силовыми цепями вспомогательных транзисторов, база каждого из которых через резистор связана с коллектором соответствующего силового транзистора, отличающийся тем, что с целью повышения КПД за счет уменьшения динамических потерь при пере" ключении транзисторов, в силовую цепь каждого из вспомогательных транзисторов последовательно введены источник запирающего силовые транзисторы сигна. ла и диод. Pg

10325

Устройство относится к электротех. нике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания систем радиоэлектроники и автоматики для преобразования постоянного тока

Одного напряжения в постоянный или переменныи ток другого напряжения.

Известен преобразователь, содержащий ключевой усилитель мощности мос-. тового типа с выходным трансформатором10 и блок. возбуждения, выходы которого соединены с цепями управления ключей усилителя мощности через токоограничительные резисторы, Для исключения ."сквозных" токов, обусловленных одновременной .коммутацией транзисторных .ключей, в этом преобразователе исполь зуются дополнительные обмотки выходного трансформатора, каждая из которых через диод включена на входе 20 транзисторных ключей(1 ), Недостаток данного преобразователя состоит в том, что для устранения

"сквозных" токов при бестрансформаторном подключении нагрузки, например,,5 низкочастотных двигателей переменного тока, существенно возрастают ма са и габариты устройства вследствие необходимости введения вспомогательного трансформатора с обмотками и диодов по числу ключей. Положение усугубляется при повышенном напряжении питания преобразователя при наличии паузы на нуле в выходном прямоуголь" ном напряжении, которую вводят для исключения третьей и других гармоник °

В этом случае необходимы по меньшей мере один дополнительный емкостной делитель напряжения питания на конденсаторах и высоковольтный вспомогательный трансформатор"для каждой стойки усилителя мощности, которые образуют два полумостовых инвертора.

При этом значительно увеличивается масса и габариты устройства, Кроме того, на низких частотах преобразования напряжение к.з. вспомогательных трансформаторов возрастает. Это снижает эффективность подавления "сквозных" токов и, следовательно, надеж- . ность.

Известен преобразователь, в котором открытое и закрытое состояние ключей оценивается не по состоянию выходной силовой цепи, а по состоянию маломощных цепей управления ключа, т.е. по величине и направлению тока базы, что позволяет снизить массу и

69 3 габариты устройства. Он содержит клю чевой усилитель мощности, связанный с цепями управления транзисторными ключами через токоограничительные резисторы, и два вспомогательных четырехобмоточных трансформатора с диодами. Причем каждая из двух обмоток одного вспомогательного трансформатора с последовательно соединенными вентильным элементом шунтирует вход цепи управления ключем стойки и подсоединена к другой обмотке, которая вместе с обратно включенным вентильным элементом шунтируют токоограничительный резистор 2 J .

Недостаток указанного устройства заключается в малой эффективности подавления "сквозного" тока на низких частотах преобразования из-за наличия у вспомогательных трансформаторов индуктивности рассеивания. Ее влияние особенно проявляется при низкоомных нагрузках, какими являются базо-эмит" терные переходы транзисторных ключей в режиме насыщения и токоограничительные резисторы. Вследствие этого воемя нарастания выходного импульса вспомогательного трансформатора превышает время рассасывания неосновных носителей, что существенно снижает надежность устройства.

Известен также преобразователь постоянного тока в переменный, который содержит усилитель мощности, выполненный на транзисторных ключах, управляемых несимметричными импульсами. В данном преобразователе с целью сни" жения динамических потерь от "сквозных токов в транзисторных ключах применен насыщающийся трансформатор на сердечнике из материала с прямоугольной петлей Гистерезиса, вторичная обмотка которого, шунтированная диодом, включена последовательно с токо ограничивающими резисторами в цепь управления транзисторного ключа, а первичная обмотка включена на источник управляющих импульсов через ограничивающие сопротивленния (3 ) °

Наиболее близким к предлагаемому является двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения. содержащий силовые транзисторы, подключающие источники постоянного напряжения к выходным выводам, при этом управляющие базо-эмиттерные переходы этих транзисторов, подсоединенные к блоку управления, зашунтированы си3 10325 ловыми цепями вспомогательных транзисторов, база каждого из. которых через резистор связана с коллектором соответствующего силового транзистора 1ч).

