Преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор, силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего трансформатора через управляющий узел, состоящий из включающего и выключающего транзисторов, двухполярного источника напряжения, четыре диода, резистор и дроссель. Введение дросселя, включенного последовательно с выключающим транзистором, позволило улучшить процесс выключения силового транзистора, снизив величину импульсной мощности в момент выключения силового транзистора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Н 02 М 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792834/07 (22) 20,02.90 (46) 30,11.92. Бюл. М 44 (71) Пензенский завод "83M" (72) П.Г.Лисов, В,И.Левинский, В.А.Ревунов и В.А.Ч истя ков (56) Авторское свидетельство СССР

t4 705616, кл. Н 02 M 3/335, 1978, Заявка ФРГ N. 22883388001100, . кK л. Н 02 М

7/537, 1978.

Авторское свидетельство СССР

И. 1026255, кл. Н 02 М 3/335, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизированный конвертор, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, выходной выпрямитель с фильтром, усилитель обратной связи, широтно-импульсный модулятор, блоки управления силовыми транзисторами, каждый из которых содержит отключающий транзистор, первый и второй резисторы, источник запирающего напряжения. диод, источник отпирающего напряжения и включающий транзистор.

Недостаток данного устройства заключается в низком КПД из-за больших потерь на управление силовыми транзисторами.. ЯЛ 1778889 А1 преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор, силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего трансформатора через управляющий узел, состоящий из включающего и выключающего транзисторов, двухполярного источника напряжения, четыре диода, резистор и дроссель. Введение дросселя, включенного последовательно с выключающим транзистором, позволило улучшить процесс выключения силового транзистора, снизив величину импульсной мощности в момент выключения силового транзистора.

1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен преобразователь напряжения, содержащий два регулировочных транзистора, переключающий транзистор, два дросселя, преобразователь тока, трансформатор, четыре диода, пять резисторов и два конденсатора.

Недостатком известного устройства является также низкий КПД из-эа отсутствия регулировки базового тока силового транзистора при закрывании.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является стабилизированный конвертор, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, выходной выпрямитель с фильтром, к которому через усилитель об-. ратной связи подключен широтно-импульсный модулятор, выходы которого подключены к входам соответствующих

1778889 блоков управления силовыми транзисторами. каждый из которых содержит отключающий транзистор, к базе которого подключен первый резистор, источник запирающего напряжения, диод, источник отпирающего напряжения, первый выход которого подключен через включающий транзистор к второму резистору, второй вывод источника отпирающего напряжения имеет общую точку соединения с первым выводом источника запирающего напряжения, второй резистор подключен к базе силового транзистора, эмиттер которого соединен с указанной общей точкой соединения источников отпирающего и запирающего напряжений и первым резистором, второй вывод источника запирающего напряжения подключен к эмиттеру отключающего транзистора, база и коллектор которого образуют вход блока управления силовым транзистором, а указанный коллектор обьединен с базой включающего транзистора, управляющий переход которого эашунтирован указанным диодом.

Недостатком данного известного устройства является низкий КПД, связанный с избытком основных носителей в базовом переходе силового транзистора, который приводит к тому, что при включении последнего время спада коллекторного тока увеличивается, а это приводит к увеличению рассеивания мгновенной мощности и, кроме того, для нормальной работы конвертора с учетом разброса параметров силовых транзисторов независимо от нагрузки необходимо в цепь базы силовых транзисторов подавать избыточный ток от источника отпирающего напряжения.

Целью изобретения является повышение КПД за счет снижения потерь на силовом транзисторе при выключении.

Цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого связана с выходными выводами, а первичная обмотка соединена с входными через силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего трансформатора блока управления через управляющий узел, состоящий из включающего и выключающего транзисторов, проводимость которых совпадает с проводимостью силового транзистора, двухполярного источника напряжения, первый вывод которого присоединен к коллектору включающего транзистора, второй вывод — к эмиттеру выключающего транзистора, а общий выводк эмиттеру силового транзистора и через первый резистор — к базе выключающего

