Управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования, ключевых усилителях и стабилизаторах напряжения. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования тока нагрузки и увеличения быстродействия, а также повышение надежности и экономичности. В преобразователе силовой транзисторный ключ 3 выполнен из двух транзисторов 4 и 15 различного типа проводимости и между их коллекторами включен диод 14 с наложением заряда и резким восстановлением обратного сопротивления, что позволяет исключить дополнительный источник питания для диода 14, что существенно для больших мощностей нагрузки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1603505 А 1

{51) H 02 И 7/1".! ",Ф 1 k. .; .,,; tjgPyg q

Р (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

f (21) 4396651/24-07 (22) 25.03.88 (46) 30.10.90. Бкл. Р 40 (71) Таджикский государственный университет им. В.И. Ленина (7?) В.В. Кравченко, В.А. Первеев, Т.Н. Кравченко и К.Н. Потапов (53) 621.314.632(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1343520, кл. Н 02 М 7/12, 1984.

Электронная техника в автоматике.

Вып. 11 . И.: Сов. радио, 1980, с. 100-105. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах. управления и регулирования, ключевых усилителях и стабилизаторах напряжения. Цель изобретения — расюирение диапазона регулирования тока нагрузки и увеличение быстродействия, а также повью ение надежности и экономичности. В преобразователе силовой транзисторный ключ 3 выполнен из двух транзисторов 4 и 15 различного типа проводимости и между их коллекторами включен диод 14 с наложением заряда и резким восстановлением обратного сопротивления, что позволяет исключить дополнительный источник литания для диода 14, что существенно для бопьших мощностей наЯ грузки. 2 з.п.4>-лы, 2 ил.

1603505

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования, ключевых усилителях и стабилизаторах напряжения.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования тока нагрузки и увеличение быстродейс вия, а также повъш|ение надежности и экономичности, На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2— временные диаграммы работы элементов преобразователя. 15

Управляемый преобразователь содержит подключенный входами и выходами к питающей сети выпрямитель 1 с конденсаторным фильтром 2 íà его выходе., силовой транзисторный ключ 3, 20 содержащий транзистор 4 п-р-и типа, соединенный базой через конденсатор

5 с первым выходом блока управления, состоящего из широтно-импульсного модулятора б и источника 7 питания. 25

Цепь нагрузки из активного сопротивления 8 и дросселя 9 шунтирована обратным диодом 10 и соединена одним выводом с положительным полюсом выпрямителя 1, а другим — с одним из

1 въ1водов дросселя 11, шунтированным последовательно соединенными резистором 12 и диодом 13, включенным в обратном направлении. Между базой и коллектором транзистора 4 включен диод 14 с накоплением заряда и резким восстановлением обратного сопротивления, а эмиттер транзистора 4 соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 1 Другой вывод дросселя 11 4р подключен к эмиттеру транзистора 15 р и-р типа силового транзисторного ключа 3. Коллектор транзистора 15 подключен к аноду диода 14, а его база подсоединена к катоду диода .14 . через диод 16, включеннный анодом к базе транзистора 15. Анод диода 14 с накоплением заряда связан с базой транзистора 4 через диод 17, включеннЪ|й катодом к базе. Блок управления содержит также источник 18 питания.

Источники 7 и 18 питания блока управления выполнены со средней точкой и содержат каждый диодный мост, одна диагональ которого подключена к втор ичным обмоткам трансформатора 19, а; другая снабжена фильтром из двух последовательных конденсаторов, Первичная обмотка трансформатора 19 подключена к питающей сети, Б состав блока управления входят еще два узла

20 и 21 формирования двухполярных импульсов, причем выход узла 20 формирования соединен через включенный параллельно конденсатору 5 диод 22 с базой первого силового транзистора

4, а BbLxop, узла 21 формирования соединен через включенный параллельно второму конденсатору 23 диод 24 с базой второго силового транзистора 15.

Входы узлов 20 и 21 формирования связаны с первым и вторым (инверсным) выходами широтно-импульсного модулятора 6. Средняя точка между конденсаторами фильтра источника 7 питания блока управления соединена с эмиттером транзистора 4, а средняя точка между конденсаторами фильтра источника 18 питания блока управления — с .эмиттером второго силового транзистора 15. Узел 20 формирования двухполярных импульсов выполнен в виде двух транзисторов 25 и 26 разного типа проводимости, а узел 21 формирования — в ниде двух транзисторов 27 и

28 разного типа проводимости, Эмиттеры транзисторов 25 и 26 объединены и .являются выходом узла 20, подключенным к базе транзистора 4 через параллельно соединенные конденсатор 5 и диод 22. Эмиттеры транзисторов 27 и 28 также объединены и являются выходом узла 21, подключенным к базе транзистора 15 через параллельно соединенные диод 24 и конденсатор 23.

