Однотактный преобразовательнапряжения

 

Союз Соаетскик

Сониалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.07.79 (21) 2790980/24-07 с присоединением заявки M— (23) Приоритет—

Гасударственный кемнтет (51) М. К .

Н Р2 М 7/537

Опубликовано 23.05.81. Бюллетень №19

Дата опубликования описания 28.05.81 (53) УДК 621.314..58 (088.8) по делам нзайретеннй н аткрытнй (72) Автор изобретения

E. Б. Измайлов (73) Заявитель

Красноярский политехнический институт (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения.

Известен силовой преобразователь, состоящий из силового транзистора, трансформатора тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и обмотки управления, подключен-ной к блоку управления (1).

Однако запирание. силового транзистора производится путем замыкания накоротко обмотки управления трансформатора тока. Вследствие этого не обеспечивается форсированное рассасывание избыточного заряда неосновных носителей в базе силового транзистора, что снижает быстродействие ключа.

Известен также преобразователь, состоящий из силового транзистора, трансформатора тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и дополнительного трансформатора тока, предназначенного для форсирования процесса рассасывания избыточного заряда базы силового транзистора при запирании ключа (2) .

Недостаток преобразователя — наличие дополнительного трансформатора тока, что усложняет схему ключа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий силовой транзистор, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управле10 ния силового транзистора, и обмоткой управления, одним концом подключенной к дополнительному источнику питания, а другим — через резистор, к коллектору управ ляющего транзистора, база которого соединена со входом управленияР3.

Недостатком этого преобразователя является малое быстродействие из-за большого времени рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора.

Кроме того, при работе преобразовате2О ля в широком диапазоне изменения тока нагрузки коэффициент усиления и степень насыщения силового транзистора изменяются и, вследствие этого, изменяется величина избыточного заряда неосновных носителей

832685 в его базе. В то же время длительность интервала, в котором транзистор стабилизатора тока находится в состоянии насыщения и происходит форсированное рассасывание избыточного заряда, фиксирована и определяется постоянной времени заряда конденсатора, шунтирующего токозадающий резистор стабилизатора тока. Вследствие этого, при малых токах загрузки, когда заряд неосновных носителей имеет максимальную величину, происходит значительное увеличение длительности интервала рассасывания.

4 транзистора 8, так как сигнал на выходе инвертора 9 становится положительным.

Задний фронт сигнала управления через инверторы 16 и 18 и дифференцирующую цепь 17 устанавливает RS-триггер 12 в ну. левое состояние. На выходе инвертора 13 появляется сигнал положительной полярности, который открывает транзистор 14.

Поскольку сопротивление резистора 7 значительно больше сопротивления резистора

15, ток в обмотке управления 5 трансформатора тока 2 определяется выражением

Цель изобретения — увеличение быстродействия магнитотранзисторного ключа путем сокрагцения времени рассасывания избыточного заряда неосновных носителей в базе силового транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введены дополнительная обмотка трансформатора тока, RS-триггер, дифференцирующая цепь, четыре инвертора и второй управляющий транзиетор, коллектором подключенный к обмотке управления, базой через инвертор к выходу

RS-триггера, S-вход которого соединен с дополнительной обмоткой трансформатора тока, à R-вход через инверторы и дифференцирующую цепь соединен со входом управления.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема однотактного преобразователя напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Преобразователь состоит из силового транзистора 1, трансформатора 2 тока с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, включенными соответственно в цепь коллектора и цепь управления силового транзистора 1, обмоткой 5 управления, соединенной одним концом с дополнительным источником 6 питания, а другим через резистор 7 с коллектором управляющего транзистора 8, база которого через инвертор 9 соединена со входом управления дополнительной обмоткой

10, включенной через резистор 11 на S-вход

RS-триггера 12, выход которого через инвертор 13 соединен с базой второго управляющего транзистора 14, коллектором подключенного через резистор 15 к обмотке управления 5 трансформатора тока. R-вход

RS-триггера 12 через инвертор 16; дифференцирующую цепь 17 и инвертор 18 соединен со входом управления.

