Преобразователь напряжения

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий включающий и выключающий транзисторы, силовой транзистор с включенными в его коллекторную цепь нагрузкой и первичной обмоткой трансформатора тока, в котором имеются включающая и выключающая обмотки, начало включающей обмотки через включающий диод соеди-нено с коллектором включающего транзистора , начало выключающей обмотки через выключающий диод - с коллектором выключающего транзистора, эмиттер которого подключен к эмиттеру силового транзистора, а конец указанной обмотки соединен с базой силового транзистора, вход которого защунтирован обратным диодом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, конец включающей обмогки соединен с эмиттером выключающего транзистора, при этом база силового транзистора подключена к эмиттеру включающего транзистора, коллектор которого через включающий резистор соединен с потенциальным плюсом источника питания преобразователя. 2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, с сл целью повышения КПД, включающий резистор выполнен в виде последовательного соединения первого и второго резисторов, один из которых .зашунтирован дифференцирующим конденсатором. 3.Преобразователь по п. 1, от00 00 личающийся тем, что, с целью повьпцения надежности в работе путем защиты от ложного срабатывания , начало включающей обмотки через разрядный диод соединено с эмиттером выключающего транзистора .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ()4 Н 02 M 3 335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3713560/24 — 07 (2?) 21.03.84 (46) 23.09.85. Бюл. Ф 35 (72) Б.С. Сергеев (53) 621.314.58 (088.8) (56) Патент ФРГ 9 2632423, кл. Н 02 Н 7/122, опублик. 1979.

Патент США - 4156895, кл. Н 02 Н 7/122, опублик. 1979.

Глебов Б.А. и др. Перспективы применения магнитно-транзисторных ключей в источниках питания.

Сб. Проблемы миниатюризации и унификации ВИП РЭА-. M.: МДНТП им. Ф.3. Дзержинского, 1979, с. 121, рис. 1. (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯ—

ЖЕНИЯ, содержащий включающий и вы— ключающий транзисторы, силовой транзистор с включенными в его коллекторную цепь нагрузкой и первичной обмоткой трансформатора тока, в котором имеются включающая и выключающая обмотки, начало включающей обмотки через включающий диод соеди-нено с коллектором включающего транзистора, начало выключающей обмотки через выключающий диод — с коллек— тором выключающего транзистора, эмиттер которого подключен к эмит„„SU„„3181080 А теру силового транзистора, а конец указанной обмотки соединен с базой силового транзистора, вход которого зашунтирован обратным диодом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, конец включающей обмотки соединен с эмиттером выключающего транзистора, при этом база силового транзистора подключена к эмиттеру включающего транзистора, коллектор которого через включающий резистор соединен с потенциальным плюсом источника питания преобразователя.

2, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД, включающий резистор выполнен в виде последовательного соединения первого и второго резисторов, один из которых .зашунтирован дифференцирующим конденсатором.

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности в работе путем защиты от ложного срабатывания, начало включающей обмотки через разрядншй дис>д соединено с эмиттером выключающего транзис— тора.

1181080

Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано

35 во вторичных источниках электропитания систем автоматики и радиоэлектроники. 5

Цель изобретения — повьппение КПД преобразователя и надежности в работе путем защиты от ложного срабатывания.

На фиг. 1 представлена схема 10 предлагаемого преобразователя,напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит- силовой транзистор 1, в коллекторную, 15 цепь которого включена первичная обмотка w< трансформатора тока 2 и нагрузка 3. Нагрузка 3 может быть произвольной и определяется типом преобразователя (двухтактного, од- 20 нотактного с прямым включением диода или др.). Примем, что преобразователь однотактный с обратным включением выпрямительного диода, однако основные принципиальные осо- 25 бенности- работы остаются в силе для любого вида преобразователя.

Параллельно силовым эяектродам транзистора 1 подключена демпфирующая цепочка 4, которая может быть вы- 30 полнена в виде DRC-цепи. База транзистора 1 соединена с эмиттером включающего транзистора 5, концом выключающей обмотки w трансформа2 тора 2 и защитным диодом 6; начало этой же обмотки подключено через выключающий диод 7 к коллектору выключающего транзистора 8, эмиттер которого соединен с концом включающей обмотки w трансфор- 40

1 матора 2 тока, а ее начало подклю-, чено к разрядному диоду 9 и через включающий диод 10 к коллектору транзистора 5, который .также через включающий резистор 11 соединен с потенциальным полюсом источника питания преобразователя Е„. Включающий резистор 11 может быть выполнен в виде последовательного . соединения первого 12 и второго 13 .резисторов и дифференцирующего конде сатора 14, шунтирующего резистор 12.

На временных диаграммах (фиг.2)

9IIIoPbl "Вкл Влекл Условно HQKB3bl 55 вают входные импульсы синхронизации преобразователя; i — ток коллектора силового транзистора 1; — ток через первичную обмотку w трансформатора 2 тока; i — ток базы силового транзистора 1; Ul,z— напряжение коллектор — эмиттер транзистора 1.

Преобразователь напряжения работает следующим образом.

