Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение надежности путем устранения коммутационных перегрузок силовых транзисторов. Преобразователь содержит силовые транзисторы 1-4, управляющие трансформаторы тока 5-8, дополнительный трансформатор тока 17, переключатель 20, диодный выпрямительный мост 26, источник напряжения 27, резисторы 28 и 29. При замыкании выводов 21 и 23 переключателя 20 начинает протекать ток запуска по первичным обмоткам управляющих i (Л С 4ib сл 00 СП Од СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК сЮ 4 Н 02 М 7/5387

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2)) 4262061/24-07 (22) 15.06.87 (46) 23.01 ° 89. Бюл, У 3 (71) Московский энергетический институт (72) С.Г.Бузыкин, В.Ю.Голиков и И.С,Горянский (53) 621,314.58(088.8) (56) Коссов О.А.Усилители мощности . на транзисторах в режиме переключения . — H. Энергия, 1971, с. 115, рис. 5-14.

Проблемы преобразовательной техники. — Тезисы докл. Всесоюзной на-. уч."техн. конф., 43, Киев, 1979, с. 163, рис. 2.

Авторское свидетельство СССР

У 1171938, кл, H 02 M 7/537, 17.08.82.

„,SU„„1453563 А1 (54) ДВУХТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ .ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Цель — повышение надежности путем устранения коммутационных перегрузок силовых транзисторов. Преобразователь содержит силовые транзисторы

1-4, управляющие трансформаторы тока

5-8, дополнительный трансформатор тока 17, переключатель 20, диодный выпрямительный мост 26, источник напряжения 27, резисторы 28 и 29, При замыкании выводов 2 1 и 23 переключателя 20 начинает протекать ток запуска по первичным обмоткам управляющих

1453563 трансформаторов тока 14 и 15, что вызывает отпирание транзисторов 2 и

3 и появление тока в цепи нагрузки.

Ток с вторичной обмотки дополнительного трансформатора тока 17 поддерживает величину тока в первичных обмотках управляющих трансформаторов тока

14 и 15 пропорциональной току в цепи нагрузки и, следовательно, поддерживает силовые транзисторы 2 и 3 в отt

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в, источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения — павьппение надежности двухтактного транзисторно го преобразователя постоянного напряжения путем устранения коммутационных перегрузок в силовых транзисторах и повышение быстродействия.

На фиг.l приведен пример реализации устройства на базе мостового преобразователя; на фиг.2 — то же, на ба" 15 зе двухтактного преобразователя, вы, ходной трансформатор которого имеет вывод от средней точки первичной обмотки; на .Фиг.3 - вариант выполнения узла коммутации тока; на фиг..4 — вариант выполнения переключателя.

Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения (фиг.l) содержит силовые транзисторы 1-4, управляющие трансформаторы 25

5-8 тока с вторичными обмотками 9 — 12 и первичными обмотками !I3-16, дополнительный трансформатор 17 тока с первичной обмоткой 18 и вторичной обмоткой 19, переключатель 20 с коммутирующими выводами 21 и 22 и общим выводом 23, который может быть выполнен, например, на двух транзисторах 24 и 25 (фиг.4), диадный выпрямительный мост 26, цепь сброса энергии в виде источника 27 и две цепи перво35 начального запуска, состоящие иэ общего источника 27 напряжения и резисторов 28 и 29, На фиг.3 также показан предлагаемый вариант узла ком 4p мутации тока на первичных обмотках крытом состоянии ° При размыкании выводов 21 и 23 переключателя 20 происходит форсированное запирание транзисторов 2 и 3 током намагничивания управляющих трансформаторов тока 14 и 15 ° Одновременно энергия, накопленная в дополнительном трансформаторе тока 17, сбрасывается через диодный выпрямительный мост 26 в источник напряжения 27. 4 з.п. Ф-лы, 4 ил. управляющих трансформаторов, содержащий конденсатор 30, стабилитрон 31 и диоды 32-35, кроме того, преобразователь может содержать конденсатор

36.

Отличие двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения, трансформатор которого имеет вывод от средней точки, состоит в том, что первичная обмотка дополнительного трансформатора 17 тока выполняется из двух одинаковых секций.

В остальном устройство и работа указанного преобразователя аналогична преобразователю, приведенному на фиг,l

Двухтактный транзисторный преобразователь (фиг.l) работает следующим образом.

