Двухтактный преобразователь

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников вторичного электропитания, преобразующих постоянное напряжение преимущественно в постоянное, обладающих высокой надежностью и экономичностью. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя, уменьшение динамических .потерь и уменьшение излучения электромагнитных помех. Двухтактный преобразователь содержит два силовых транзистора 10, 11, коллекторами подклю

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 7/48

ГосудАРствен1ый комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

iJ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ош + Ещ„„

cue I (21) 4697469/07 (22) 26.05.89 (46) 07.09.91. Бюл. 1Ф 33 (71) Грозненское научно-производственное обьединение "Промавтоматика" (72) А.И.Кашуба, Г.М.Кузнецов и Б.Г.Соколов (53) 621.314,27 (088.8) (56) Ромаш 3;M., Драбович Ю.И., Юрченко

Н.Н., Шевченко П.И. Высокочастотные транзисторные преобразователи. — М.: Радио и связь. 1988, с. 126.

Авторское свидетельство СССР N. 570163, кл. Н 02 М 5/293, 1977.

„„5U„„1626042 А1 (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано и ри и рое кти рова нии источников вторичного электропитания, преобразующих постоянное напряжение преимущественно в постоянное, обладающих высокой надежностью и экономичностью. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя, уменьшение динамических .потерь и уменьшение излучения электромагнитных помех. Двухтактный преобразователь содержит два силовых транзистора 10. 11, коллекторами подклю1676042 ченных к концам первичной обмотки выходного трансформатора 18, выполненной со средней точкой. База транзистора 10 связана через ограничитель-формирователь 12 импульсов с коллектором транзи- 5 стора 11, база которого через второй ограничитель-формирователь 15 импульсов связана с коллектором транзистора

10. Каждый ограничитель-формирователь 12, 15 импульсов содержит диод 10

24, включенный между его входом 13 и выходом 14. В отли .ие от известного преИзобретение Относится к области электротехники, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при проектировании источников вторичного электропитания, обладающих высокой надежностью и экономичностью.

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя, уменьшение динамических потерь в силбвых транзисторах и уменьшение излучения электромагнитных помех, На фиг. 1 представлены двухтактный транзис;орный преобразователь (силовая часть) и блок-схема узла управления; на фиг. 2 —;.хема ограничителя-формирователя импульсов; на фиг, 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1) подключен к клеммам 1 и 2 источника пОстОЯннОГО напряжения, Узел управления содержит блок

3 управления, включающий генератор 4 импульсов и триггер 5 с прямым и инверсным выводами, два элемента 6 и 7 с о в и а ден ия, резисторы 8 и 9. Сило вы е транзисторы 10 и 11 подключены.коллек-,îðàìè к ограничителям-формирователям

12 импульсов (имеющим входной 13 и выходной 14 выводы) и 15 (имеющим соответственно входной 16 и выходной 17 выводы), а также к концам первичной обмотки трансформатора 18.

Выходная обмотка последнего подключена к выпрямителю 19 и фильтру 20, выход которого соединен с нагрузкой 21 преобразователя, Общий эмиттер транзисторов 10 и 11 соединен с клеммой 1 источника постоянного напряжения, клемма 2 которого соединена со средней точкой первичной обмотки трансформатора 18. Прямой выход триггера 5 блока 3 управления соединен с первым входом элемента 6 совпадения, второй вход которого соединен с выходом 14

45 образователь снабжен двумя двухвходовыми элементами 6, 7 совпадения, дополнительным источником питания, а каждый ограничитель-формирователь импульсов

12, 15 снабжен транзистором, резистором и конденсатором. Особым образом выполненный ограничитель-формирователь 12, 15 импульсов обеспечивает автоматическую блокировку подачи отпирающего сигнала на вход ранее закрытого силового транзистора до момента запирания открытого ранее ключа. 3 ил. первого ограничителя-формирователя 12 импульсов. Инверсный выход триггера 5 задающего генератора 3 соединен с первым входом второго элемента 7 совпадения, второй вход которого соединен с выходом 17 второго ограничителя-формирователя 15 импульсов. Выходы элементов

6 и 7 совпадения через резисторы 8 и 9 подключены к базам транзисторов 10 и 11 соответственно, Ограничитель-формирователь 12 (15) импульсов (фиг. 2) содержит транзистор 22, конденсатор 23, первый 24 и второй 25 диоды, резисторы 26 — 28, дополнительный источник 29 питания. Вывод конденсатора 23 соединен с входом 13 (16) ограничителяформирователя 12 (15) и с катодом первого диода 24, анод которого образует выходной 14 (17) вывод ограйичителяформирователя 12 (15), а также подключен к коллектору транзистора 22 и резистору

27. Второй вывод конденсатора 23 связан через резистор 26 с катодом диода 25, резистором 28 и управляющим входом транзистора 22, эмиттер которого соединен с вторым выводом резистора 28, анодом второго диода 25 и клеммой 1 источника постоянного напряжения. Резистор 27 подключен к дополнительному источнику

29 питания, вторая выходная клемма которого связана с общей клеммой 1.

