Самовозбуждающийся преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники и м.б. использовано во вторичных источниках электропитания . Цель - повьппение КПД и надежности путем снижения коммутационных перегрузок силовых транзисторов. Ус тр-во содержит трансформатор, первичная обмотка 1 которого средним выводом подключена к первому входному выводу, а крайними вьшодами - к коллекторам силовых транзисторов 6, 7, эмиттеры которых соединены с коллектором коммутирующего транзистора 8. Эмиттер коммутирующего транзистора 8 через резистивньш шунт 9 подключен к второму входному вьюоду. Сигнал мгновенного значения тока первичной обмотки I трансформатора подается с резистивно & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1457130 А1 511 4 Н 02 М 7/537

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П1НТ СССР (21) 4242425/24-07 (22) 12,05.87 (46) 07.02.89. Бюл. У 5 (7)) Отделение Всесоюзного научноисследовательского института электромеханики (72) С.Н.Болдырев (53) 621,314.58(088.8) (56) Басовский В.Ф. Транзисторные преобразователи напряжения. Киев:

Техника, 1974, с. 33, 34, рис, 5.19, Патент США 1Ф 3626207, кл. Н 02 М 7/537, 307-250, 07.12.71.

Патент СИА - 3956684, кл. Н 02 M 7/537, 321-12, 11.05.76. (54) САИОВОЗБУЖДА10ЩИЙСЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и м.б. использовано во вторичных источниках электропитания. Цель — повышение КПД и надежности путем снижения коммутационных перегрузок силовых транзисторов. Устр-во содержит трансформатор, первичная обмотка 1 которого средним выводом подключена к первому входному выводу, а крайними выводами — к коллекторам силовых транзисторов 6, 7, эмиттеры которых соединены с коллектором коммутирующего транзистора 8. Эмиттер коммутирующего транзистора 8 через резистивный шунт 9 подключен к второму входному выводу. Сигнал мгновенно- а го значения тока первичной обмотки 1 тРансФорматора подается с реенстнано- (/) 145 го шунта 9 на первый вход компаратора 19, на второй вход которого с этого же шунта 9 через RC-фильтр 21 подается сигнал постоянной составляющей тока первичной обмотки 1 трансформатора. Выходной сигнал компаратора 19 является управляющим для коммутирующего транзистора 8, при выключении которого происходит смена полярности на обмотках трансформатора. Снгнал, 7130 поступающий на второй вход компаратора 19, сдвигает его порог срабатывания прямо пропорционально изменению тока нагрузки, этим достигается снижение „коммутационных потерь в силовых транзисторах 6 и 7 и потерь на перемагнйчивание магнитопровода трансформатора в диапазоне изменения от тока холостого хода до номинапьного.

1 ил.

10, 15

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

Целью изобретения является повышение КПД и надежности преобразователя.

На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства.

Самовозбуждающийся преобразователь постоянного напряжения содержит первичную обмотку трансформатора со

I средним выводом 1, вторичную обмотку трансформатора 2, управляющую обмотку

3, базовые резисторы 4 и 5, силовые транзисторы 6 и 7, коммутирующий тран зистор 8, резистивный шунт 9, два диода 10 и 11 цепи управления, два запирающих диода 12 и 13, цепь 14 запуска, двухполярный источник 15 напряжения, первый и второй источники

16 и 17 опорного напряжения, транзисторный усилитель 18 мощности, компаратор 19, пороговый одновибратор 20, RC-фильтр 21, пять. резисторов 22-26 и дополнительный диод 27, Устройство работает следующим об» разом.

В .исходном состоянии, т.е. при наличии напряжения от двухполярного источника 15, на выходе транзисторного усипителя 18 мощности присутст« вует положительный управляющий сигнал и коммутирующий транзистор 8 находится в открытом состоянии. На выходе порогового одновибратора 20положительный уровень напряжения.

При включении основного источника питания напряжение поступает на средний вывод первичной обмотки 1 транс- . форматора и входные выводы цепи 14 запуска, при этом сиповые транзисторы 6 и 7 находятся в закрытом состоянии. После заряда конденсатора цепи запуска до определенной величины в ней срабатывает пороговый элемент и на базу силового транзистора

6 поступает управляющий импульс на" пряжения. Транзистор 7 открывается и на управляющей обмотке 3 появляется напряжение, поддерживающее силовой транзистор 6 в открытом состоянии, напряжение вторичной обмотки 2 прикладывается к нагрузке, а налряжением дополнительной обмотки трансформатора отключается цепь запуска.

Управляющий ток силового транзистора

6 не протекает через резистивний шунт

9. Управляющий ток коммутирующего транзистора 8 также не протекает через резистивный шунт 9. На резистивном шунте 9 выделяется только ток первичной полуобмотки 1, это позволяет использовать шунт малой мощности и выделить сигнал тока нагрузки без дополнительных искажений.

