Однотактный преобразователь постоянного напряжения
Изобретение относится к электротехнике и может бит. использовано в источниках Ц о- fit вторичного электропитания. Цель - расширение области применения путем улучшения условий запуска. Устр-во содержит силовой транзистор 1. силовой трансформатор 3, пороговый ключ 7, блок управления 16, разделительный трансформатор 18 и элемент с S-образной электрической характеристикой 20. При запуске устройства силовой транзистор 1 отпирается за счет энергии, накопленной в пусковом конденсаторе 9, через пороговый ключ 7 и времязэдающий конденсатор 19. При этом наличие элемента с S-образной электрической характеристикой 20 обеспечивает многократный отпирающий импульс на базе силового транзистора 1, частота которого определяется ограничивающим резистором 10 и времязадающим конденсатором 19. 1 з.п.ф-лы, 1 ил, j 5. . +$ гмг-Й-11 % Т сл С 1 4 Ю
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814829/07 (22) 17,04.90 (46) 15.06.92. Бюл. N. 22 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) Б.С. Сергеев и А.Н, Кондратьев (53) 314.621.058(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . N 1359869, кл. Н 02 M 3/335, 1986, Патент США М 4710859. кл. Н 02 M 3/335, 363-21, 01.17.87. Авторское свидетельство СССР N 1488942, кл. Н 02 М 3/335. 1987. (54} ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ .(57) Изобретение относится к электротехни. ке и может бють использовано в источниках „„ Ы„„1741241 А1 вторичного электропитания. Цель — расширение области применения путем улучшения условий запуска. Устр-во содержит силовой транзистор 1, силовой трансформатор 3, пороговый ключ 7, блок управления 16, разделительный трансформатор 18 и элемент с S-образной электрической характеристикой 20. При запуске устройства силовой транзистор 1 отпирается за счет энергии, накопленной в пусковом конденсаторе 9, через пороговый ключ 7 и времязадающий конденсатор 19, При этом наличие элемента с S-образной электрической характеристикой 20 обеспечивает многократный отпирающий импульс на базе силового транзистора 1, частота которого определяется ограничивающим резистором 10 и времязадающим конденсатором 19, 1 з.п,ф-лы, 1 ил, у а Ж 1741241 30 50 Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания для получения постоянных напряжений, электрически изолированных от первичной сети. Известны преобразователи напряжения, в которых для питания схемы управления используются специальные, электрически изолированные от первичной сети и нагрузки, источники питания. Недостатком этих схем является существенная структурная и схемная сложность, а также увеличенная мощность потерь, так как для органиэации такого источника питания требуются функционально законченные маломощные преобразователи напряжения. Лучшими характеристиками обладают преобразователи постоянного напряжения, в которых схема управления питается от вспомогательной обмотки силового трансформатора, имеющей электрическую изоляцию относительно первичной сети. У такого преобразователя недостаточно надежен запуск силового транзистора в широком диапазоне эксплуатационных воздействий и технологическом разбросе параметров силового транзистора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является однотэктный транзисторный преобразователь постоянного напряжения, в котором для цели формирования пуска применяется RC-цепь и пороговый ключ, открывающийся по достижении напряжения на конденсаторе RC-цепи определенного порога и дающий в базу силового транзистора импульс тока включения. При этом схема управления питается от вспомогательной обмотки силового трансформатора, а управление силовым транзистором после выхода преобразователя на установившийся режим осуществляется через маломощный разделительный трансформатор. Схема пуска отключается и не оказывает влияния на дальнейшую работу преобразователя. Недостатком этого схемного решения является невысокая надежность работы, что обусловлено следующим. При однократном . начальном включении силового транзистора (в момент срабатывания порогового ключа) необходимо, чтобы накапливающий конденсатор, подключенный через выпрямитель к вспомогательной обмотке силового трансформатора и обеспечивающий питанием схему управления, зарядился до номинального значения напряжения и обусловил нормальную работу схемы управления. Для этого требуется импульс открытого состояния силового транзистора значительной длительности (по отношению к длительности импульса в установившемся режиме работы преобразователя). Это вызы ваетзначительную амплитуду .импульса тока коллектора силового транзистора и препятствует минимизации массогабаритных характеристик силового трансформатора. Увеличивается токовая нагрузка на силовой транзистор и снижается надежность его работы. Кроме того, область применения схемы ограничивается преобразователями с обратным включением выпрямительного диода, так как для гарантированного пуска схемы тре-, буется, чтобы вспомогательная обмотка имела определенную полярность включения по отношению к выходной (силовой) обмотке силового трансформатора, Цель изобретения — расширение области применения преобразователя за счет улучшения условия пуска, следовательно, повышение надежности работы преобразователя, Указанная цель достигается тем, что в схему введены времязадающий конденсатор, первый и второй развязывающие диоды. перезарядный дисд и элемент с S-образной электрической характеристикой, подключенный первым выводом ко второму выводу ограничивающего резистора, соединенному через времязадающий конденсатор с базой силового транзистора, базоэмиттерный