Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и используется в системах вторичного электропитания для преобразования напряжения. Цель изобретения - повышение КПД и надежности преобразователя за счет уменьшения сквозных токов. Преобразователь содержит транзисторы 1 и 2, трансформатор (Тр) 3 управления, вспомогательные транзисторы 6 и 7, задаюел У.Э

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (gg g Н 02 М 7/538

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и используется в системах вторичного электропитания для преобразования напряжения. Цель изобретения — повышение КПД и надежности преобразователя эа счет уменьшения сквозных токов. Преобразователь содержит транзисторы 1 и 2, трансформатор (Тр) 3 управления, вспомогательные транзисторы б и 7, задаюГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3745638/24-07 (22) 21;05.84 (46) 23.08.86. Бюл. S 31 (71) Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика" (72) О.Н.Мельников (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 603069, кл. Н 02 М 3/335, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 964927, кл. Н 02 М 7/537, 1982.

Ь ..Я0„„1252886 A 1

1 щий генератор 8, трансформатор тока

4. В Тр 3 введены дополнительные, по числу первичных обмоток трансформатора тока, обмотки, включенные последовательно этим первичным обмоткам, а соотношение витков выбрано из условия обеспечения коэфф. положительной обратной связи меньше единицы, Причем соотношение витков в об252886 мотках Тр 4 тока и Тр 3 выбрано из условия обеспечения суммарного коэфф. положительной обратной связи больше единицы. Введение указанных коэфф. трачсформации позволяет задержать очередное включение силового транзистора до полного выключения ранее включенного транзистора 1 з.п. Ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а именно к вторичным импульсным (ключевым) источникам питания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение КГЩ и надежности инвертора за счет уменьшения сквозных токов.

На фиг. 1 показан вариант реализации преобразователя, выполненного по полумостовой схеме; на фиг. 2 то же, по схеме со средней точкой; на фиг. 3 — вариант. с использованием в схеме по фиг. 2 инерционного звена.

Преобразователь постоянного напряжения содержит силовые транзисторы

1 и 2, трансформатор 3 управления с первичной обмоткой 3.1, вторичными обмотками 3.2 и 3.3 и дополнительной обмоткой 3.4, трансформатор 4 тока.

Вторичная обмотка 4.1 включена в диагональ мостового выпрямителя 5, связанного выводами со среднеи точкой первичной обмотки 3.1 и общей точкой объединенных эмиттеров вспомогательных транзисторов 6 и 7, базы которых подключены к задающему генератору 8.

Средняя точка обмотки 3.1 подключена через балластный резистор 9 к первому выводу вспомогательного источника 10 питания, к второму выводу которого подключена общая точка объединенных эмиттеров вспомогательных транзисторов 6 и 7. К выходным выводам для подключения нагрузки 11 подключены последовательно дополнительная обмотка 3,4 трансформатора управления и первичная обмотка 4.2 трансформатора тока, Параллельно вспомогательным гранзисторам 6 и 7 включены в непроводящем направлении диоды 12 и 13. и варианте устройства (фиг. 2) трансформатор тока имеет вторую, включенную последовательно в цепь нагрузки 11 первичную обмотку 4.3, а трансформатор управления — соответственно вторую дополнительную обмотку 3.5. Выпрямитель 5 выполнен по двухполупериодной схеме со средней точкой.

1п Соотношения витков 9t обмоток трансформаторов связаны следующими выражениями (для управления по эмиттеру):

3 4(3.5) т(.э} <.г (< д) где k — коэффициент обратной связи;

М вЂ” коэффициент усиления по току силового транзистора, который для управления по эмиттеру близок к единице.

В соотношении (2) Vl> обозначает

25 число витков в полусбмотке первичной обмотки 3.1 трансформатора управления, а для схемы по Фиг, 2 4,< число витков в полуобмотке второй обмотки 4.1 трансформатора тока.