Коллекторы транзисторов 25 и 26 узла

20 подключены к полюса|.источника 7 блока управления, а коллекторы транзисторов 27 и 28 — к полюсам источника 18 блока управления. Базы транзисторов 25 и 26 узла 20 объединены, а между точкой их соединения и коллектором каждого транзистора 25 и 26 включены фотодиоды 29 и 30, оптически связанные со светодиодами 31 и 32 соответственно.-Базы транзисторов 27 и 28 узла 21 также объединены, а между точкой их соединения и коллектором каждого транзистора 27 и 28 включены фотодиоды 33 и 34, оптически связанные со светодиодами 35 и 36 соответственно. Светодиоды 31 и 36, принадлежащие цепи коллектор — база транзисторов 25 и 28 узлов 20 и 21,,объединены между собой и подключены к второму (инверсному) выходу широтно-импульсного модулятора 6, Светодио05 6 объединенных эмиттерах транзисторов

27 и 28) — такая же последовательность двухполярных импульсов, но в инвертированном виде, причем длительность каждого импульса пропорциональна уровню напряжения на входе управления модулятора 6 (фиг. 2).

Таким образом, при поступленйи на базу транзистора 4 импульса положительной полярности с выхода узла 20 одновременно на базу транзистора 15 поступает импульс отрицательной полярности с выхода узла 21 относительно эмиттеров соответствующих транзисторов. Эти импульсы преобразуются в импульсы короткой длительности конденсаторами 5 и 23 соответственно и одновременно открывают транзисторы 4 и 15, которые подключают цепь нагрузки из активного сопротивления 8 . и дросселя 9 к выпрямителю 1 с конденсаторным фильтром 2. При этом ток нагрузки течет через эмиттер-коллекторный переход транзистора 15, диод

14 с накоплением заряда и резким восстановлением обратного сопротивления и коллектор-эмиттерный переход транзистора 4, а далее — к,отрицательному полюсу выпрямителя 1. Транзисторы 4 и 15 образуют регенеративную структуру и поддерживают один другого во включенном состоянии sa счет положительной обратной связи. Диоды 16 и 17 при этом поддерживают оба силовых транзистора 4 и 15 в ненасыщенном граничном режиме, при котором напряжение на коллекторе равно напряжению на базе, что обеспечивает отсутствие накопления заряда в базах транзисторов 4 и 15, тем самым обес- печивая их быстрое отключение, время которого складывается из времени рассасывания накопленного в базах заряда и времени спада коллекторного. тока.

Через диод 14.с накоплением заряда во время включенного состояния силовых транзисторов 4 и 15 течет ток нагрузки, при этом диод 14 накапливает заряд, пропорциональный току нагрузки.

При поступлении на базу транзистора 4 с вйхода узла 20 импульса отрицательной полярности, а на базу тран- . зистора 15 с выхода узла 21 — импульса положительной полярности транзисторы 4 и 15 закрываются, а ток нагрузки в течение некоторого времени будет

5 .,1 6035 ды 32 и 35, принадлежащие цепи коллектор — ..база транзисторов 26 и 27 узлов 20 и 21, объединены между собой и подключены к первому выходу широт- 5 но-импульсного модулятора 6.

Преобразователь работает следующим образом.

При запуске широтно-импульсного модулятора 6 на его первом выходе фор-10 мируется последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна уровню напряжения на входе управления. На втором (инверсном) выходе модулятора 6 формируется такая 15 же последовательность импульсов, но в инвертированном виде. Импульсы с. первого выхода модулятора 6 поступа-! ют на светодиоды 32 и 35 узлов 20 и

21, которые одновременно генерируют 20 оптическое излучение на время длительности импульса, воспринимаемое ,фотодиодами 30 и 33 узлов 20 и 21. В

1результате появления на базе транзисITopa 26 узла 20 напряжения отрицатель-25 ной полярности, а на базе транзистора 27 узла 21 — напряжения положитель- ной полярности эти транзисторы открываются на время длительности импульса с первого выхода модулятора 6, 30

Транзисторы 25 и 28 в это время за- . крыты. По окончании импульса с первого выхода модулятора 6 светодиоды

32 и 35 обесточиваются, транзисторы

26 и 27 закрываются, но в это время (в период паузы между импульсами с первого выхода модулятора 6) появля- ется импульс на:его втором (инверс-. ном) выходе, поступающий на светодиоды 31 и 36 узлов 20 и 21, которые 40 одновременно генерируют оптическое излучение на время паузы между импульсами на первом входе модулярора 6, воспринимаемое фотодиодами 29 и 34 узлов 20 и 21. В результате по- 45 явления на базе транзистора 25 напря. жения положительной полярности, а на базе транзистора 28 — напряжения отрицательной полярности эти транзисторы открываются на время длительнос- 50 ти импульса с второго (инверсного) выхода модулятора 6. Транзисторы 26 и 27 в это время закрыты. Затем цикл формирования импульсов в узлах 20 и

21 повторяется и в результате на вы- r5 ходе узла 20 (на объединенных эмиттерах транзисторов 25 и 26) формиру-. ется последовательность двухполярных импульсов, а на выходе узла 21 (на

1603505 протекать по цепи: средняя точка ис- вания тока нагрузки, увеличения быстточника 18 питания блока управления, родействия; а также повышения надежколлекторно-эмиттерный переход откры- ности и экономичности, силовой трантого в это время транзистора 27 узла . 1зисторный ключ дополнительно содержит

