Транзисторный двухтактный преобразователь напряжения

 

Оll ИСАНИ Е 877761

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6Ч) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.03.80 (21) 2899534/24-07 (51) М. Кл;® с присоединением заявки №вЂ”

Н 02 М 7/537

Гооудврственный комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 30.10.81. Бюллетень №40 (53) УДК621.314. .57 (088.8) tttt делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 05.11.81 (72) Авторы изобретения

С. С, Тонкаль, В. А. Селецкий, И. В. Литвиненко, и В. Д. Селезнев

Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ!

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве генератора прямоугольных импульсов в радиоэлектронных устройствах, средствах автоматики и вычислительной техники.

Известен двухтактный преобразователь напряжения, содержащий источник питания, два транзистора и трансформатор, обмотка которого выполнена со средней точкой 111, Частота генерации такого преобразователя прямо пропорциональна напряжению источника питания, поэтому при неизменных параметрах элементов схемы, например индукции насыщения сердечника траисформатора, стабильность частоты определяется стабильностью питающего напряжения н может составлять + (5 — 7)%, Известен также двухтактиый двухтрансформаторный преобразователь напряжения, содержащий источник питания, два транзистора, коммутирующий н частотно-задающий трансформаторы 12).

Нестабильность частоты генерируемых импульсов объясняется тем, что в процессе работы происходит изменение магнитного потока в сердечнике от минимального до

2 максимального значений, прн которых происходит переключение схемы, т.е. прямой блокинг-процесс меняется на обратный. Ма териал сердечника трансформатора должен обладать высоким коэффициентом прямоугольности, и точкам переключения на кривой намагничивания соответствуют участки с минимальной крутизной, что определяет нестабильность срабатывании схемы.

Кроме того, величина магнитной иидукт цни сердечника существенно зависит or магнитной проницаемости материала сердечиФка трансформатора, которая в процессе работы не остается постояивой из-за влияния дестабилизирующих факторов: измеяе° íèÿ температуры физических воздействий, старения и т.д.

Наиболее близким о технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является двухтактный транзисторный преобразователь напряжения, содержащий транзисторы, подключенные к первич20 ной обмотке выходного трансформатора, пме юшей средний вывод, а также блок сгаСелизации, выполненный на конденсаторе, времязадающем элементе и двух диодах (31.

8?7761

Недостатком указанного преобразователя является относительно большая нестабильность частоты, составляющая +. (1 — 2) о .

Это объясняется тем, что напряжение на конденсаторе RC-цепочки нарастает по экспо5 ненциальному закону и постепенно достигает своего. максимального значения. Следовательно, крутизна логарифмической характеристики времязадающей RC-цепочки в момент переключения транзисторов незначительна, чем определяется нестабильность частоты генерируемых импульсов. Кроме того, время заряда зависит от напряжения питания генератора, которое должно быть ста бил из и рова но.

Цель изобретения — повышение стабильности частоты генерации.

Поставленная цель достигается тем, что . в транзисторном двухтактном преобразователе напряжения, содержащем транзисторы, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора, имеющей средний вывод, а также блок стабилизации, выполненный на конденсаторе, времязадающем элементе и двух диодах, трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, в состав блока стабилизации введены два управляемых ключа и пороговый элемент, а в качестве 25 времязадающего элемента применен стабилизатор тока, при этом дополнительная обмотка одним концом через диод соединена с управляющим электродом первого управляемого ключа, вторым концом — через второй диод с силовым электродом второго управляемого ключа и через стабилизатор тока с силовым электродом первого управляемого ключа, обкладкой конденсатора и через пороговый элемент с уПравляющим электродом второго ключа, второй силовой электрод ко- торого подсоединен к средней точке дополнительной обмотки, второй обкладке конденсатора и второму .силовому электроду управляемого ключа.

Такое схемное решение транзисторного 4о двухтактного преобразователя напряжения обеспечивает линейное нарастание напряжения на конденсаторе с постоянной интенсивностью при нестабильности величины напряжения питания генератора, и переключение схемы происходит на участке характе- 45 ристики заряда конденсатора, имеющей достаточную крутизну. При принудительном переключении схемы искусственным образом формируется (для любого ферромагнитного материала) прямоугольная петля гистерезиса сердечника трансформатора, чем определяется высокая стабильность частоты следования генерируемых импульсов.

На чертеже представлена схема преобразователя напряжения.

Устройство содержит транзисторы 1 и 2, трансформатор 3, обмотки 4 и 5 которого выполнены по схеме со средней точкой, входные выводы 6 и 7 для подключения источника питания и блок 8 стабилизации частоты, содержащий конденсатор 9, времязадающий элемент 10 диоды 11 и !2.

Трансформатор 3 снабжен дополнительной обмоткой 13, которая одним своим концом через диод 11 подключена к управляющему (коммутирующему) электроду ключа 14, другим концом через диод 12 к времязадающему элементу (стабилизатору тока) 10 и к одному силовому (коммутируемому) электроду ключа 15, а средней точкой к другому силовому электроду этого же ключа и к одной обкладке конденсатора 9.

Конденсатор 9, включенный параллельно силовым электродам ключа !4, второй своей обкладкой соединен со стабилизатором 10 тока и пороговым элементом 16, который подключен к управляющему электроду ключа 15.

При использовании в качестве силового элемента ключа 15 тиристора на управляющий электрод ключа 15 сигнал поступает с порогового элемента 16, катод тиристора подключается к средней точке дополнительной обмотки 13 трансформатора 3 и анод тиристора подключается к катоду диода 12.