переход которого зашунтирован перезарядным диодом, при этом вторичная обмотка разделительного трансформатора соединена через первый и второй разделительные диоды с базами соответственно силового и разрядного транзисторов, а второй вывод элемента с S-образной электрической характеристикой соединен с эмиттером силового транзистора. Схемная реализация элемента с S-образной характеристикой заключается в том, что он выполнен на первом и:втором транзисторах противопсложного типа проводимости, причем эмиттер первого транзистора является входом элемента и через первый резистор соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и через третий резистор — с базой вгорого транзистора, к которой подключен первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с коллектором первого транзистора и через пятый резистор -с эмиттером второго транзистора, являющимся вторым выводом 1741241 35 50 55 элемента с S-образной электрической характеристикой. На чертеже приведена схема однотактного преобразователя постоянного напряжения. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, силовыми электродами соединенный через первичную обмотку 2 силового трансформатора 3 с входными выводами 4 и 5. К входному выводу 4 через пусковой резистор 6 подключен первый вывод порогового ключа 7. коллектор разрядного тран:зистора 8 и первый вывод пускового конденсатора 9, второй вывод которого соединен с эмиттером разрядного 8 и силового 1 транзисторов, общим выводом порогового ключа 7 и вторым входным выводом 5 преобразователя. Выход порогового ключа 7 подключен к первому выводу ограничивающего резистора 10. Вторичная обмотка 11 через выпрямитель 12 и фильтр 13 соединена с выходными выводами 14 и 15, с которыми соединены управляющие входы блока 16 управления. питающие входы которого присоединены к вспомогательной обмотке 17 силового трансформатора 3. Выход блока 16 управления подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора 18. Устройство преобразователя содержит также времязадающий конденсатор 19, подключенный между базой силового транзистора 1 и вторым выводом ограничивающего резистора 10. Первый вывод элемента с S-образной электрической характеристикой 20 подключен к второму выводу ограничивающего резистора 10. а базоэмиттерный переход силового транзистора 1 зашунтирован перезарядным диодом 21. Вторичная обмотка разделительного трансформатора 18 соединена через первый 22 и второй 23 разделительные диоды с базами силового 1 и разрядного 8 транзисторов. Второй вывод элемента с Sобразной характеристикой 20 подключен к эмиттеру силового транзистора 1. Элемент с S-образной электрической характеристикой содержит первый 24 и второй 25 транзисторы р-и-р- и и-р-и-типов проводимости соответственно, а эмиттер транзистора 24 является входом элемента и через первый 26 резистор соединен с коллектором второго 25 транзистора. и первым выводом второго 27 резистора, второй вывод которого соединен с базой транзистора 24 и через третий 28 резистор — с базой второго 25 транзистора, к которой подключен первый вывод четвертого 29 резистора. вторым выводом соединенного с коллектором первого 24 транзистора. и через пятый 30 резистор — с эмиттером второго 25 транзистора, являющимся вторым выводом элемента с S-образной электрической характеристикой. Пороговый ключ содержит пусковой 31 транзистор р-и-р-типа проводимости, эмиттер которого соединен с катодом стабилитрона 32 и является входным выводом порогового ключа, а анод стабилитрона 32 подключен к базе включающего 33 транзистора и-р-и-типа проводимости и через диодно-резистивную цепь 34,35 — к коллектору транзистора 31, который является выходом порогового ключа, Коллектор включающего транзистора 33 через коллекторный резистор 36 соединен с базой пускового транзистора 31, а эмиттер транзистора 33 является общим выводом порогового ключа. Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом. После появления напряжения первичной сети на входных выводах 4 и 5 пусковой 1 конденсатор 9 начинает заряжаться через пусковой резистор 6. Преобразователь в это время не работает, так как пороговый ключ 7 заперт, напряжение на нагрузке (выводы 14 и 15) равно нулю, питающее напряжение блока 16 управления отсутствует и силовой транзистор 1 заперт, По мере заряда конденсатора 9 напряжение на нем увеличивается и достигает напряжения включения порогового ключа 7. Это напряжение равно сумме напряжений включения стабилитрона 32 и базоэмиттерного перехода транзистора 33. Включение этих переходов приводит к появлению коллекторного тока транзистора 33, что вызывает включение транзистора 31, так как появляется его базовый ток, определяемый резистором 36. Вследствие этого на выходе ключа 7 появляется выходное напряжение,. равное напряжению, до которого зарядился пусковой конденсатор 9, Начинается процесс формирования серии импульсов базового тока силового транзистора 1. B начальный момент времени напряжение на выходе ключа 7 мало, так как времязадающий конденсатор 19 заряжается полярностью. Появляется импульс тока базы силового транзистора 1, обусловливающий его включение. Элемент с S-образной характеристикой 20 при этом не проводит тока и не оказывает влияния на процесс заряда конденсатора 19. По мере заряда конденсатора 19 и увеличения на нем напряжения увеличивается и напряжение на входе элемента 20. При этом увеличивается и падение напряжения на резисторах 26,27 (или 29,30) и в момент равенства этих напряжений напряжению включения базоэмит7 1741241 терного перехода транзистора 24 (или 25), последний открывается. Далее за счет положительной обратной