55 транзистора, соединенной через обмотку согласующего трансформатора блока управления и первый диод с базой включающего транзистора, эмиттер которого подключен к первому выводу второго резистора, а база — к первому выводу второго диода, в каждый управляющий узел введены третий и четвертый диоды, дроссель и третий резистор, шунтирующий базоэмиттерный переход силового транзистора, коллектор которого соединен через третий диод со вторым выводом второго резистора и через четвертый диод — с вторым выводом второго диода и базой силового транзистора, при этом дроссель включен между коллектором выключающего транзистора и базой включающего транзистора, На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор

1, выходная обмотка 2 которого связана с выходными выводами 3, а первичная 06MQTка 4 соединена с входными выводами 5 через силовые транзисторы 6-9, вход 10 управления каждого из. которых соединен с обмоткой 11 согласующего трансформатора

12 блока 13 управления через управляющий узел 14, состоящий из включающего и выключающегося транзисторов 15 и 16, проводимость которых совпадает с проводимостью силовых транзисторов 6-9, двухполярного источника 17 напряжения, первый вывод которого присоединен к коллектору включающего транзистора 15, второй вывод — к эмиттеру выключающего транзистора 16, а общий вывод к эмиттеру силового транзистора 9 и через первый резистор 18 — к базе выключающего транзистора 16, соединенной через обмотку 11 согласующего трансформатора 12 блока управления 13 и первый диод 19 с базой включающего транзистора 15 и через второй диод 20 — с базой силового транзистора 9, коллектор и база которого через третий и четвертый диоды 21 и 22 соответственно и второй резистор 23 подключены к эмиттеру включающего транзистора 15, база которого через дроссель 24 подключена к коллектору выключающего транзистора 16, третий резистор 25 шунтирует базаэмиттерный переход силового транзистора 9.

Связь вторичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 соединена с выходными выводами 3 через выпрямитель 26 и фильтр

27, а вход 28 блока управления 13 подключен к выходным выводам 3.

Блок управления 13 содержит вспомогательный преобразователь 29, широтно-им1778889

10

20

50

55 пульсный модулятор 30 и усилитель 31 обратной связи.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подаче напряжения на блок управления 13 последний вырабатывает переменное напряжение, которое поступает на двухполярные источники 17 напряжения каждого управляющего узла 14, Силовые транзисторы 6-9 через управляющие узлы 14 управляются с помощью включающего транзистора 15 и выключающего транзистора 16, которые коммутируют напряжения от двухполярных источников

17 напряжения к их управляющим переходам, Управление включающим транзистором 15 осуществляется от обмотки 11 согласующего трансформатора 12 блока управления 13 импульсом положительной полярности, проходящим через диод 19.

Ток управления силовым транзистором

9 протекает от первого вывода двухполярного источника 17 через коллектор-эмиттерный переход включающего транзистора 15. токоограничивающий резистор 23, диод 22, база-эмиттерный переход силового транзистора 9 и общий вывод двухполярного источника 17. При этом часть управляющего тока протекает через резистор 25, который уменьшает влияние паразиткой емкости эмиттер-база силового транзистора 9 при работе преобразователя. Кроме того, резистор 25 повышает стабильность и надежность работы транзистора 9, т,к. иэ-за разброса элементов в моменты переключения транзисторов 15 и 16 может произойти зависание базы силового транзистора 9 (будет отсутствовать потенциал на базе), а эта может привести к пробою силавогс транзистора 9, Резистор 25 с диодами 20 и 22 образуют делитель напряжения, который устраняет зависание базы силового транзистора 9 и стабилизирует его работу.

Если при протЕкании тока управления силовой транзистор 9 уходит в глубокое насыщение (избыточен становится базовый ток или мал ток коллектора силового транзистора 9), то напряжение нэ коллекторэмиттерном переходе силового транзистора 9 падает до такой величины, когда откроется диод 21 и часть управляющего тока потечет через диод 21 на каллекторный переход силового транзистора 9, который за счет уменьшения тока управления в базе автоматически выйдет из зоны насыщения и будет находиться на границе этой эоны насыщения. Эта граница характеризуется минимальным временем выключения силового транзистора 9 и минимальный вероятностью пробоя. При этом повышается КПД, При отсутствии импульса управления на обмотке 11 или отрицательной его полярности включается выключающий транзистор

16 током управления через резистор 18 от двухполярного источника 17. Ток запирания силового транзистора 9 протекает по цепи: общий вывод двухполярного источника 17, эмиттер-базовый переход силового транзистора 9, диод 20, дроссель 24, коллекторэмиттерный переход выключающего транзистора 16 и второй вывод двухполярного источника 17. Индуктивность дросселя

24 выбирается малой величины, порядка 3-6 р Гн и онэ корректируетфазу импульса включающего тока базы выключающего транзистара 16 по отношению к спаду коллекторного тока силового транзистора 9 таким образом, чтобы оба тока спадали синхронна, что уменьшает вероятность пробоя силового транзистора 9.