При использовании в качестве силовых элементов ключей 14 и 15 транзисторов, например кремниевых транзисторов типа п-р-п, на базу транзистора ключа 15 сигнал поступает с порогового элемента 16, .эмиттер транзистора ключа !5 подключается к средней точке дополнительной обмотки 13 трансформатора 3, а коллектор транзистора подключается к катоду диода 12. На базу транзистора ключа 14 сигнал поступает с катода диода 11. Эмиттер транзистора ключа 14 подключен к средней точке дополнительной обмотки 13 трансформатора 3, а коллектор к обкладке конденсатора 9.

В качестве порогового элемента 16 могут быть использованы двухполюсные элементы, например стабилитроны кремниевые.

Вариант с использованием двухполюсного элемента в качестве порогового элемента 16 представлен на фиг. !. В качестве порогового элемента !6 могут быть использованы четырехполюсные элементы, например триггер .с эмиттерной связью.

Вариант с использованием четырехполюсного элемента в качестве порогового элемента 16 указан в формуле изобретения. При использовании в качестве элемента, 16 четырехполюсного элемента должна появиться новая связь. между общими выводами эле- мента 16 и средней точкой дополнительной обмотки трансформатора.

При использовании в схеме в, качестве ключа 15 транзистора желательно применить в качестве порогового элемента 16 триггер с эмиттерной связью, а при использовании тиристора желательно применить в качестве порогового элемента 16 стабнлнтрон. Указанные рекомендации не являются обязательными и зависят от параметров трансформа877761

6 тора и других элементов схемы, а также от требуемой стабильности частоты генератора.

При построении конкретной схемы транзистор ключа 14.может быть заменен электронным реле, т.е. несколькими транзисторами, обеспечивающимя (совместно с пассивными элементами) в открытом состоянии оконечного транзистора реле разряд конденсатора 9 и в закрытом состоянии оконечного транзистора ток утечки через него не более

10, т.е. тока стабилизатора 10.

Устройство работает следующим образом.

В- один из полупериодов работы генератора диод 11 закрыт, а диод 12 открыт, Транзистор ключа 14 закрыт, например, нулевым базовым смещением, и происходит заряд конденсатора 9 через стабилизатор 10 тока до напряжения срабатывания порогового элемента 16, если в качестве последнего ис- . пользуется триггер Шмидта, или пробоя стабилизатора, если в качестве элемента 16 используется стабилитрон. Сигнал с выхода элемента 16 поступает на вход ключа 15.

Если в качестве ключа 15 используется тиристор, то последнии включается и закорачивает часть дополнительной обмотки 13 трансформатора 3, что вызывает «срыв» генерации генератора и определяет начало процесса перемагнячивания сердечника трансформатора 3, В процессе церемагничивания полярность на дополнительной обмотке 13 трансформатора 3 меняется на обратную, диод 12 закрывается, диод !1 открывается, пороговый элемент 16 выключается и тиристор 15 отключается. Если в качестве ключа 15 используется транзистор,, .то он после пробоя стабилитроиа начинает открываться и закорачивает часть дополнительной обмотки 13 трансформатора 3. При некоторых параметрах схемы срыв генерации не происходит или он не стабилен. В этом случае следует применить в качестве элемента 16 триггер Шмидта с достаточным коэффициентом возврата (отношение напряжения срабатывания к напряжению отпус; кания триггера).

° Применение в качестве ключа 15 тран° зистора и в качестве порогового элемента триггера Шмидта вызвано недостаточным быстродействием серийно выпускаемых тиристоров, величиной емкости стабилитронов и, следовательно, ограничением по максимальной частоте генератора.

Вопрос о применении в качестве ключа !4 транзистора или реле, в качестве ключа 15 тиристора или транзистора и в качестве порогового элемента 16 триггера Шмидта или стабилитрона зависит от параметров конкретного устройства.

Таким образом, время формирования одного полупериода колебания генератора определяется только величиной емкости конденсатора 9 и током его заряда (током стабилизатора !0) и. не зависит от изменения свойств ферритового сердечника трансформатора 3 и колебаний напряжения питания генератора, благодаря чему достигается повышение стабильности частоть1 генерируе. мых импульсов. Предлагаемое устройство обеспечивает стабильность частоты в пределах (0,5 — 1)%, что позволяет использовать его в устройствах, предъявляющих жесткие требования к частоте следования импульсов.!

Формула изобретения

Транзисторный двуxTGKTHbl!! преобразователь напряжения, содержащий транзисторы, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора, имеющей средний вывод, а также блок стабилизации, вы- полненный на конденсаторе, времязадающем элементе и двух диодах, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты генерации, трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, в состав блока стабилизации введены два управляемых ключа и пороговый элемент, а в качестве время30 задающего элемента применен стабилизатор тока, при этом дополнительная обмотка одним концом через диод соединена е управляющим электродом первого управляемого ключа, вторым концом — через второй диод с силовым электродом второго управляемого

З ключа и через стабилизатор тока с силовым электродом первого управляемого ключа, обкладкой конденсатора - и через пороговый элемент с управляющим электродом второго ключа, второй силовой электрод которого

40 подсоединен к средней точке дополнительной обмотки, второй обкладке конденсатора и второму силовому электроду управляемого ключа.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Моин В. С., Лаптев Н. Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи.

М., «Энергия», !972, с. 8.

2. Чиженко Н. М. и др. Основы преобразовательной техники. М., «Высшая школа»,, .1974, с. 359, Ж 3. Моин В. С., Лаптев Н. Н. Стабилизи-„ рованные транзисторные преобразователи,. М., «Энергия», 1972, с. 380, рис. 10 — 5б. .,:

67776l

Составитель Н. Цишевскан

Редактор С. Тарененко . Техред А. Бойкас . Корректор О. Билак

Заказ 9633/84 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий! l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4