Дополнительный источник 29 питания осуществляет также электропитание блока

3 управления и элементов совпадения 6 и 7.

При небольшой мощности преобразователя, потребляемой нагрузкой 21, клемму 2 можно подключить к дополнительному источнику 29 питания. При большой мощности преобразователя (или повышенном напряжении Епи,) на клеммы 1 и 2 подают напряжение от более мощного отдельного источника постоянного напряжения.

1676042

35 мента 7 совпадения (диаграмма 31) и. соответстве н но его выходе (диа грамма 40

55

Принцип действия преобразователя поясняется временными диаграммами на фиг.

3, где представлены диаграммы 30-37(напряжений.

Генератор 4 формирует нэ своем выходе импульсы с частотой следования в два раза большей необходимой частоты работы транзисторов 10 и 11 — выходной частоты преобразователя. На выходах триггера 5 формируются два импульсных сигнала 30 и

31 (фиг. 3), сдвинутых по фазе на 180 эл.град, которыми осуществляется синхронизация работы преобразователя.

Рассмотрим принцип формирования управляющих сигналов(0вх1о, 0вх11}транзисторами 10 и 11. Предположим, что в начальный момент на инверсном выходе триггера

5, т.е. на первом входе элемента 7 совпадения сформирован сигнал "Лог. 1" (U >< блока

7, диаграмма 31 на интервале to — t> фиг. 3), а на первом входе элемента 6 совпадения—

"Лог. 0" (Uex блока 6, диаграмма 30), При этом на выходе. элемента 6 совпадения также сформирован нулевой сигнал, поддерживающий транзистор 10 в закрытом состоянии. Сигнал, пропорциональный высокому напряжению на коллекторе транзистора 10, поступает íà 6торой вход элемента 7 совпадения, на.выходе которого сформируется сигнал, поддерживающий транзистор 11 в открытом состоянии.

В момент времени t< от генератора 4 на вход триггера 5 поступает очередной тактовый импульс (не показан), в результате чего триггер 5 перебрасывается и уровни на его выходах изменяются на противоположные (диаграммы 30 и 31 в момент времени 4). На первом входе эле35) .устанавливается нулевой уровень сигнала.

На первом входе элемента 6 совпадения в этот же момент устанавливается "Лог.

1", однако на его выходе остается нулевой логический уровень, так как на второй вход элемента совпадения 6 продолжает поступать "Лог. 0" с выхода 14 ограничителя-формирователя 12.

На интервале времени 0-12 происходит рэссасывание зарядов в базе транзистора

11, а затем на интервале t2-1з спад така и увеличение напряжения на его перехаде коллектор-эмиттер. Когда напряжение на коллекторе транзистора 11 достигнет максимума, на выходе 14 ограничителя-формирователя 12 устанавливается "Лог. 1" (диаграммы 36 и 37 в момент времени 1з).

При этом на выходе блока 6 совпадения

25 формируется сигнал отпирания транзистора 10 (диаграмма 32).

При уменьшении напряжения на коллекторе транзистора 10 на интервале времени tz-tg (диаграмма ЗЗ) происходит уменьшение напряжения на выходе 17 ограничителя-формирователя 15 импульсов, К моменту времени ta оно становится равным нулю (диаграмма 34), блокируя возможные ложные срабатывания, После прихода в момент времени t4 очередного тактового импульса с выхода генератора 4 происходит процесс выключения транзистора 11 и включения транзистора

10 аналогично вышеописанному.

Ограничители-формирователи 12 и 15 имеют одинаковое устройство (фиг, 2). В скобках указаны номера входа.и выхода ограничителя-формирователя 15.

Ограничитель-формирователь 12 (15) работает следующим образом.

В момент времени to, когда напряжение на коллекторе транзистора 11 равно нулю (диаграмма 36), напряжение на входе 13 ограничителя-формирователя 12 так же равно нулю. При этом ток от плюса дополнительного источника 29 питания течет через резистор 27, диод 24, вход 13 и открытый транзистор 11 к минусу источника

"9 питания. Благодаря малому падению напряжения на открытом диоде 24 и транзисторе 11, сигнал на выходе 14, являющийся входным для элемента 6 совпадения (диаграмма 37), имеет нулевой уровень. Во время спада тока транзистора 11 и увеличения напряжения на его коллекторе сигнал на входе

13 также увеличивается. При этом происходит заряд конденсатора 23 через резистор

26 и переход база-эмиттер транзистора 22.