Однако известному техническому решению присущи большие динамические потери при переключении силовых транзисторов.

Цель изобретения - повышение КПД эа счет уменьшения динамических потерь в переключающих транзисторах.

Поставленная цель достщается тем, что в двухтактном транзисторном преобразователе постоянного напряжения, содержащем силовые транзисторы, переключающие источники постоянного напряжения к выходным выводам, при этом управляющие база-эмиттернь|е переходы этих транзисторов, подсоединенные к блоку-управления, зашунтированы силовыми цепями вспомогательных транзисторов, база каждого из которых через резистор связана с коллектором соответствующего силового транзистора, в силовую цепь каждого из вспомогательных транзисторов последовательно введены источник запирающего силовые транзисторы сигнала и диод.

Для снижения динамических потерь и несимметрии полуволн выходных напря"

30 жений преобразователя ь устройстве используется форсированное запирание ключей в начальный момент смены полярности напряжений возбуждения, фиксируемый введенным на каждый ключ 35 каскадом формирования. форсированное запирание ключей вызывает быстрый спад тока, который происходит при невысоких напряжениях - из-за задержки его нарастания, обусловленной -заоядом 40 коллекторно-эмиттерной емкости насыщенного транзисторного ключа. При этом существенно снижается величина импульсной мощности и время ее воздействия, на ключ, что повышает надежность и 45

КПД устройства.

На фиг.1 представлена схема транзисторного преобразователя постоянного тока. Он содержит блок 1 управления, выходы которого соединены че- 50 рез токоограничительные резисторы 25 с цепями управления силовых транзисторов 6-9 усилителя 10 мощности мостового типа. Напряжение питания (F< 3 подается на одну диагональ моста у усйлителя 10 мощности, а к другой диагонали моста подсоединена нагрузка 11. При индуктивном характере на"

69 4 груэки используются диоды 12- 15, шунтирующие соответственно силовые тран" зисторы 6-9. Параллельно цепи управления каждого силового транзистора

6-9 включена последовательно цепь, содержащая диоды 16-19, источник 2023 запирающего напряжения, и вспомогательные транзисторы 2ч-27, входящая в блокирующий узел 28-31. При этом коллектор каждого транзисторного ключа 6-9 соединен через токоограничивающий резистор 32.-35 с базой соот- ветствующего транзистора 24-27.

Транзисторный поеобразователь постоянного тока функционирует следую- щим образом.

Блок управления выдает двухполярные прямоугольные напряжения, поступающие на диагонально расположенные силовые транзисторы 6 и 9(7 и 6) в фазе и йа ключиодной сто" êè 6и 7 (8 и 9) в; противофазе. Предположим, что транзисторы 6 и 9 открь|ты и проводят ток, а ключи 7 и 8 закрыты и не проводят

:ток. При смене полярности напряжений управления-ранее открытый. транзистор

6(9) стойки 6-7(8-9) по окончании рассасывания неосновных носителей запирается. Так как s течение времени рассасывания этот ключ 6(9) проводит ток,.то на другом транзисторно;л ключе 7(8) стойки 6-7(8-9) присутствует напряжение, примерно равное напряжению питания Еп. Под действием этого напряжения транзистор 25(26) блокирующего узла 22(30) открыт током базы, задаваемым резистором 33(34) . 8 результате к управляющему переходу трайзисторного ключа 7(8) будет приложено запирающее напряжение от источника

21(22) через открытый транзистор

25(26), Ключи 6 и 9 могут запираться не одновременно вследствие разброса их параметров. Пусть первым закрыт ключ 6. По мере эапирания ранее открытого транзисторного ключа 6 индуктив" ная нагрузка развивает ЭДС с полярностью (указаннои на чертеже в скобках ), под действием которой протекает ток через еще открытый ключ 9 и диод

13. При этом на транзисторном ключе 7 напряжение падает до величины прямого напряжения открытого диода 13, и базовый ток транзистора 25 спадает до нуля. Транзистор 25 запирается, и транзисторный ключ 7 проводит ток.