При появлении включающего импуль— са синхронизации U8„„, который длитремя tâê„ "" ра цвкл фиг. 2), открывается включающий транзистор 5. Вследствие этого в базу силового транзистора 1 через включающий резистор 11 начинает поступать открывающий ток и транзистор 1 входит в линейный режим работы, после чего благодаря положительной обратной связи обмото, w u v (( трансформатора 2 тока силовой транзистор входит в насьпцение. Величина насьпцающего базового тока транзистора 1 определяется коллекторным током и коэффициентом трансформации обмоток ъ„ и w трансфорк матора 2 тока. Далее коллекторныи ток транзистора начинает увеличиваться в соответствии с законом нарастания тока в индуктивности первичной обмотки силового транс— форматора нагрузки 3, в соответствии .с ним увеличивается и базовый ток. Это происходит до окончания момента времени

ВКл

После окончания времени и и вKw при появлении выключающего импульса синхронизации У ы „ транзистор 5 запирается, а выключающий транзистор 8 открывается. В базу транзистора 1 перестает поступать открывающий ток, а подключается обратный, рассасывающий, ток выключающей обмотки ы трансформатора 2 тока, т.е. осуществляется реверс базового тока (эпюра i, фиг. 2) силового транзистора 1 для его форсированного запирания. Начинается процесс рассасывания избыточных носителей из полупроводниковой структуры насьпценного транзистора

1, который длится время 1 (эпюры i, i< и U, фиг. 2). На всем протяжении времени t амплитуда базового рассасывающего тока пропорциональна коллекторному току и для запирания транзистора 1 не требуется внешний источник тока или напряжения. Длительность импульса тока коллектора складывается из

1181080 4

30

40

S0

t пк„+ фиг. 2) .

После окончания процесса рассасывания избыточных носителей ток коллектора транзистора 1 начинает уменьшаться. Однако ток через первичную обмотку w трансформатак ра 2 тока не уменьшается (эпюра

i фиг. 2) ввиду того, что при уменьшении тока i начинается фронт коллекторного напряжения (эпюра Б, фиг. 2) и запасенный .в индуктивности рассеяния нагрузки

3 ток начинает поступать в демпфирующую цепочку 4. Это создает условия для более быстрого запирания транзистора 1, так как при уменьшающемся токе коллектора на его базе всегда присутствует отрицательное запирающее напряжение.

Уменьшение длительности спада коллекторного тока уменьшает коммутационную мгновенную мощность на транзисторе 1. Длительность разряда индуктивности рассеяния нагрузки 3 определяется параметрами цепей и режимом работы преобразователя. Практически время „ (эпюра 1, фиг. 2) превьппает длительность спада тока коллектора транзистора 1, поэтому всегда гарантировано наличие отрицательного напряжения на его базе. Избыток тока через первичную обмотку ч„ (после запирания транзистора 1) отводится через защитный диод 6.

Когда ток в первичной обмотке w„ заканчивается, в индуктивности намагничивания этого трансформатора остается запасенный ток. Полярность напряжения, обусловленного разрядом этой индуктивности, такова, что за пирает диоды 7 и 10 и не влияет на надежную работу преобразователя. Однако при значительной емкости диодов 7 и 10, а также при невысоких обратных допустимых напряжениях на них возможны сбои в работе преобразователя, так как напряжение разряда индуктивности намагничивания прикладывается положительным полюсом к базе силового транзистора 1. Это может вызвать повторное открывание транзистора 1 после его запирания. Открывание может произойти в момент окончания времени t . Следовательно, схема потенциально обладает невысокой помехоустойчивостью по цепи ба зы силового транзистора 1. Для исключения этого явления, а следовательно, для повышения надежности в работе введен разрядный диод 9, через который индуктивность намагничивания трансформатора 2тока раэряжаетсяна короткозамкнутую обмотку П„ последнего.

После разряда индуктивности намагничивания, т.е. после запирания диода 9, схема приходит в исходное состояние и готова к приходу следующег " у" а " - .

Включающий резистор, выполненный для повышения КПД схемы в вИде последовательно-параллельной резистивно-конденсаторной цепи, работает следующим образом. При открывании включающего транзистора 5 в базу силового транзистора 1 идет ток через конденсатор 14 и резистор 13. Этот резистор ограничивает величину открывающего прямого тока до допустимого значения. После заряда конденсатора 14, который определяется постоянной времени Т = R1 С1 1 ток через него прекращается, однако при правильно выбранной постоянной времени Той уже не нужен,так как кэто —, му времени вступает в действие положительная регенеративнаяобратная связь трансформатора 2 тока.

Ток через включающий резистор 11 определяется суммой величин резисторов 12 и 13 и при выборе соответствующей величины резистора 12 он может быть сделан достаточно малым, не влияющим на КПД преобразователя. Величина резистора 12 по верхнему пределу определяется необходимостью полного разряда конденсатора 14 к приходу следующего импульса U „„ . Введение такой схемной реализации включающего резистора 11 необходимо при высоких первичных напряжениях и при малых коэффициентах усиления силового транзистора 1. Кроме того, включение силового транзистора 1, для схем преобразователей постоянного выходного напряжения, происходит на еще незапертый выпрямитель-, ный диоднагрузки,поэтому необходима определенная степеньфорсирования включеиия силовоготранзистора(для режима непрерывных токов) чтобы вступила в силу положительнаяобратная связь трансформатора 2 тока.

1181080

Ъыкю

Составитель И. Войтович

Редактор В. Петраш Техред O.Неце . Корректор Е.Сирохман

Заказ 5945/57 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4