Стабилизированный транзисторный конвертор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (и) 606194 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) заявлено 18.03 ° 76(ß) 2334691/07 (51) М. Кл.

Н 02 М 3/335 с присоединением заявки №(23) Прио.ритет

Геоударотвенный квинтет

Совета Инннотрав СССР по делам нзоорвтеннй и открмтий (43) Опубликоваио05.05,78.Бюллетень № 17 (53) УДК 621.314..58 (088.8) (45) Дата опубликования описания т3,04. f8. (72) Автор изобретеиия

Московский ордена Ленина Внерт етический институт (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ТРАНЗИС ГОРНИЙ КОНВЕРТОР

Изобретение относится к силовой электротехнике, а именно к вторичным источникам питания электротехнической аппаратуры.

Известны стабилизированные транзисторные конвертора, содержащие задающий генератор переменного прямоугольного напряжения, регулирующий ключ, выходной инвертирующий каскад с силовым трансформатором, а также соответствующие регулирующему ключу и инвертирующему каскаду и связанные с их входами управляющие трансформаторы 11), j21. 10

Из указанных конверторов наиболее близким но технической сущности к изобретению яв. ляется стабилизированный транзисторный конвертор (2J.

В таком конверторе выходной инвертирующнй каскад выполнен по мостовой схеме, а вто- @ ричцые обмотки соответствукнпего этому каскаду управляющего трансформатора подключены к базам транзисторов каскада через резисторы. Кроме того, одна обмотка данного трайсформатора через резистор соединена с первичной.обмоткой другого управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого включены параллельно переходам эмиттер-база транзисторов регулирующего ключа. Изменение длительности замкнутого состояния регулирующе- .. го ключа осуществляется путем изменения 25 длительности разомкнутого состояния транзистора, шунтирующего через выпрямитель пер-. вичную обмотку управляющего регулирующим ключом трансформатора. Так как напряжения на обмотках этого трансформатора равны или пропорциональны прямым падениям напряжений на переходах эмиттер-база транзисторов регулирующего ключа (в проводящем состоянии) то ири значительном разбросе входных характеристик этих транзисторов, а также при работе в широком температурном диапазоне появляется необходимость в увеличении напряжения на обмотке первого управляющего трансформатора, соединенной через резистор с первичной обмоткбй второго управляющего трансформатора с тем, чтобы обеспечить протекание требуемого, тока резистора. При работе реальных транзисторов ток резистора будет превышать необходимое значение.

Ток резнсгора иа интервале, когда шунтирующий транзистор включен, также будет превышать соответствующий ток резистора на предшествующем интервале (когда шунтнрующий транзистор выключен, а регулирующий ключ замкнут), Указанные факторы обусловливают увеличение мощности потерь ирн формировании управляющих транзисторами регулирукппе

606194 го ключа и выходного инвертирующего каскада сигналов.

Целью изобретения является увеличение

КПД конвертора.

Поставленная цель достигается тем, что первичные обмотки управляющих трансформаторов включены последовательно между собой и соединены с управляемыми от задающего генератора дополнительными транзисторами по схеме стабилизированного по току двухтактного ключевого усилителя мощности.

На фиг. 1 представлена схема стабилизированного транзисторного конвертора; на фиг. 2 — вариант схемы модулятора длительности импульсов (Точки а,б,в,г,д,е схемы соответствуют точкам подключения модулятора в схеме фиг. 1).

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: тумблер 1, транзисторный переключатель 2, токоограничивающий резистор 3, источник питания 4, задающий генератор 5 переменного прямоугольного напряжения, резистор 6, трансформатор 7 задающего генератора с обмотками 7> — 7,, стабилитрон 8, резистор 9, токостабипизирующий транзистор 10, двухтактный клюевой усилитель 11 мощности, резистор 12, диоды 13, 14, транзисторы 15, 16, стабили рон

17, резистор 18, управляющий трансформатор

19 регулирующего ключа с обмотками 19i—

19;, первый управляющий трансформатор выходного инвертирующего каскада с обмотками

20 — 204, второй управляющий трансформатс1р выходного инвертирующего каскада с о6матками 21 — 24,, регулирующий ключ 22, вы- эо ходной инвертирующий каскад 23, силовой трансформатор с обмотками 24 — 244, выходной выпрямитель 25, фильтрующий конденсатор 26, нагрузка 27 конвертора, фильтрующий дроссель 28, диод 29, диод 30, стабилитрон 31, выпрямитель 32, модулятор 33 длительности

35 импульсов, шунтируюший транзистор 34, выпрямитель 35, конденсаторы 36, 37.

При замыкании тумблера 1 в базу транзисторного переключателя 2 через токоограни- 4о чивающий резистор 3 от источника 4 питания поступает отпирающий ток, и транзисторный переключатель 2 переходит в состояние «Замкнуто», а задающий генератор 5 через резистор

6 и насыщенный транзистор 2 подключается к источнику 4 питания. При этом начинается фор45 мирование переменных прямоугольных напряжений на всех обмотках 7 — 7, трансформатора.