8 случае, если первым запирается ключ

9, то под действием ЗДС .индуктивной нагрузки возникает тек, протекающий

032569

Ь и элементами преобразователя происхо" дит следующим образом.

За время закрытого полупериода ключа б заряжается конденсатор источ5 ника запирающего напряжения 20 от выходной обмотки трансформатора блока

1 управления через диод и резистор.

После смены полярности напряжения возбуждения отпирается транзисторный

IQ ключ 6, и на токоограничительном резисторе 2 падает часть этого напряже"

/ ния, которая превышает величину опорного напряжения источника 38. Это при,водит к эапиранию транзистора 37, а

15 транзистор 24 остается открытым током, протекающим через резистор 35, на время рассасывания неосновных носителей в базе другого транзисторного ключа 7 стойки 6-7 фиг,1 j и затем за20 крывается. Снижение отпирающего напряжения управления при очередной сме не йолярности вызывает отпирание транзистора 37 и транзистора 24. Конденсатор источника 20 запирающего напряже"

25,сия через, тРанзистоР 24 и диод 16 разряжается на открытый база-эмиттерный переход транзистора 6. При этом происходит форсированное рассасывание неосновных носителей в базе тран30 зистора ключа 6, а затем крутой "спад тока. Этому способствует большая амплитуда запирающего тока, значительно превышающая ток отпирания ключа б и отсутствие индуктивных элементов в контуре разряда конденсатора. После

35 . запирания транзисторного ключа б диод l6 отсекает разряд конденсатора. Во время полупериода открытого состояния ключа 6 разряд конденсатора источника запирающего напряжения 20 предотвращается закрытым состоянием транзистора 24, через диод 14 - источник напряжения питания Е -диод 13, Аналогично перA вому случаю напряжение на транзисторном ключе 7 снижается до величины прямого напряжения открытого диода 13

Базовый ток через транзистор 2 снижается до нуля, и включается транзисторный ключ 7. Подобным же образом происходит переключение при одновре менном эапирании ключей, /

Для получения на индуктивной нагрузке (двигателях ) паузы на нуле ключи одной стойки усилителя мощности возбуждаются прямоугольным двухполярним напряжением, сдвинутым по фазе относительно прямоугольного двухполярного напряжения возбуждения, подаваемого на другую стойку. Переключение транзисторных ключей преобразователя в этом случае происходит анапа гично уже рассмотренному выше случаю синфазного возбуждения диагонально расположенных ключей и противофазного ключей стойки с учетом запаздывания при запирании одного из диагональных ключей, На фиг.2 представлен вариант конкретного вь полнения узла блокировки ключей преобразователя с сохранением позиционных обозначений фиг. 1, В нем последовательная цепь блокирующего узла 28 дополнена каскадом 36 формирования импульса, воздействующего на транзистор 24 с целью форсированного запирания ключа. Каскад 36 формирования импульса содержит транзистор 37 обратной полярности„ коллектор которого соединен c"áàçoé транзистора

24, база - с источником 38 опорного напряжения, а эмиттер - с управляющим входом ключа 6. База-эмиттерный пере" ход транзистора 37 обратной полярности вместе с источником 38 опорного напряжения выполняет функции порогового элемента, сравнивающего напряжение на токоограничительном резисторе, 2 с опорным подключением другим выводом к выходной обмотке трансформаторного блока 1 возбуждения, Транзистор 24 выполнен на составном транзисторе с использованием микросборки. Ключ 6 выполнен в виде параллельного соеди" . нения транзисторов с выравнивающими оеэисторами в эмиттерной цепи. Взаимодействие узла блокировки между собой

Таким образом, в период медленно изменяющихся процессов преобразователя

45 узел 28 блокировки влияния на работу устройства не оказывает. Необходимый фронт спада тока может быть обеспечен выбором величины емкости конденсатора источника 20 запирающего напряжения..и

50 с включением дополнительного резистора.

Таким образом, форсированное запирание в сочетании с автоматической задержкой переключения. транзисторов позво" лит повысить КПД устройства.

1032569

Составитель Т.Ершова

Редактор В.Пилипенко Техред В.Далекорей Корректор О.Билак

Заказ 5417/58 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4!5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород,,ул, Проектна,