Однотактный преобразователь постоянного напряжения
Использование: преобразование и регулирование постоянного напряжения с помощью однотактного транзисторного преобразователя для систем вторичного электропитания. Существо изобретения: силовой транзистор 8 управляется напряжением , сжимаемым с дополнительной обмотки 11, 11 силового трансформатора 1. Для включения силового трансформатора 8 подается импульс тока на вход 25. При этом включается первый двухтранзисторный эквивалент тиристора 16 и от дополнительной обмотки 11 поступает в базу силового транзистора 8 отпирающий ток. Для выключения силового транзистора 8 на вывод 19 подается импульс тока, открывающий выключающий транзистор 18, что приводит к запиранию первого двухтранзисторного эквивалента тиристора 16, При этом скачок напряжения на дифференцирующей цепочке 20 отпирает второй двухтранзисторный эквивалент тиристора 17, через который запирающее напряжение дополнительной обмотки 111 активно запирает силовой транзистор 8. Запертое состояние далее поддерживается дополнительной обмоткой 11 через запирающий диод 26. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 9 i J w1 Ё VI 01 оэ х| Ч О
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 M 3/335
ГОСУДАРСТВЕ HHbl Й КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР Щ®Щ 1Я., . 4ДФт ;,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л
Фи.1
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4789634/07 (22) 09.02.90 (46) 30.08.92. Бюл. ¹ 32 (75) Б.С. Сергеев (56) Патент США ¹ 3697854, кл. Н 02 М 3/32, 1972.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1653093, кл. Н 02 М 3/335, 1988. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: преобразование и регулирова ие постоянного напряжения с помощью однотактного транзисторного преобразователя для систем вторичного электропитания. Существо изобретения: силовой транзистор 8 управляется напряжением, сжимаемым с дополнительной обмотки 11, 11 силового трансформатора 1, I.. Ы 1758796 А1
Для включения силового трансформатора 8 подается импульс тока на вход 25. При этом включается первый двухтранзисторный эквивалент тиристора 16 и от дополнительной обмотки 11 поступает в базу силового транзистора 8 отпирающий ток. Для выключения силового транзистора 8 на вывод 19 подается импульс тока, открывающий выключающий транзистор 18, что приводит к запиранию первого двухтранэисторного эквивалента тиристора 16. При этом скачок напряжения на дифференцирующей цепочке 20 отпирает второй двухтранзисторный эквивалент тиристора 17, через который запирающее напряжение дополнительной обмотки 11 активно запирает силовой транзистор 8. 3апертое состояние далее поддерживается дополнительной обмоткой 11 через запирающий диод 26, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
1758796
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для получения электрически изолированных постоянных напряжений различного уровня, Известны однотактные преобразователи постоянного напряжения. в которых для управления силовым транзистором используется напряжение первичного источника питания.
В таких преобразователях велики потери мощности, что в наиболее значительной степени проявляется при малых коэффициентах усиления по току силового транзистора, Для уменьшения потерь мощности применя«от преобразователи, в которых напряжение питания схемы управления сни>кается при помо«ци трансформатора или импульсного стабилизатора.
Однако с повь«шением энергетической эффективности таких преобразователей увеличивается сложность схемы и ухудшаются массогабаритные характеристики, Наиболее близким к предлагаемому является однотактный преобразователь постоянного напряжения, в котором для создания базового тока силового транзистора (как прямого, так и обратного) используется дополнительная обмотка силового трансформатора, выполненная сс среди и точкой, Одна ее половина применяется для создания прямого (сткрыва«ощего) тока базы, другая — для обратного (запираюшего).
Коммутация токов осуществляется соответствую«цими транзисторами, перекл очаемыми схемой управления, Недостатком этого г«реобразователя является значительное энергопотребление по сигналам схемы управления, что ухудшает массогабаритнь с характеристики и снижает возмсжнос:и микроминиатюризации схемы преобразователя.