При замыкании выводов 21 23 переключателя 20 под действием управляющего сигнала (что эквивалентно отпиранию транзистора 24 и запиранию транзистора 25) по обмоткам 14 и 15 начинает протекать ток от источника

27, ограниченный резистором 28 ° Этот ток, трансформируясь в цепи эмиттератранзисторов 2 и 3, вызывает их отпирание, через нагрузку начинает протекать ток. Этот ток, трансформируясь в обмотку 19 и протекая по контуру: обмотка 15 — обмотка 14 — выводы

21 и 23 — правый нижний диод моста

26 — обмотка 19, вызывает регенеративное отпирание транзисторов 2 и 3, а после их насыщения — поддержание отпирающего тока эмиттера. пропорциональным току нагрузки. После раэмыкания выводов 21 и 23 (запирания транзистора 24) цепь обмоток 14 и 15 раз3 145356 мыкается, что приводит к прерыванию отпирающего тока в цепях эмиттеров транзисторов 2 и 3. Однако они еще некоторое время, обусловленное рассасыванием избыточных носителей в базах, находятся в проводящем состоянии,а ток нагрузки трансформируется трансформатором 17 в контур . обмотка 19 — верхний левый (фиг.1 и 2) 10 диод моста 26 - источник 27 — нижний .правый диод моста 26 — обмотка 19.

В результате скачкообразного прерывания змиттерного тока силовых транзисторов 2 и 3 их запирание происходит быстро (избыточный заряд в их базах выводится током, равным сумме токов нагрузки и тока намагничивания трансформаторов 6 и 7) и безопасно (прекращение отпирающего эмиттера то- 20 ка на этапе запирания гарантирует. отсутствие вторичного пробоя и резко расширяет область безопасных режимов).

После размыкания выводов 21 и 23 25 в зависимости от алгоритма управления преобразователем вывод 23 может сразу замкнуться с выводом 22, либо некоторое время оставаться незамкнутым ни с Одним из ВыводОВ (TpaH8Hc» 3р торы 24 и 25 заперты). В первой слу чае после спада тока нагрузки до нуля (точнее †. до величины тока намаг- . ничивания обмотки 18 трансформатора, 17) полярность напряжения на обмотке

19 меняется на обратную, и ток намагничивания трансформатора 17, суммируясь с током через резистор, 29, вызывает регенеративное отпирание тран-зисторов 1 и 4 второго плеча преобра- 40 эователя, после чего процессы повторяются.

В данном режиме обеспечивается asтоматически защита от сквозных токов, так как до момента практически полно- 4 го спада тока нагрузки и тока через транзисторы, открытые в предыдущем такте, до нуля, регенеративиый процесс отпирания транзисторов следую. щего такта произойти яе может. Во > втором случае эа время паузы происходит полный или частичный вывод энергии из трансформатора 17 по цепи: обмотка 19 — верхний правый (фиг.1 и 2) диод моста 26 - источник 27 напряжения — нижний левый (фиг.1 и 2) диод моста 26 — обмотка 19, а при последующем замыкании выводов 22 и

23 процесс регенеративяого отпирания3

4 транзисторов 1 и 4 инициируется цепью запуска (резистор 29 — источник

27), а также, если к этому моменту энергия из трансформатора 17 выведена еще не полностью, током намагничивания этого трансформатора. Далее процессы повторяются.

Эффект симметрирования перемагничивания силового трансформатора, если нагрузка, как это показано на фиг.l, включена на его вторичной стороне, проявляется следующим образом.

Допустим, что время рассасывания транзисторов 2 и 3 больше, чем время рассасывания транзисторов I и 4. Это приводит к увеличению вольт-секундной площади на первичной обмотке силового трансформатора в том такте, в котором открыты транзисторы 2 и 3, и появлению постоянной составляющей тока намагничивания. Однако эта постоянная составляющая не передается трансформатором 17, и ток в обмотке

19 при открытых транзисторах 2 и 3 становится наоборот меньше, чем в такте, соответствующем открытым транзисторам 1 и 4. В результате отпирающий змиттерный ток транзисторов 2 и

3 уменьшается, а транзисторов 1 и

4 — возрастает, что приводит к выравниванию времен рассасывания и вольтсекундных площадей двух тактов. Таким же образом устройство реагирует на другие причины асимметрии.

Для того, чтобы устранить влияние на эффективность симметрирования неидентичности входных характеристик транзисторов обмоток 13-16 управляющих трансформаторов и диодов моста

26, выражающееся в постоянном подмаг ничивании обмотки 19, в узел управления дополнительно вводится конденсатор 36.