связи открывается и транзистор 25 (или 24), Увеличение напряженил на конденсаторе 19 (на входе элемента 20) приводит к насыщению транзисторов 24 и 25, причем токи через резисторы 27 и 29 меняют свое направление на обратное. Включение транзисторов 24 и 25 приводит к открыванию элемента.20 и разряду на него конденсатор" 19. Так как ток через конденсатор 19 при этом меняет свое направление, то это приводит K появлению запирающего импульса тока базы силового транзистора 1. Ток перезаряда конденсатора 19 при этом протекает через перезарядный диод 21, В результате разряда напряжение на конденсаторе 19 уменьшается. Когда оно станет меньше порога выключения элемента 20, последний выключается. Порог выключения элемента 20 определяется величинами сопротивления резисторов 2630 и может быть получен в диапазоне 1,5 — 5 B. Напряжение включения элемента 20 может лежать в пределах 5-12 В, Когда элемент 20 выключится, схема приходит в первоначальное состояние и процессы далее повторяются. Таким образом, разряд конденсатора 9 после включения порогового ключа образует серию импульсов, включающих и выключающих силовой транзистор 1. Эти импульсы вырабатываются генератором на элементах 20,19 и 21. Наличие импульсной работы силового транзистора 1 обусловливает появление соответствующих импульсов на обмотках 2,11 и 17 силового трансформатора 3. На выходе преобразователя (выводы 14 и 15) и на питающем входе блока 16 управления появляются напряжения, от которых начинает работать замкнутый контур регулирования и на выходе схемы управления появляются рабочие импульсы, управляющие работой силового транзистора 1 через разделительный трансформатор 18. Одновременно с этим рабочими импульсами кратковременно с большой частотой (частотой преобразования, которая имеет период существенно меньший по сравнению с постоя ной времени R6C9) включается разрядный транзистор 8, который разряжает конденсатор 9 и препятствует его заряду до напряжения включения порогового ключа 7. Этим исключается работа элемента 20 и конденсатора 19 в установившемся режиме работы однотактного преобразователя. После. окончания переходных процессов запуска однотактный преобразователь работает в установившемся режиме — тран10 30 транзистора и с первым выводом пускового 35 конденсатора, второй вывод которого сое40 55 зистор 1 управляется блоком 16 управления, поддерживая выходное напряжение неизменным при воздействии различных дестабилизирующих факторов, Таким образом, процесс запуска однотактного преобразователя происходит посредством подачи серии начальных включающих и выключающих импульсов базового тока силового транзистора 1, чем обеспечивается плавное включение без превышения амплитуды импульса его коллекторного тока свыше нормированного значения. При этом повышается надежность работы как силового транзистора, так . и.всего преобразователя. Появляется независимость типа преобразователя, т.е. в данном случае можно .использовать как однотактный преобразователь с обратным вKëþ÷åíèåì выпрямительного диода, так и с прямым. Возможно применение предлагаемого схемного решения и в двухтактных преобразователях постоянного напряжения. Это обусловливает расширение возможностей применения рассматриваемого схемного решения. Формула изобретения 1.0днотактный преобразователь постоянного напряжения. содержащий силовой транзистор, коллектор которого через первичную обмотку силового трансформатора соединен с первым входным выводом и с первым выводом подключенного к входу порогового ключа, с коллектором разрядного динен с эмиттерами разрядного и силового транзисторов, общим выводом порогового ключа и вторым входным выводом, причем выход порогового ключа подключен к первому выводу ограничивающего резистора. а вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами, к которым подключены управляющие входы блока управления, питающие входы которого присоединены к вспомогательной обмотке силового трансформатора, а выход подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем улучшения условий запуска. введены времязадающий конденсатор, первый и второй развязывающие диоды, перезарядный диод и элемент с S-образной электрической характеристикой, подключенный первым выводом к второму выводу ограничивающего резистора, соединенному через времязадающий конденсатор с базой силового транзистора, базо-эмиттерный переход которого шунтирован перезарядным диодом. при 1741241 2.Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и и с. я тем, что элемент с S-образной электрической характеристикой выполнен на первом и втором транзисторах противоположного типа проводимости. причем Составитель Б.Сергеев Редактор В.Фельдман Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор О.Кравцова Заказ 2091 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 этом вторичная обмотка разделительного трансформатора соединена через первый и второй разделительные диоды с базами соответственно силового и разрядного транзисторов, а второй вывод элемента: с S-образной электрической характеристикой соединен с эмиттером силового транзистора. змиттер первого транзистора является входом элемента и через первый резистор соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора. второй 5 вывод которого соединен с. базой первого транзистора и через. третий резистор — с базой второго транзистора, к которой подключен первый вывод четвертого резистора. второй вывод которого соединен с 10 коллектором первого транзистора и через пятый резистор — с эмиттером второго транзистора, являющимся вторым выводом элемента с S-образной электрической характеристикой. .15
