Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение,относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания . Цель - повышение надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах. Устройство содержит силовой трансформатор вторичные обмотки 2,3 которого соединены через выпрямитель 4 и фильтр 5 с выходными выводами. Первичная обмотка 6 присоединена через дополнительный силовой транзистор 7 и высоковольтный силовой ключ к входным выводам. Высоковольтный транзисторный ключ состоит из N силовых транзисторов , N защитных диодов, N-1 дополнительных источников напряжения и низковольтного транзистора 8. При поступлении отпирающего напряжения с обмоток трансформатора 20 бтока 21 управления силовые транзисторы 9 - 11 и 7 отпираются и происходит передача энергии к выходным выводам. При поступлении запирающего напряжения с базовых обмоток трансформатора 20 сначала запирается низковольтный транзистор 8 и затем последоваю

СС103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (ц)у H 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ у AOToeceoev ceelleTHlbcTeу

Йк.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4609735/07 (22) 24. 11.88 (46) 30. 03. 91. Бюл. й- 12 (71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова (72) С.А.Кузьмин и Г.А.Белов (53) 621.314.058 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 675554, кл. Н 02 И 3/335, 1976, Авторское свидетельство СССР

Ф 913351. кл. Н 02 И 3/335, 1989.

Авторское свидетельство СССР

II- "1381461, кл. Н 02 Н 3/335, 1986. (54) ОДНОТАКТНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель — повьппение надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах. Устройство со„„SU„„163 774 А1

2 держит силовой трансформатор 1,вторичные обмотки 2,3 которого соединены через выпрямитель 4 и фильтр 5 с выходными выводами. Первичная обмотка 6 присоединена через дополнительный силовой транзистор 7 и высоковольтный силовой ключ к входным выводам. Высоковольтный транзисторный ключ состоит из Н силовых транзисторов, И защитных диодов, N-1 дополнительных источников напряжения и низковольтного транзистора 8. При поступлении отпирающего напряжения с обмоток трансформатора 20 блока

21 управления силовые транзисторы

9 — 11 и 7 отпираются и происходит передача энергии к выходным выводам.

При поступлении запирающего напряжения с базовых обмоток трансформатора 20 сначала запирается низковольтный транзистор 8 и затем последова1

3 твенно снновие тренвнсторн 9 — Tl, причем максимальное напряжение на коллекторах силовых транзисторов

1638774

9 — 11 ограничивается. через защитные диоды 12,13 на необходимом уровне.

1 з.п. ф- лы, 2 ил..

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

Цель изобретения — повышение надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах однотакт- 15 ного преоб азователя постоянного напряжения в постоянное.

На фиг.l приведена электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг.2 — диаграммы токов напряжений на элементах преобразователя.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное со. держит силовой трансформатор l,âòî- 25 ричные обмотки 2,3 которого соединены через выпрямитель 4 и фильтр 5 с выходными выводами, а первичная обмотка 6 включена между дополнительным силовым транзистором 7 и высо- . ковольтным транзисторным ключом,который состоит из низковольтного транзистора 8 и, например, из трех силовых транзисторов 9, 10 и 11, трех защитных диодов 12, 13 и 14 и двух вспомогательных источников 15 и 16 ,напряжения. Управляющие переходы си-! ловых транзисторов присоединены к базовым обмоткам 1.7, 18 и 19 транс форматора 20 блока 21 управления че40 рез последовательные цепи 22, 25 и

24 из резисторов и диодов, а управляющие переходы низковольтного 8 и дополнительного силового 7 транзисторов соединены через резисторы 45

25, 26 с боковыми обмотками 27, 28 трансформатора 20, а первый 29 и второй 30 замыкающие диоды включены между выводами первичной обмотки 6 и входными выводами. Для равномерно50 го распределения напряжения между силовыми транзисторами в схему преобразователя могут быть введены резисторы 31,32 и 33.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, ра55 ботает следующим образом.

Для разделения входного напряжения между силовыми транзисторами

9, 10 и 11 иснользуются вспомогательные источники 15, 16 напряжения и поочередное запирание транзисторов.