Преобразователь работает следующим образом.

Силовой транзистор 1 удерживается в открытом состоянии током нагрузки, трансформируемым в базовую цепь трансформатором 2 тока. Транзисторы 8 и 14 на этом интервале заперты. В момент времени сигнал управления (фиг. 2,а) становится равным нулю. Это приводит к отпиранию

1 ЕУ к Уэд И/y lv(g

МР К ю где

I gP ——

1, — l„,,W )Ю

-ток базы силового транзистоP ра на интервале рассасывания избыточного заряда базы силового транзистора 1;

IS -ток базы силового транзистора 1 перед началом интервала рассасывания.

3р где

Величина сопротивления резистора 15 выбирается таким образом, что обеспечивает максимально возможную величину тока,l8P,При этом в обмотке 4 проходит обратный ток базы (фиг. 2,б), обеспечивающий форсированное рассасывание избыточного заряда в базе силового транзистора 1, причем величина этого тока не изменяется до конца интервала рассасывания.

4 Характерным свойством мощных планарных транзисторов является весьма слабая зависимость напряжения на эмиттерном переходе. от величины и направления тока базы, поэтому на интервале рассасывания неосновных носителей напряжения эмиттер о база сохраняет положительную полярность (фиг. 2,в).

После окончания рассасывания избыточного заряда в момент времени t . транзистор 1 переходит в активный режим и

55 напряжение на его базе становится отрицательным (фиг. 2,в). RS-триггер 12 переключается в единичное состояние, сигнал на выходе инвертора 13 становится равным

1„-ток обмотки 5 управления на интервале рассасывания избыточного заряда базы силового транзистора 1;

0 р -напряжение — эмиттер-база силового транзистора 1;

20 ®j< — числа витков обмоток 5 и 4;

R -сопротивление резистора 15; напряжение дополнительного источника 6 питания.

Поскольку магнитное состояние магнитопровода трансформатора 2 тока не может измениться скачком, величина тока в обмотке 4 уменьшается

832685

Формула изобретения

Uynp

Фиа1 нулю и транзистор 14 закрывается. Транзистор 8 остается открытым. На интервале

tg — t происходит перемагничивание трансформатора 2 тока по цепи обмотки 5 управления. После окончания перемагничивания в этой обмотке проходит ток, определяемый сопротивлением резистора 7 и напряжения дополнительного источника 6 питания. В момент времени t сигналом управления транзистор 8 закрывается, а силовой транзистор 1 открывается.

Введение второго управляющего транзистора, дифференцирующей цепи и RS-триггера позволяет получить на интервале рассасывания избыточного заряда обратный ток базы силового транзистора, в отличие от известного преобразователя не изменяющийся на этом интервале, что обеспечивает повышение быстродействия преобразователя. Следящий принцип работы схемы форсирования рассасывания избыточного заряда базы силового транзистора позволяет обеспечить высокое быстродействие в широком диапазоне изменения тока нагрузки.

Однотактный преобразователь напряжения, содержащий силовой транзистор, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и обмоткой управления, одним концом подключенной к дополнительному источнику питания, а другим — через резистор к коллектору управляющего транзистора, база которого соединена со входом управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены дополнительная обмотка трансформатора тока, RS-триггер, дифференцирующая цепь, четыре инвертора и второй управляющий транзистор, коллектором подключенный к обмотке управления, базой через инвертор к выходу RS-триггера, S-вход которого соединен с дополнительной обмоткой трансформатора тока, а R-вход через инверторы и дифференцирующую цепь соединен со входом управления.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССР № 544078, кл. Н 02 М 3/145, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 570963, кл. Н 02 М 3/335. 1977.

3. Авторское свидетельство СССР № 524291, кл. Н 02 М 3/335, 1976.

832685 а и„„р д Цую

1 t2

Фиг.2

Составитель Т. Ершова

Редактор Г. Кацалап Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 3428/48 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4