При выполнении указанных соотношений предпочтительно иметь (при > k<) переключение тока в силовых цепях происходит беэ задержки, т.е. сквозные токи не устраняются, и преимущество инвертора в этом случае заключается только в уменьшении управляющей мощности вдвое).

Включение инерционного звена 14 показано для схемы по фиг. 2 (для схемы по Фиг. 1 оно может быть выполнено аналогичным образом). Инерционное звено 14 состоит из дросселя

1252886 4

15 и ограничивающей напряжение цепочки из диода 16 и стабилитрона 17 и предназначено для нормированного уменьшения паузы между переключениями силовых транзисторов 1 и 2 до величины, обеспечивающей требуемый минимум пульсаций выпрямленного напряжения.

Преобразователь в обоих вариантах схемной реализации работает одина- 10 ково, При подаче напряжений на вход устройства и появлении ° напряжения на вспомогательном источнике 10 (это может быть и входное напряжение) на- 15 чинает работатв задающий генератор 8, открывая поочередно вспомогательные транзисторы 6 и 7. В одной иэ половин обмотки 3.1 трансформатора от источника 10 возникает ток, открыва- 20 ющий, например, по обмотке 3.2 транзистор 1. Возникающий в его коллекторной цепи ток, протекающий по обмотке 3.4 трансформатора, непосредственно трансформируется в обмотку 25

3.2 и поступает.в эмиттер, создавая положительную обратную связь с коэффициентом меньше единицы (обеспечивается соответствующим выбором соотношение витков обмоток w> 4 и W> — 30 число витков в обмотке 3.4 должно быть меньше, чем в обмотке 3.2). Кроме того, коллекторный ток транзистора 1, протекающий в обмотке 4.2 трансформатора тока через обмотку 4.1 и выпрямитель 5 замыкается по цепи первичная полуобмотка 3.1 — вспомогательный транзистор 6 и также трансформируется в обмотку 3.2, увеличивая суммарный ток в эмиттере транзис- 40 тора 1 и доводя суммарный коэффи-. циент обратной связи до значения, .превышающего единицу, что и приводит к лавинному открыванию транзистора

1, обеспечивая режим включения. 4>

При смене полярности сигнала задающего генератора 8 происходит переключение тока в первичной обмотке 3. 1 — откры-. вается вспомогательный транзистор 7.

Наводимый от трансформатора тока ток 50 во вторичных обмотках трансформатора управления изменяет знак, наводимый в те же обмотки так от обмотки 3.4 сохраняет прежний знак. В результате во вторичных - 55 обмотках 3.2 и 3.3 формируется раэностный ток, знак которого определяется знаком большей из двух состав-ляющих. Так как ток во вторичных обмотках 3.2 и 3.3 сохраняет знак, то, следовательно, и ток, втекавший в эмиттеР транзистора 1, продолжает втекать туда же, но по величине изменяется так, что коэффициент положительной обратной связи становится существенно меньше единицы (по условию коэффициент обратной связи по дополнительной токовой обмотке 3.4 сам по себе меньше единицы, а по разности токов тем более). Снижение коэффициента обратной связи обуславливает начало рассасывания заряда неосновных носителей в базе транзистора t практически без снижения его коллекторного тока. Следовательно, транзистор 2 остается закрытым и сквозной ток не возникает.

После завершения рассасывания заряда в базе начинается снижение коллекторного тока и лавинное запирание транзистора 1, и только после выключения транзистора 1 начинается включение транзистора 2, что практически полностью устраняет сквозные токи в силовых транзисторах инвертора.

Установка .шунтирующих диодов 12 и 13 ускоряет процесс рассасывания зарядов баз, так как они дополнительно уменьшают коэффициент обратной связи в момент переключения (практически до нуля), шунтируя ток возбуждения силовых транзисторов 1 и 2 предыдущего направления (в данном случае, шунтируя ток управления транзистора l).