В общем случае необходимо иметь 0-1 вспомогательных источников напряжения. Напряжение на выходе каждого вспомогательного источника напряжения должно быть в Н раз меньше напряжения питания. Диоды 29 и 30 являются замыкающими диодами, с их помощью происходит рекуперации энергии,запасенной в иыдуктивности рассеяния силового трансформатора 1. Защитные диоды 12 и 13 выполняют.две функции: во-первых, эти диоды отключают вспоФ могательные источники от силовых транзисторов 9 — 11 на время, когда силовые транзисторы открыты, и предотвращают замыкание входного напряжения на вспомогательные источники

15 и 16 напряжения; во-вторых диоды

12, 13 и вместе с ними диод 14 создав ют цепь для протекания запирающего тока базы на интервалах рассасывания силовых транзисторов 9 — 11.

В момент t блок 21 управления вырабатывает отпирающий импульс. Этот .сигнал появляется одновременно на базовых обмотках 17 — 19 и 27, 28, т.е. в момент и .все транзисторы

7 - 11 отпираются. На последующем интервале С вЂ” t1 открытого состояния транзисторов процессы в данном преобразователе аналогичны процессам в обычном преобразователе с прямым включением диода. Диоды 12 — 14 и 29, 30 закрыты, выходы вспомога- . тельных источников 15, 16 напряжения отключены от силовых транзисторов.

Энергия из источника питания передаеТся к выходным выводам преобразователя. Кроме того, происходит подзаряд конденсаторов вспомогательных источников 15, 16 напряжения через дополнительные обмотки трансформатора 1.

Выключение транзисторов происходит в следующем порядке. Б некоторый момент блок. 21 управления меняет полярность-напряжения на первичной обмотке трансформатора 20,соот ветственно меняется полярность напря5, 163877 жения на оомотках 17 — 19 и 27, 28.

По истечении времени рассасывания (34, фиг.2) в момент t< запирается низковольтный транзистор 8. Этот транзистор низковольтный, выбирается из класса ВЧ- и СВЧ-приборов и запирается первым.

После выключения транзистора 8 в момент t< эмиттерная цепь силового транзистора 9 разрывается. На последующем интервале t — t ток коллектора этого транзистора замыкается по цепи базы через диод 14. В цепи базы транзистора 9 протекает ток (35, фиг.2), равный току коллектора, который приводит к быстрому рассасыванию носителей в базе и выключению транзистора 9 в момент

После выключения транзистора 9 20 разрывается эмиттерная цепь силового транзистора 10. На последующем интервале t-t 1 ток первичной обмотки 6 силового трансформатора 1 замыкается через переход коллектор — 25 база транзистора 10, диод 13 и вспомогательный источник 11. Происходит процесс рассасывания в транзисторе

10 при этом ток базы равен току коллектора (36, фиг.2), Параллельно 30 с этим происходит нодзаряд конденсатора на выходе вспомогательного источника 16. Кроме этого, важно отметить, что диод 13 не толт.ко создает путь для запирающего тока, но и подключает к транзисторному ключу вспо— могательный источник 16 питания,Поэтому на инч ервале t -t з потенциал базы транзистора 10 примерно равен потенциалу вывода вспомогательного 40 источника 16 питания. Следовательно, на этапе t -t к коллектору транзистора 9 прикладывается напряжение одного вспомогательного источника, т.е. одна треть напряжения питания. 45

B момент t выключается транзистор 10 (38,фиг.2). На последуюшем интервале t -t ток первичной обмотЭ Ф ки замыкается ч .рез коллекторный переход транзистора 11, диод 12 и 50 вспомогательные источники 15 и 16 °

На базе транзистора 11 поддерживает— ся потенциал вывода источника !5.

Поэтому к паре закрытых транзисторов 9 и 10 пригсладывается напряжение, 55 равное двум третям от питающего.

Пбсле выключения силового транзистора ll (37, 40, фиг.2) в момент

tq. открывается замыкающий диод 29. К

4 6 трем силовым транзисторам 9, 10 и 11 прикладывает я входное напряжение (41, фиг.2).