На неинвертирующий вход компаратора 19 постоянно подается через резистор 22 уровень положительного напряжения от первого опорного источника 16 и через резистор 23 - сигнал мгновенного значения тока с резистив. ного шунта. 9, одновременно этот сигнал поступает через RC-фильтр 21 и резистор 24 на инвертирующий вход компаратора 19. С помощью RC-фильтра

21 выделяется сигнал постоянной сос1457130

30 тавляющей тока первичной обмотки 1 трансформатора. При работе устройства в режиме холостого хода постоянная составляющая на выходе RC-фильтра не5 велика и равна среднему значению тока намагничивания трансформатора. Порог срабатывания компаратора 19 настраивается с помощью резисторов 22 и 23 на номинальное значение тока первичной обмотки, как это делается в известных преобразователях, а на величину тока намагничивания, соответствующего колену характеристики намагничивания магнитопровода транс- 15 форматора. Коммутируемый ток при этом невелик и поэтому потери в силовых транзисторах 6 и 7 в моменты выключения, а также потери в магнитопроводе трансформатора невелики. Коммута- 20 ция происходит в момент, когда сигнал тока на неинвертирующем входе компаратора 19 достигнет порога срабатывания, при этом на его выходе появляется отрицательный уровень на- 25 пряжения, коммутирующий транзистор

8 форсированно запирается отрицательным током базы, протекающим через транзисторный усилитель 18 мощности от двухполярного источника 15;

Формированное запирание снижает потери на выключение в коммутирующем транзисторе за счет уменьшения длительности процесса коммутации. Ком мутирующий транзистор 8 закрывается и прерывает силовой и управляющий токи транзистора 6, после чего происходит его быстрое запирание посредством вывода неосновных носителей из базы через диод 12. Ток, протека- 40 ющий через резистивный шунт 9, прекращается, напряжение на обмотках трансформатора меняет полярность, компаратор 19 возвращается в исходное состояние, коммутирующий транзистор 45

8 снова открывается и начинает работать силовой транзистор 7. Работа инвертора во втором полупериоде происходит аналогично, Далее процессы повторяются. 50

С увеличением тока нагрузки увеличивается величина его постоянной составляющей, при этом инвертирующий вход компаратора 19 одновременно смещается в отрицательную сторону и по- 55 рог срабатывания компаратора прямо пропорционально увеличивается. Токкоммутируемый силовыми транзисторами, при этом возрастает, а доля тока намагничивания трансформатора остается неизменной, поэтому и потери

1 трансформатора на перемагничивание с ростом тока нагрузки не увеличиваются.

Таким образом, коммутационные потери в силовых транзисторах увеличиваются с увеличением тока нагрузки и уменьшаются при его уменьшении, КПД инвертора при этом остается неизменным.

Работа устройства при перегрузке на выходе происходит следующим образом.

Сигнал тока первичной обмотки 1 трансформатора поступает с резистивного шунта 9 на вход порогового одновибратора 20 через резистор 26, где сравнивается с напряжением второго опорного источника 17, При аварийном увеличении тока выше допустимого значения пороговый одновибратор 20 срабатывает и на его выходе появляется отрицательный импульс напряжения, который поступает через диод 27 на неинвертирующий вход компаратора 19.

При этом коммутирующий транзистор 8 закрывается на время работы одновибратора 20 и инвертор выключается.Таким образом, в предлагаемом устройстве не повышается частота работы при перегрузке на выходе, а следовательно, и нет потерь, приводящих к перегреву силовых транзисторов. При сохранении перегрузки на выходе устройство работает в режиме автомати- ческого повторного включения от цепи 15 запуска.

Положительный технический эффект предлагаемого устройства заключается. в повышении КПД за счет снижения коммутационных потерь силовых транзисторов при уменьшении тока нагрузки ниже номинального значения; в снижении потерь на перемагничивание магнитопровода трансформатора, в повышении надежности sa счет обеспечения коммутирующему транзистору режима формированного запирания, в возможности увеличения ресурса благодаря снижению величины коммутирующих токов силовых транзисторов в режимах тока нагрузки меньше номинального; в обеспечении защиты, исключающей необходимость увеличения рабочей частоты инвертора и перегрев силовых транзисторов.

57130

Составитель B.Åæîâ

Редактор А.Ворович . Техред И.Дидык.

Корректор С. Черни

Заказ 7492/56 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произвопственно-полиграфическое препприятие, г. Ужгорал. ул. Проектная, 4 !

5 14

Формула изобретения

Самовоэбуждающийся преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого присоединена к выходным выводам, средний вывод первичной обмотки подключен к первому входному выводу, а крайние выводы - к коллекторам силовых транзисторов, базы которых соединены через базовые резисторы с выводами управляющей обмотки трансформатора, цепь запуска, вход которой присоединен к входным выводам, а выход — к базе одного из силовых транзисторов, два диода цепи управления, присоединенные первыми выводами к выводам управляющей обмотки трансформатора, два запирающих диода, присоединенных вторыми выводами к базам силовых транзисторов, коммутирующий транзистор, коллектор которого подключен к эмиттерам силовых транзисторов, эмиттер — к первому выводу резистивного шунта, второй вывод которого присоединен к второму входному выводу, а база коммутирующего транзистора соединена через усилитель мощности с выходом компаратора, первый вход которого присоединен через первый резистор к выходу первого источника опорного напряжения, резисторы, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД, надежности путем снижения коммутационных перегрузок транзисторов, введен двухполярный источник напряжения, второй источник опорного напряжения, RC-фильтр и дЬполнительный диод, включенный между первым входом компаратора и выходом введенного порогового одновибратора, первый вход которого присоединен к средней точке делителя, образованного вторым и

10 третьим резисторами и включенного между вторым входным выводом и выходом второго источника опорного напряжения, при этом входы питания первого и второго источников опорного

15 напряжения подключены к первому и общему выводам двухполярного источника напряжения, первый и второй выводы которого присоединены к входам питания усилителя мощности, порогор0 ваго одновибратора и компаратора, второй входной вывод которого соединен через четвертый резистор с точкой соединения резистора и конденсатора RC-фильтра, вывод резистора ко26 торого присоединен к второму входному выводу, а вывод конденсатора — к общему выводу источника двухполярного напряжения, подключенному также к второму входу порогового одновибра30 тора и вторым выводам диодов цепи управления, при этом пятый резистор включен между первым входом компаратора и вторым входным выводом, а первые выводы запирающих диодов соедиЗ иены с первым выводом источника двухполюсного напряжения.