Цель изобретения — улучшение массогабаритных характеристик за счет снижения мощности потерь схемы и возмох<ности исполнения ее в виде монолитной или гибридной ИС, Укаэанная цель достигается тем, что для переключения прямого и обратного токов базы силового транзистора применены тиристорные эквиваленты, выполненные на биполярных транзисторах различного типа проводимости. Управление тиристорными эквивалентами осуществляется включающим и выключающим короткими импульсами, чем уменьшается энергопотребление от схемы управления и снижается мощность потерь, 25
На фиг, 1 приведена схема однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг, 2 — временные диаграммы его рабаты, Преобразователь (фиг. 1) содержит силовой трансформатор 1 с вторичной обмоткой 2, соединенной через выпрямитель 3 и фильтр 4 с выходными выводами 5 и 6, первичной обмоткой 7, подключенной через силовой транзистор 8 к входным выводам 9 и
10; дополнительной обмоткой 11 и 11 с отI водам от средней точки, которая соединена с эмиттером силового транзистора 8. Начало обмотки 11 через первый резистор 12 подключено к аноду первого диода 13, а конец обмотки 11 соединен через второй резистор 14 с катодом второго диода 15, В схеме содержится первый двухтранзисторный 16 эквивалент тиристора, силовым входом соединенный с катодом первого диода
13, а силовым выходным выводом — с базой силового транзистора 8 и с силовым выводом второго 17 двухтранзисторного эквивалента т«ристсра, силовым выходом подкл«оченнсго к аноду второго диода 15, Между управляющим выводом первого 16 двухтранзисторного эквивалента тиристора и его силовым выходным выводом включен выключа«ощий 18 транзистор, база которого соединена с вь«водам для подачи выключающего сигнала 19, а управляющий вывод второго 17 эквивалента тиристора через дифференцирующу«о цепь 20 соединен с катодом первого 13 диода.
Первый 16 и второй ".«7 двухтранзисторные эквиваленты тиристора состоят из двух
21 и 22 биполярных транзисторов и-р-и и —,,-и-р типов проводимости cсответственно, Эмиттер транзистора 22 образует силовой выходной вывод, а эмиттер транзистора 21 — силовой выходной вывод, причем база каждого транзистора од, с с типа г роводимости ссединена. с коллектором транзистора другого типа проводимости.
Параллельно базоэмиттерным переходам транзисторов 21 и 22 подключены первый и второй шунтирующие 23 и 24 резисторы соответственно, База транзисторов 21 образует управля«ощий вывод двухтранзисторного эквивалента тиристора, являющийся входом для подачи включающих импульсов преобразователя 25. К катоду первого диода
13 подключен катод запирающего диода 26, анод которого через запирающий резистор
27 соединен с базой силового транзистора
8. На входе второго 17 эквивалента тиристора и силового транзистора 8 включены защитные диоды 28 и 29 соответственно, На временных диаграммах (фиг, 2) изображены эпюры: 30 и 31 управляющих им1758796 пульсов схемы преобразователя, подаваемые на выводы 25 и 19 соответственно; 32— базового тока силового транзистора 8; 33— тока коллектора транзистора 8; 34 — напряжения на полуобмотке 11 трансформатора
1; 35 — напряжения на полуобмотке 11 того
I же трансформатора; 36 — ток входного силового вывода эквивалента 16 тиристора; 37— ток выходного силового вывода эквивалента 17 тиристора. Названные токи обозначены на схеме преобразователя (фиг, 1) соответствующими индексами.
Однотактный преобразователь работает следующим образом.
В запертом состоянии силового транзистора 8 эквиваленты 16 и 17 тиристоров заперты и тока не проводят. Напряжения на полуобмотках 11 и 11 имеют такую полярI ность, что диоды 13 и 15 заперты. Через диоды 26 и 29, а также через резистор 27 идет ток, обусловливающий отрицательное запирающее напряжение на базе силового транзистора 8.
В момент времени to (см, эпюру 30 временных диаграмм на фиг. 2) поступает импульс включения Ie 25. Это вызывает включение транзистора 21 эквивалента 16 и силового транзистора 8. так как появляется его базовый ток (эпюра 32). Возникает ток коллектора транзистора 8 (эпюра 33). Вследствие того, что транзистор 8 открывается, напряжения на полуобмотках 11 и 11 меняют свою полярность (эпюры 34 и 35), Открывается диод 13 и напряжение, подаваемое на эквивалент 16, открывает транзистор 22. Это вызывает регенеративное открывание эквивалента 16 (эпюра 36) и обусловливает его постоянное открытое состояние при наличии напряжения рассматриваемой полярности на полуобмотке 11, независимо от наличия или отсутствия импульса на выводе 25, Далее на протяжении времени Ь(эпюра 32) силовой транзистор находится в открытом и насыщенном состоянии под действием базового тока, создаваемого полуобмоткой 11 трансформатора 1. Ток коллектора транзистора 8 увеличивается в соответствии с индуктивностью первичной обмотки 7 этого же трансформатора, Выпрямительный диод 3 на этом этапе времени заперт, так как рассматривается схема однотактного преобразователя с обратным включением диода. По прошествии времени t> приходитимпульс выключения iev n (эпюры 32 и 31), Это вызывает включение выключающего транзистора 18 и шунтирование его открытым коллекторно-эмиттерным переходом входа транзистора 21 эквивалента 16. Транзистор 21 после рассасывания зарядов запирается. Вслед за этим после аналогичного рассасывания зарядов запирается и транзистор 22 того же эквивалента. Запирание эквивалента 16 приводит к появлению скачка напряжения на катоде диода 13. который после дифференцирования цепью 20 открывает транзистор 21 эквивалента 17. Так как напряжение на полуобмотке 11 имеет соот-! 