Длительность импульса тока выключения силового транзистора 9 и его величина определяются величиной заряда неосновных носителей база-эмиттерного перехода силового транзистора 9 и постоянной времени отключающей цепи.

При эапирании силового транзистора 9 запирающее напряжение на базовом его переходе ограничивается цепью диода 19, обмотки 11 и база-коллектарнога перехода выключающего транзистора 16. При этом возникающий индуктивный выброс дросселя 24 очень мал, т.к, величина его индуктивности мала, и он гасится вышеуказанной цепью и не может приводить к пробою база-эмиттернога перехода силовога транзистора 9, а, следовательно, к нарушению работы преобразователя.

Следовательно, ток базы силового транзитсора 9 переходит от положительного значения к отрицательному с регулируемой и умереннойскоростью и неосновные носители в коллекторном переходе имеют достаточное время для рекомбинации. Поэтому можно допускать прохождение по базе отрицательного тока большой величины в тот момент, когда силовой транзистор 9 входит в зону линейной работы, что позволяет уменьшить время удержания спада. Эта можно назвать подбором отношения di/dt u достигается в выборе базового тока для этого регулируемого спада с помощью небольшой индуктивности 24 пооядка 3-бр Гн и. частоте переключения 20 кГц. Стабилизация выходного напряжения в преобразователе осуществляется следующим образом.

При увеличении выходного напряжения усилитель 31 блока управления 13 управляет

1778089 широтно-импульсным модулятором ЗО таким образом, что длительность управляющего напряжения на обмотке 11 уменьшается. При этом время включенного состояния силовых транзисторов 6 и 9 или 8 5 и 7 уменьшается, соответственно уменьшается и величина выходного напряжения преобразователя. При уменьшении выходного напряжения преобразователя. При уменьшении выходного напряжения длитель- 10 ность управляющих увеличивается, увеличивается время включения силовых транзисторов, а следовательно,и выходное напряжение, которое на выходйых выводах

3 поддерживается постоянным. 15

Таким образом, введение в каждый управляющий узел третьего и четвертого диодов, дросселя и четвертого резистора позволило оптимизировать базовый ток силовых транзисторов и тем самым снизить 20 потери при выключении, уменьшить вероятность пробоя силовых транзисторов. а следовательно, повысить КПД.

Формула изобретения

1, Преобразователь постоянного напря- 25 жения. содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого связана с входными выводами через силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего транс- ЗО форматора блока управления через управляющий узел, состоящий из включающего и . выключающего транзисторов, проводимость которых совпадает с проводимостью силового транзистора, двухполярного источника напряжения, первый вывод которого присоединен к коллектору включающего транзистора, второй вывод — к эмиттеру выключающему транзистора, а общий вывод— к эмиттеру силового транзистора и через первый резистор — к базе выключающего транзистора, соединенной через обмотку согласующего трансформатора блока управления и первый диод с базой включающего транзистора, эмиттер которого подключен к первому выводу второго резистора, а база — к первому выводу второго диода, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в каждый управляющий узел введены третий и четвертый диоды, дроссель и третий резистор, шунтирующий базоэмиттерный переход силового транзистора, коллектор которого соединен через третий диод с вторым выводом второго резистора, соединенный через четвертый диод с базой силового транзистора, подключенной к второму выводу второго диода, при этом дроссель включен между коллектором выключающего транзистора и базой включающего транзистора, 2. Преобразователь по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что связь вторичной обмотки выходного трансформатора с выходными выводами осуществлена через выпрямитель и фильтр, а вход блока управления подключен к выходным выводам.

1778889

Составитель В. Чистяков

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор A. Козориэ

Редактор С. Кулакова

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

Заказ 4200 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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