Стабилитрон 8 в процессе запуска обеспечивает ограничение напряжения питания задающего генератора. Одновременно через резистор 9 в базу транзистора 10, являющегося токостабилизируюшим элементом ключевого усилителя 11 . работающего в линейном режиме, поступает оп;чраюший ток. От обмотки 7> трансформатора через соответствующий резистор

12 и диод 13 (или 14) в базу транзистора 15 (или 16) попеременно поступают отпирающие и запирающие сигналы, длительности которых соответствуют полупериоду работы задающего генератора. Транзисторы 15 и 16 работают в ключевом режиме, и благодаря этому через каждый полупериод происходит переключение

Д коллекторпого тока транзистора 0 с коллектор ной цепи транзистора 15 на коллекторную цепь транзистора 16 и обратно. Наличие стабилитрона 17 и резистора 18 обеспечивает стабилизацию коллекторного тока транзистора 10 и, следовательно, стабилизацию в течение соответствующего полупериода тока через последовательно соединенные первичные обмотки 19, 20, 2!i (или 19, 20, 21) управляющих трансформаторов. Вторичные обмотки 19, и 19 управляющего трансформатора обеспечивают коммутацию транзисторов ключа 22, а вторичные обмотки 20,, 204 и 21„, 21, управляющих трансформаторов коммутацию транзисторов вы ходного инвертирующего каскада 23. При этом на всех обмотках 24 — 24, силового трансформатора появляется переменное прямоугольное напряжение, и от обмотки 24z трансформатора через выпрямитель 25 начинается заряд фильтрующего конденсатора 26, соединенного с нагрузкой 27.

Фильтрующий дроссель 28 обеспечивает работу выходного инвертируюшего каскада 23 в режиме генератора тока на входе.

В интервалах времени, когда регулирующий ключ 22 разомнут, ток дросселя 28 протекает через диод 29. Диод 30 обеспечивает ограничение напряжений на транзисторах выходного инвертирующего каскада 23 на уровне напряжения источника 4 питания при их переключениях.

В процессе увеличения напряжения на нагрузке 27 увеличивается напряжение на всех обмотках силового трансформатора (24), и в тот момент времени, когда напряжение на ос.: мотке 24, этого трансформатора превышает опорное напряжение стабилитрона 31, транзисторный переключатель 2 переходит в состояние «Разомкнуто», ток через резистор 6 становится равным нулю, и в дальнейшем питание задающего генератора 5 и стабилизированного по току ключевого усилителя 11 мощности осуществляется от обмотки 244 силового трансформатора через выпрямитель 32.

Включенный параллельно нагрузке 27 модулятор 33 длительности импульсов (точки а, г) синхронизирован по частоте с задающим генератором 5 с помощью обмотки 7, (точки б, в) трансформатора таким образом, что частота работы модулятора длительности импульсов в два раза превышает частоту работы задающего генератора. Зависимость длительности импульсов тока на выходе модулятора (точки д, е) определяется параметрами его элементов, причем при наличии таких импульсов обмотка

19 управляющего трансформатора через выпрямитель 35 закорочена насыщенным шунтирующим транзистором 34, вследствие чего через базовые цепи транзисторов регулирующего ключа 22 токи не протекают, и эти транзисторы выключены.

В зоне стабилизации напряжения на нагрузке 27 модулятор 33 длительности импульсов обеспечивает действие в схеме отрицательной обратной связи таким образом, что увеличение напряжения на нагрузке 27 обусловливает увеличение длительности выходных импульсов то! 61(!94 формула изобретения ка модулятора и, следовательно, длительности включенного состояния транзистора 34. При этом увеличивается длительность разомкнутого состояния регулирующего ключа 22 и уменынается энергия, поступающая в конвертор от источника 4 питания, что приводит к автоматическому уменьшению напряжения на нагрузке

27 до первоначального значения.

В установившемся режиме напряжение «а всех обмотках трансформатора 24 имеет форму меандра и стабилизировано по амплитуде.

Значения напряжений на обмотках 191 и

19г трансформатора (при выключенном транзисторе 34 и замкнутом регулирующем ключе

22), 2)1 и 20 трансформатора (20), 21! и

21 трансформатора (21) определяются произведениями прямых падений напряжений на переходах проводящих транзисторов регулирующего ключа 22 и выходного инвертирующего каскада 23 на соответствующие коэффициенты трансформации обмоток 19;, 19, трансформатора (19), 20, 204 трансформатора (20) и 21„, 2!4 трансформатора (21).

Так как напряжения на обмотках !9,, !9,, 20;, 20,, 21, 214 равны прямым падениям напряжений на переходах эмиттер-база соответствующих силовых транзисторов, то наличие последовательно включенных обмоток 19!, 20!.