При наличии инерционного звена 14 (фиг. 3) в схеме данного инвертора изменяется режим переключения транзисторов. До начала спада тока в транзисторе 1 (2) все происходит как описано вьппе, но после начала спада тока в транзисторе, т.е. после завершения рассасывания заряда неосновных носителей в базе, ток по цепи обмотка 3.4 (3.5) — обмотка 3.2 (3.3) спадает вместе с током ключа, а ток по цепи обмотка 4,2 — обмотка 4.1 выпрямитель 5 — инерционное звено

14 — обмотка 3. 1 — обмотка 3.2 (3.3) спадает с задержкой, определяемой индуктивностью дросселя 15 звена 14, которая существенна превьппает время спада тока.

В результате, вскоре после начала спада тока транзистора, ток второй цепи (задержанной) оказывается больше

5 12 тока первой цепи, результирующий ток возбуждения в обмотке 3.2 (3,3) изменяет знак и начинает открываться второй трназистор 2 (1). Таким образом второй транзистор включается через время рассасывания после подачи сигнала на переключение, и прбвал на выходном напряжении при этом практически отсутствует.

Отличие приведенных примеров выполнения преобразователя состоит в режимном различии работы силовых транзисторов инвертора.

В полумостовой схеме (фиг, 1) максимальное напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению питания, а в схеме со средней точкой (фиг. 2)— удвоенному значению напряжения, Поэтому при низких напряжениях питания с целью лучшего использования транзисторов по мощности (удвоение напряжения на транзисторе сопровождается соответствующим уменьшением коллекторного тока) целесообразно применение схемы по фиг. 2, а при высоких для ограничения напряжения на транзисторах допустимыми пределами — схемы по фиг. 1.

Если использовать вспомогательные диоды, то в режиме переключения можно снизить коэффициент положительной обратной связи на отключаемом транзисторе с величины, меньшей единицы (без диодов), до нуля, что сократит время рассасывания и таким образом уменьшит потери на транзисторе в режиме выключения, дополнительно повышая К(Щ.

Использование инерционного звена в преобразователе создает возможность (при некотором снижении достигнутых преимуществ) расширения его схемотехники для построения стабилизированных источников питания с несколькими вторичными напряжениями (минимизация провалов на вторичных выпрямленных напряжениях способству ет повышению стабильности этих напряжений, независимости о величины нагрузки, а также уменьшает объем и массу необходимых фильтров).

52886 6

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий инверторную ячейку на. силовых транзисторах и блок управления, вспомогательные транзисторы которого, управляемые от задающего генератора, подсоединены своими коллекторами к концам первичной обмотки трансформатора упра " ления, средняя точка которой подключена к первым выводам резистора и выпрямителя, вход которого подсоединен к вторичной обмотке трансформатора тока,,имеющего по меньшей мере одну первичную обмотку, включенную в выходную цепь инверторной ячейки, цепи управления силовых транзисторов которой подключены к вторичным обмоткам трансформатора управления, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности за счет уменьшения сквозных токов, трансформатор управления снабжен дополнительными по числу первичных обмоток трансформатора тока обмотками, включенными последовательно этим первичным обмоткам, а соотношение витков в дополнительных и вторичных обмотках трансформатора управления выбрано из условия обеспечения коэффициента положительной обратной связи меньше единицы, соотношение витков в обмотках трансформатора тока и трансформатора управления — из условия обеспечения суммарного коэффициента положительной обратной связи больше единицы, при этом общая точка эмиттеров вспомогательных транзисторов, второй вывод выпрямителя и свободный вывод резистора подсоединены к соответствующим выводам для подключения источника питания.

2. Преобразователь пострянного напряжения по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного сигнала, подключение средней точки первичной обмотки трансформатора управления к первому выводу выпрямителя осущест- влено через введенное инерционное звено.

1252886

1252886

Составитель Т.Ершова

Редактор И.Николайчук Техред Л.Сердюкова

Корректор Л,Пилипенко

Заказ 5151 Тираж б31 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4