Транзистор 22 открывается и удерживается в открытом состоянии все время пока происходит увеличение напряжения на коллекторе транзистора 11. Поэтому на интервале

1г-1з пока транзистор 22 открыт, на выходе

14 ограничителя-формирователя 12 остается уровень логического нуля. В момент времени l3; t9 и т.д. (диаграмма 36, фиг. 3) напряжение на входе 13 достигает максимума, заряд конденсатора 23 прекращается и транзистор 22 закрывается. Диод 24 также закрывается, тэк как к его катоду приложено напряжение равное примерно 2Е л (или

2Unum если используется только один источник питания 29). 8 результате на выходе 14 в моменты времени тз; tg и т.д. устанавливается уровень напряжения, соответствующий выходному напряжению источника 29 (диаграмма 37). Это напряжение является уровнем логической единицы, поступающей на вход второго

1676042 б 6 ния и разрешающей подачу ры 10 и 11 при их включении. Это приводит пока совпадения и сигнал управления на транзистор 10. к уменьшению потерь пр

На интервале t5 — м происходит . эисторов 10 и 11, уменьшению излучаемых апряжения на коллекторе электромагнитных помех преобразоватет анзисто а 11 (диаграмма 36, фиг. 3), Это 5 лем и, следовательно, упрощ р ению эк анов, напряжение поступает на вход 13. Как толь- фильтров и других ср д гих с е ств защиты от помех, ко оно становится меньше напряж апряжения на Все это снижает материалоемкость, вес и плюсовом выходе источника 29 питания, от- стоимость двухтактного преобразователя крывается диод 24 и напряжение на вы- постоянного напряжения. ходе 14 начинает повторять напряжение 10 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я на входе 13 вплоть до следующего пери- Двухтактный преобразователь, содера олпекторе жащий два силовых транзистора, коллектот а 11 (диаг амма 37), Одновре- рами подключенных к концам первичнои и спаде напряжения на входе 13 обмотки выходного тр ф р р, го т ансфо мато а, вына интервалах времени ts-û; t<>-ц2 про- 15 полненнои со средней, д точкой сое иненисходит разряд конденсатора 23 через ной с первой клеммой источника питания, 26 и ио 25, Резистор 26 огра- вторая клемма которого соединена с эмитничивает зарядный ток конденсатора 23, терами силовых р х т анзисто ов, первый р который является током азы тр б т анзистора ограничитель-формирователь импульсов, 22, а также ограничивает разрядный ет азрядный ток 20 входом подключенный к коллектору другоконденсато.ра 23. При соответствующем ro силового транзистора, второй ограничив - м выборе емкости конденсатора а 23 и тран- тель-формирователь импульсов, входо зистора 22 сопротивление резистора 26 подключенный к коллектору первого силового транзистора, причем каждый ограничиможет быть равным нулю. набжен

Ограничитель-формирователь

-ф атель 15 рабо- 25 тель-формирователь импульсов сна жен вышеописанному, только диодом, подключенным между его входом тает аналогично выш ом а блок и авления выполнен с ля него входным сигналом является напря- и выходом, а лок упр для нег

10 д аг- парафазными выходами, связанными с бажение на коллекторе транзистора диагэами соответствующих силовых транзираммы 33 и 3 4). лич ающийсятем,что,с

Таким образом в преобразователе 30 сторов, о т л и ч а щ лючения целью повышения надежности преобраэоосуществляется задержка включен хптеь в 10 и 11. В емя задержки не вателя, уменьшения динамических по р установлен . нзисто ах и меиьшения изустановлено заранее и не имеет постоянной в силовых транз р у т от свойств используе- лучения электромагнитных помех, в него величины, а зависит от своиств и иы ва в хвходовых элемента

ых транзисторов и режима их работы, Так 35 введены два двухвх мых тран ения опопнительный источиа х л о остом ходу или малой нагрузке 21 совпад, д ж ый из помянутых. из-за уменьшения т ока коллектора трэн- ник питания, а ка д у у коэффициент их ограничителей-формирователей у имп льзисторов увеличивается коэффици то ом езисто ом и насыщения. B результате время рассасыва- сов снабжен транзистором, рези р

10 и 11 40 конденсатором, первый вывод которого иия зарядов в базе транзисторов и у величивается и, соответственно, ув увели- соединен с входом ограничителя-формиехо ных рователя импульсов, второй его выводсочивается время завершения переходных инеи с базой введенного транзистора процессов в преобразователе (интервалы ед и

\ эмиттер которого подключен к второ б - 45 клемме источника питания и соответстП и большой нагрузке21 прео разовар в10и11 ве- вующему выводу дополнительного истеля.рабочие токи транзисторов и увся ав емя ассасывания зарядов точиикапитания,второйвыводкоторогочереэ личиваются, а время расс (—; мянутый резистор подключен к . ах т анзисторов 10 и 11 (t<-тг, упомяну — оллектору введенного транзистора, — t ) )меньшается и, следователь- к вссов в формирователя импульсов, подключенньшается время, отведенное для сое завершения переходных процессов в фо ным к одному из вход в о элемента т ов 10 и совпадения, второй вход которого соесто ах (tl-тэ; t4-te; еу-tg) ны

За счет.включения транзисторов и с в блока и авго и еоб азователя посто- дииеи с одним из выходов лок у р

55 а выход элемента совпадения нап яжения в моменты времени, ленин, яиного напр подключен к базе соответствующего сикогда напряжения на них минимальны, уменьшаются броски тока через транзисто- лового транзистора.

1676042

47иг.2 иы

&май

Ugr /

hoer!

dA ю

VeA

/Р

1) ) !

//

*tats 4 tgty ЬИ я 1вЬ а ЬЫ Составитель А.Чесноков

Техред М.Морге.итал

Корректор О,Кундрик

Редактор M.Ëèïîâè÷

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

Заказ 3011 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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