Если цепь сброса энергии выполнить в виде последовательно соединенных стабилитрона 31 и конденсатора

30, то после размыкания выводов 21 и 23 переключателя 20 в конденсаторе

30 накапливается заряд, величина которого пропорциональяа избыточному заряду в базах транзисторов 2 и 3, выводящемуся током нагрузки. При последующем замыкании выводов 23 и 22 этот заряд током, протекающим по цепи: диод 34 — обмотка 16 — обмотка

17 " выводы 22 и 24 переключателя— конденсатор 30, передается в базы транзисторов 1 и 4. Это позволяет

1453563

n . n >l+ — --, 3 д Вмин значительно сократить время отпирания этих транзисторов, Аналогичный эффект достигается и в следующем такте. Стабилитрон 31 предотвращает шунтирующее действие конденсатора 30 на контур положительной обратной связи: в том случае, когда ток нагрузки быстро возрастает. Обусловлено это тем, что так в конденсатор 30 не может ответвляться до тех пор, пока напряжение на обмотке 19 не превысит суммарное напряжение на обмотках 13 и 16 или !4 и 15 на величину напряже,ния стабилизации стабилитрона 31. Диоды 35 и 33 необходимы при использовании такой цепи сброса для того, чтобы предотвратить разряд конденсатора 30 через открытые некиие (фиг.1 и 2) диоды моста 26.

Для нормальной работы устройств,, приведенных на фиг.1 и 2, необходимо обеспечить произведение коэффициен.тов трансформации (отношений числа витков первичных обмоток к числу вит- 25 ков вторичных) управляюп1их трансфор. матором п и дополнительного трансформатора и где  — минимальное отношение бамИц зового тока силовых транзисторов к коллекторному, при котором они находятся в состоянии насыщения °

Таким образом, предлагаемые czeмотехнические решения приводят к повышению надежности преобразователя

sa счет предотвращения явления вторичного пробоя силовых транзисторов при эапирании, повышению быстродействия за счет сокращения времени запирания силовых транзисторов, сущест- венному упрощению преобразователя за счет сокращения числе элементов, входящих в схему коммутации тока в первичных обмотках управляющих трансформаторов, а также за счет упрощения управляющих трансформаторов и возможности обходиться беэ шунтирующих каждый силовой транзистор эбратных диодов (их роль выполняет коллекторный переход этих же транзисторов) обес55 печению симметричного перемагничивания силового трансформатора в том случае, когда нагрузка включена на

его вторичной стороне.

Кроме того, достоинством предлагаемого преобразователя является автоматическое обеспечение защиты от сквозных токов, а также полная гальваническая развязка цепей управления от силовых цепей, Формула изобретения

1. Двухтактный транзисторный пре-! образователь постоянного напряжения, содержащий силовые транзисторы, базаэмиттерные переходы которых присоедиI невы к вторичным обмоткам управляющих трансформаторов тока, количество которых равно количеству силовых транзисторов, первые выводы цепей первичных обмоток управляющих трансформаторов тока соедийены через резисторы с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого присоединен к общему выводу переключателя, коммутирующие выводы которого подключены к вторым выводам пер" вичных обмоток трансформаторов тока, циодный выпрямительный мост, первый вывод постоянного напряжения котороrо присоединен к второму выводу источника напряжения, а выводы переменного напряжения подключены к вторичной обмотке дополнительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в цепь выходного тока преобразователя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения коммутационных перегрузок в силовых транзисторах, силовые транзисторы включены по схеме с общей базой, при этом выводы постоянного напряжения диодного выпрямительного моста присоединены к цепи сброса энергии управляющих трансформаторов тока, а выводы переменного напряжения — к точкам соединения первых выводов цепей первичных обмоток управляющих трансформаторов тока и резисторов.

2. Преобразователь по п.1, о т— личающийся тем, что вкач стве цепи сброса энергии управляющих трансформаторов тока использован источник напряжения.

3. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, цепь сброса энергии управляющих трансформаторов тока выпол14535б3 8 нека в виде последовательно. соединен- вичных обмоток управлякицих трансфорных конденсатора и стабилитрона, маторов тока. включенных соответственно между пер- 4, Преобразователь по п.1, о т— вым и вторым выводами постоянного

5 л и ч а ю щ и Й с я тем, что при конапряжения диодного выпрямительного личестве одновременно переключающихмоста, при этом указанное соединение ся силовых транзисторов более одного первых выводов цепей первичных обмо- первичные обмотки управляющих трансток управляющих трансформаторов тока форматоров тока этих силовых транс резисторами осуществлено через пер- 1р зисторов включены согласно последовый и второй введенные диоды, а точ- вательно. ка соединения конденсатора и стаби- 5. Преобразователь по пп.1 - 3, литрона цепи сброса энергии управляю- отличающийся тем, что щих трансформаторов тока соединена последовательно в цепь вторичной обчерез третий и четвертый введенные 1Б мотки дополнительного трансформатора ,диоды с первыми выводами цепей пер.- тока включен конденсатор.

1453563

Составитель В.Ежов

Техред М.Дидык Корректор В,Романенко

Редактор H,ßöîëà

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

Заказ 7299/54 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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