10- ветствующую полярность, то это приводит 40 к регенеративному открыванию эквивалента 17. Появляется рассматривающий ток базы силового транзистора 8, величина которого определяется напряжением на полуобмотке 11, Начинается процесс рассасывания зарядов из полупроводниковой структуры насыщенного силового транзистора 8, который длится время tp (эпюра 32). Включенное состояние эквивалента 17, а следовательно, и наличие рассасывающего тока силового транзистора 8, не зависят от наличия или отсутствия импульса управления на выводе 19, После окончания времени рассасывания tp (эпюры 32 и 33) силовой транзистор запирается, его коллекторный ток спадает до нуля и напряжения на полуобмотках 11 и 11 меняют своа полярность (эпюры 34 и 35). Диоды 13 и 15 запираются, а диод 26 открывается. Схема приходит в исходное первоначальное состояние. Выпрямительный диод 3 открывается и накопленная в индуктивности намагничивания трансформатора 1 энергия отдается в нагрузку (выводы 5 и 6) и на подзаряд фильтрующего конденсатора 4. Далее после очередного прихода импульса управления на вывод 25 процессы повторяются аналогично. Для нормального функционирования схемы необходимо, чтобы длительность импульса t«n (эпюра 30) была большей, чем суммарное время задержки включения силового транзистора 8 и время смены полярности на полуобмотке 11 трансформатора 1, Длительность входного импульса Ъцкл(эпюра 31) практически всегда должна быть больше времени te«n, что обусловлено довольно медленным выключением транзисторов 21 и 22 эквивалента 16. Инерционные свойства эквивалента 17 практически не сказываются на быстродействии схемы, так запирание его транзисторов 21 и 22 происходит при запертом состоянии силового транзистора 8. Следовательно, включение и выключение силового транзистора выполняются при помощи довольно коротких импульсов управления, которые могут быть существенно меньше по длительности, чем рабочие полупериоды работы схемы преобразователя. 1758796 Таким образом, мощность, потребляемая от схемы управления, существенно снижается, что в наибольшей степени проявляется при использовании силовых транзисторов с малыми коэффициентами усиления. Это дает возможность уменьшить энергопотребление схемы управления, снизить мощность потерь и улучшить массогабаритные характеристики за счет исполнения схемы в виде гибридной или монолитной ИС. Этим расширяются функциональные возможности применения схем ы преобразователя постоянного напряжения, Формула изобретения 1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой трансформатор с вторичной обмоткой, соединенной через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, первичной обмоткой, подключенной через силовой транзистор к входным выводам, дополнительной обмоткой с отводом от средней точки, соединенной с эмиттером силового транзистора, причем начало дополнительной обмотки через первый резистор подключено к аноду первого диода, а ее конец через второй резистор — к катоду второго диода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, введен первый двухтранзисторный эквивалент тиристора, силовым входным выводом соединенный с катодом первого диода, а силовым выходным выводом — с базой силового транзистора и с силовым входным выводом введенного второго двухтранэисторного эквивалента тиристора, силовым выходным выводом подключенного к аноду второго диода, причем между управляющим выводом первого двухтранзисторного эквивалента 5 тиристора и его силовым выходным выводам включен выключающий транзистор, база которого соединен с выводом для подачи выключающего сигнала, а управляющий вывод второго двухтранзисторного эквивалента 10 тиристора через введенную дифференцирующую цепочку соединен с катодом первого диода. 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что первый и второй двухтран15 зисторные эквиваленты тиристора выполнены на двух биполярных транзисторах различного типа проводимости, где эмиттер р-и-р-транзистора образует силовой входной вывод, а эмиттер и-р-п-транзистора— 20 силовой выходной вывод, причем база каждого транзистора одного типа проводимости соединена с коллектором транзистора другого -ипа проводимости, параллельно базоэмиттерным переходам каждого тран25 зистора подключен шунтирующий резистор, база и-р-и-транзистора образует управляющий вывод двухтранзисторного эквивалента тиристора. 3. Преобразователь по пп, 1 и 2, о т л и30 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем активного запирания синового транзистора, введены последовательно соединенные запирающие резистор и диод, катод которого подключен к аноду 35 первого диода, а анод через запирающий резистор соединен с базой силового транзистора. 1758796 Фиг.2 Составитель Б,Сергеев Редактор И. Касарда Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько Заказ 3008 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