211 и 19>, 20>, 2lz обеспечивает уменьшение необходимого напряжения питания ключевого усилителя 11 мощности при стабилизированных токах без проводящих транзисторов регулирующего ключа 22 и выходного инвертирующего каскада 23, что при достаточной простоте схемы и возможном значительном разбросе входных характеристик силовых транзисторов обеспечивает получение высокого КПД схемы.

Наличие в схеме конденсаторов 36, 37 небольшой емкости обусловлено неидеальностью фронтов переменных прямоугольных напряжений на обмотках трансформатора 24.

Основными блоками модулятора являются преобразователь 38 напряжения в ток и управл я ем ы и однови бр а тор 39 (ф иг. 2) .

В режиме стабилизации при увеличении напряжения на нагрузке конвертора, т. е. напряжения между точками а, r, увеличивается напряжение на резисторе 40 резисторного делителя (40, 41), так как благодаря наличию стабилитрона 42, шунтированного конденсатором

43 и соединенного с точкой г резистором 44, напряжение на резисторе 41 при этом практически не изменяется. Увеличение напряжения на резисторе 40, и, следовательно, тока через этот резистор обусловливает уменьшение токов базы и коллектора 45, работающего в линейном режиме. При этом уменьшается ток коллектора 46, также работающего в линейном режиме.

В момент изменения полярности напряжения на обмотке 7, трансформатора изменяется полярность напряжения между точками б и в, и через дифференциирующий конденсатор 47 выпрямитель 48, диод 49, времязадающий конденсатор 50 в базу насыщенного транзистора

51 поступает запирающий импульс тока, благодаря чему транзистор 52 одновибратора переходит в область насьпцения, а тра11зистор 51Fв область Отсечки. 11ач;.:асгся ст;;.13÷ ".ыдержки одновибратора, HB которой через резистор

53, переход база-эмиттср транзистора 34, с!«единенный с точками е, д, и насы1цplll! hl!1 р III3нстор 52 протекает ток, cooTвстл чук1111!lй вы5 ходноыу и мну г1 ьс i мод i 1 ятог и 1 I I4 с, I>! ÎI TI стадии выдержки определяется вре.сенсм разря да конденсатора 50 до такого н;1пряжсния, ир1, котором транзистор 51 переходит 11« Обла Tll отсс чки B BKTFI3H) Io Область. Т 1к к«к l. oil!!II13 тивление резистора 54 постоянно, то Отмеченно выше уменьшение по сравнению с предшествую1цим периодом коллекторного тока транзистора 46 обусловливает замедление процесса ра!ряда конденсатора 50 и, следовательно, у11сличение длительности стадии выдержки по cp II нению с соответствующей длительностью н» предшествующем периоде, что приводит к умеl! I, шению напряжения на нагрузке конвертор:I

10 прежнего значения.

Резистор 55 одновибратора прсдназна I1н для обеспечения заряда конденсатора 50 д 1

"" исходного напряжения после окончания стадии выдержки. Через резистор.56 на стадии выдержки протекает ток базы транзистора 52. С помощью резисторов 57, 58 обеспечивается активное запирание транзистора 34 на интервале р»вснства нулю выходного тока модулятора. l,èод 59 обеспечивает защиту перехода эмиттербаза транзистора 51 от повышенного ооратного напряжения на стадии выдержки. Диоды 60, 61 обеспечивают включенное состояние транзистора 52 при работе транзистора 5! в обзо ласти насыщения.

Применение изобретения в практических разработках при использовании B качестве источника энергии стандартной сети 220 В 50 Гц переменного тока (с применением на входе выпрямителя и конденсаторного фильтра) Об«спечивает возможность построения высокоэкономичных малогабаритных вторичных ист03!IIIков питания с бестрансформаторным вхо l()il.

Стабилизированный транзисторный ко111>сртор, содержащий задающий генератор переменного прямоугольного напряжения, регулпр;ю4> щии ключ, выходнои инвертирующий каскад с силовым трансформатором, а также соответствующие регулирующему ключу и инвертирующему каскаду и связанные i их входами у1:— равляющие трансформаторы. от,гичаюи!ииея

gp тем, что, с целью увеличения КПД первичные обмотки управляющих трансформаторов вкл1очены последовательно между собой и соединены с управляемыми от задающего генератора дополнительными транзисторами по схеме стабилизированного по току двухтактного ключево го усилителя мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР ¹ 501455, кл. Н 02 М 3/315, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР М 501456. кл. Н 02 М 3/32, 1974.

Редактор В. Фельдман

Эаказ 2464 42

Составитель Г. Огнев

Техред О. Луговая Yîpðåíòoð П. Макаревич

Тирах< 892 Подписное

ЦНИИГ1И Государсгнениого комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раугиская наб. д. 4/5

Фили ал П ПП «Патент», г. Ужгород, ул. П роека н ая, 4