21 формирования, диод 24, диод 16, ди- второй транзистор р-и-р типа, подклюод 14 с накоплением заряда, диод 17, ченный эмиттером к другому выводу инд иод 22 эмиттерно-коллекторный пе- дуктивнос ти, коллектором — к аноду, У реход открытого в это время транзис- а базой — к катоду диода с накопленитора 26 узла 20 формирования, нижний 10 ем заряда через первый дополнительпо схеме фиг. 1 конденсатор источни- ный диод, обращенный анодом к базе ка 7 питания, отрицательный полюс второго транзистора, при этом анод выпрямителя 1. диода с накоплением заряда связан с

Однако ток по этой цепи будет про- базой первого транзистора через втотекать в течение времени рассасывания 15 рой дополнительный диод, подключензаряда накопленного диодом 14, вклю- ный катодом к базе первого транзистозаряд ченным в этой цепи в обратном направ- ра, а блок управления содержит второи ленни. Таким образом, на время расса- источник питания и два узла формиросывания заряда в диоде l4 напряжение вания двухполярных импульсов, связанна коллекторах транзисторов 4 и 1.5 20 ный каждый со своим источником питавозрастать не будет, в результате они ния, причем первый и второй источни, будут на это время надежно выключены. ки выполнены со средней точкой, выход

По окончании рассасывания током на- первого узла формирования двухполяргруэки накопленного в диоде 14 заря- ных импульсов соединен с .базой перда его обратное сопротивление резко 25 вого транзистора через третий дополвозрастает в результате чего резко нительный диод, йодключенный: анодом

Р возрастает коллекторное напряжение к базе, включенный параллельно персиловых. транзисторов 4 .и 15, которые вому конденсатору, выход второго узв это время уже окончательно выключе- ла формирования двухполярных импульны а ток нагрузки переключается в 30 сов соединен с базой второго транзису обратный диод 10. В дальнейшем цикл тора через четвертый дополнительныи работы транзисторного ключа 3 повто- диод, соединенный катодом с базой, включенный параллельно второму конденсатору, а входы первого и второго

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я узлов формирования связаны с первым

35 и вторым выходами широтно-импульсно1. Управляемый преобразователь го модулятора, при этом средняя точпеременного напряжения в постоянное, ка первого источника питания блока содержащий выпрямитель с входными вы- управления соединена с эмиттером, водами и конденсаторным фильтром на 40 первого транзистора, а средняя точка

erо выходе, силовой транзисторный второго источника питания блока упключ, содержащий первый транзистор равления соединена с эмиттером трани-р-и типа, соединенный базой через зистора. первый конденсатор с первым выходом 2. Преобразователь по п. 1, о т— блока управления, содержащего широт- 45 л и ч а ю шийся тем, что каждый но-импульсный модулятор и первый. ис- узел формирования двухполярных имточник питания, выходные выводы, один пульсов выполнен в виде двух транзисиз которых соединен с I оложительным торов разного типа проводимости, эмитвыводом выпрямителя, а другой образо- теры которых объединены и являются ван одним из выводов дросселя при выходом узла, коллекторы этих тран50 этом между базой и коллектором пер- зисторов подключены к полюсам своего вого транзистора включен диод с на- источника питания, а базы связаны с к плением заряда обращенный катодом первым и вторым выходами широтно-им9.

Ф к коллектору, эмиттер первого тран- пульсного модулятора. эистора соединен с отрицательным вы- 3. Преобразователь по п. 2, о т

55 б 1 водом выпрямителя, а выходные выво- л и ч а ю щ и и с я тем, что азы

: ды шунтированы обратным диодом, о т — транзисторов каждого узла формировал и ч а ю шийся .тем, что, с ния двухполярных импульсов объединеью расширения диапазона регулиро- ны, а между точкой их соединения и

1603505

Импульсы на первом выходе моду-. лятора 6

t райски=

1рассасы5анал аиайа t4

t гИергкки =

t рассасыбание . аиИа 14

Фиг.2

Составитель В. Горохов

Редактор A. Маковская Техред М,Дидик

Корректор Т. Палий

Заказ 3392

Тираж 500

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдагель< кий комбинат "Пате нт", г.ужгород, ул. Гагарина,101 коллектором каждого транзистора узла включены фотодиоды, оптически связанные с согветствующим светодиодом, при-, чем светодиоды, принадлежащие цепи коллектор-база разнотипных транзис пульсы на втором (инверсном) выходе модулятора б

Напряжение на выходе узла 20 относительно эмиттера транзистора

Напряжение на базе транзистора 4 относительно его эмиттора

Напряжение на выходе узла 2l относительно эмиттера транзистора

Напряжение на базе транзистора 15 относительно его эмиттера

Напряжение на коллекторе тран; эистора 4 относительно его эмиттера

Напряжение на коллекторе тран эистора 15 относительно его эмиттера торов первого и второго узлов формирования двухполярных импульсов; объе-,,динены между собой и подключены к:.." первому и второму вьжодам широтно-импульсного модулятора соответственно °