Выравнивание напряжения на силовых транзисторах 9 — 11, когда они закрыты, может производиться известными методами. Это можно сделать, например, путем шунтирования транзисторов стабилитронами, резисторами и т.п, И преобразователе на фиг.1 для этого предусмотрены резисторы

31 — 33. Ток этих резисторов открывает диоды 12, 13 и потенциал коллекторов транзисторов 9 и 10 фиксируется.

Вспомогательный силовой транзистор 7 управляется напряжением на обмотке 27 .синхронно с остальными транзисторами. Момент выключения транзистора 7 (44, фиг,2) запаздывает относительно момента смены полярности напряжения обмотки 27 на время рассасывания.

Момент выключения транзистора 7 (44, фиг.2) не обязательно должен быть привязан к моменту t< запирания силового транзистора 11. Допустимыми являются ситуации, когда вспомогательный транзистор выключается как на интервале t<-С, так и после момента t<, когда выключается силовой транзистор 11. Прп этом несколько изменяется пиркуляция энергии в преобразователе. Например, если вспомогательный транзистор 7 выключается позже транзистора 11, то пос- ле момента t4 и до момента выключения транзистора 7 ток первичной обмотки 6 замыкается через диод 29 и транзистор 7.

После того, как в некоторый мо— мент выключаются все силов,е транзисторы (на фиг ° 2, момент t<),схема переходит в состояние, когда открыты оба замыкающих диода 29,30. На последующем интервале происходит рекуперация энергии, запасенной в индуктивности рассеяния первичной обмотки б силового трансформатора 1.

В момент t ток в первичной обмотке 6 спадает до нуля. Далее до момента t Ь ток намагничивания силового трансфо рматора 1 (43, фиг. 2) з амыкается через обмотку 3, диод выпрямителя 4 и выходной конденсатор фильтра 5, На данном интервале Е -t+ сердечник силового трансформатора размагничивается.

1б38774

Суммарное напряжение на транзисторах 9 — 11 (41, фиг.2) и напряжение на первичной обмотке 6 силового трансФорматора I (42, фиг.2) имеют характерную ступенчатую форму иэ-за поочередного выключения силовых транзисторов.

Такйм образом, преимущества предложенного преобразователя заключаются в повышении надежности на основе ограничения напряжения на силовых транзисторах и упрощения управляющей части преобразователя.

Формула изобретения

1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий сиповой трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, первый вывод первичной обмотки силового трансформатора присоединен к первому входному выводу через первый замыкающий диод 25 и второму входному выводу через вы-СОКОВОльтныи TpBHBHctopHblH ключ,сОстоящий из низковольтного транзистора, включенного между вторым входным выводом и последовательной цепью из N 3p силовых транзисторов, базы которых .соединены через N защитных диодов соответственно с первыми выводами

N-1 вспомогательных источников напряжения, включенных согласно-паследо- 3 вательно, при этом база силового транзистора, подключенного эмиттерам к низковольтному транзистору,присое.1динена через защитный диод к второму входному выводу, к базам каждого из 4р

Н силовых транзисторов, подключены первые .выводы последовательных цепей из резистора и диода, а управляющий переход низковольтного транзистора подключен через резистор к базовой обмотке трансформатора блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах, введены (0+1)-ная базовая обмотка трансформатора блока управления, второй замыкающий диод и вспомогательный силовой транзистор, вклй-.енный между первым входным выводом и вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора,соединенным через второй замыкающий диод с первым выводом крайнего из N-1 всломогательных источников напряжения, второй вывод другого крайнего из которых подключен к второму входному выводу, причем N базовых обмоток трансформатора блока управления включены соответственно между вторымн выводами цепей иэ резисторов и диодов и .эмиттерами М силовых транзисторов, а управляющий переход дополнительного силового транзистора подключен через резистор к (0+1)-й базовой обмотке трансформатора блока управления, 2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем,.что вспомогательные источники напряжения выполнены на основе выпрямителей, входы которых присоединены к дополнительным обмоткам силового трансформатора, а выходы подключены к накопительным конденсаторам.

1638774

Составитель Т.Ершова

Техред С.Мигунова Корректор С.Черни

Редактор М.Келемеш

Заказ 932 Тираж 386 Подписное

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101