Однотактный транзисторный конвертор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сви@sy (22) Заявлено 230580 (21) 2929258/24-07 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<>911670

РЦМ К з

Н 02 М 3/335

Государственный «омитет

СССР но делам изобретений и отнрытий

{$3}УДК 621. 314. 58 (088.8) Опубликовано 070382. Бюллетень М 9

Дата опубликования описания 07.03.82 (72) Автор изобретения

Б.С.Сергеев (71) Заявитель (54 ) ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР

Изобретение относится к электро- технике, в частности к источникам питания, и может быть использовано в системах электропитания устройств автоматики, вычислительной или радиотехники.

Известны однотактные транзисторные конверторы, содержащие выходной и токовый трансформаторы, включающий, выключающий и силовой транзис торй f13.

Однако известные. конверторы имеют невысокий КНД на повышенных частатаФ преобразования из-за значительных потерь мощности иа коммутационные процессы переключения полупроводниковых приборов ° наиболее близким.к.предлагаемому

go технической сущности является од- . Йотактный.транзисторный конвертор,содержйций выходной и токовый трансформаторы, силовой, включающий и выключающий транзисторы, а также дополнительные транзисторы, коллекторы которых подключены соответственно к ьазам включающего и выключающего транзисторов, базы дополнительных транзисторов соединены с крайними выводами дополнительной обмотки выходного трансформатора, а эмиттеры включающего, C выключающего и дополнительных транзисторов объединены, причем управляющие включающие и выключакЪ ие выводы подключены к базам включающего и выключающего транзисторов соответственно P .).

Недостатком указанного конвертора является необходимость применения транзистора значительной мощности, а следовательно, и значительной массы в качестве включающего транзистора. Это объясняется тем, что в переходный мбмент первоначального запуска конвертора напряжение на выходе (при разряженных выходных конденсаторах ) равно нулю и нарастает сравнительно медленно, вследствие чего выключающий транзистор не выключается после запирания силового транзистора, что приводит к значительной мощности рассеиваемой выклю.чающим транзистором. Кроме того, недостатком данного конвертора является вбзможность ненадежной работы в

25 режиме прерывистых токов, когда после полного:разряда вторичной индуктивности выходного трансформатора возникают паразитные колебания, обусловленные контуром, образован30 иым названной индуктивностью и ем911670 рого определяется диффережирующим блоком 6, а амплитуда ограничивается резистором 12, f,ôèã.2), U Kä и на30 пряжением:на коллекторе включающего гранзистора Ц8,.

Однако вследствие того, что в качестве транзистора 4 обычно исполь-зуется схема Дарлингтона, достаточно точную длительность включающего тока базы силового транзистора Ь Вн сформировать дифференцирующим блоком б не удается, поэтому для ïîâûшения точности и стабильности дли20 тельности импульса ДАН используется конденсатор 13, чем обеспечивается независимое от температурнозависимых параметров транзисторов формирование длительности импульса включающего тока базы силового транзистора.

Далее силовой .транзистор 1 открывается и после окончания действия импульса Д8 „ остается включенным эа счет положительной обратной связи трансформатора 2 тока. После появления импульса О,„„ открывается выключающий транзистор 5, чем вызывается появление тока 3 ы„„. Начинается процесс рассасывания избыточных носителей иэ базы насыщенного транзистора 1, после окончания которого напряжение на дополнительной обмотрассеиваемой мощности схемы конвертотем, что в однотактный конвертор введен инвертирующий транзисторный ключ, коллектор которого подключен к базе дополнительного транзистора и через резистор — к третьему входному выво ду, а эмиттер и база - соответственно к дополнительной обмотке Выходного трансформатора.

Между входами включающего и выключающего транзисторов и управляющими выводами соответственно могут быть включены дифференцирующие блоки.

Кроме того, в конвертор.- может быть введена цепочка, состоящая из параллельного соединения конденсатора и резистора; которая включена .меж. «диагра " . Ьс зыкл i - выл i F i K i U qy

40 меняет свою полярность. это . приводит к запиранию инвертирующего транзисторного ключа 8 и открыванию дополнительного транзистора 9, чем шунтируется вход выключающего тран45 зистора 5, который затем запирается и отключает ток 3>b . Схема приходит в исходное состояние и далее процессы повторяются. костью запертого выпрямительного диода. Эти колебания, передающиеся в дополнительную обмотку выходного трансформатора, вызывают ложные срабатывания включающего и выключающего транзисторов, приводящие к самовозбуждению схемы конвертора.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных характеристик конвертора за счет уменьшения мощности, рассеиваемой выключающим транзистором; повышение надежности работы конвертора, достигаемое исключением лож--: його срабатывания включающего и вы- ключающего транзисторов; уменьшения ра.

Поставленная цель достигается ду коллектором включающего транзистора и обмоткой токового трансформатора.

На фиг.1 представлена схема однотактового транзисторного конвертора; на фиг.2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит силовой транзистор 1, в коллектор которого включен токовый 2 и выходной 3 трансформаторыу включающий 4 и выключающий 5 транзисторы; базы которых подключены через дифференцирующие блоки 6 и 7 соответственно к управляющим входам; инвертирующий транзисторный ключ 8, управляющий переход которого подключен к дополнительной обмотке выходного трансформатора 3, а коллектор соединен с базой. дополнительного транзистора 9 и через резистор 10.— с одним из входных выводов +Е, .кол- " лектор выключающего транзистора 5 через ограничивающий резистор 11 подключен к одной1из обмоток токового трансформатора 2, а коллектор— включающего транзистора 4 соединен через последовательно-параллельное соединение ограничивающего резистора 12, конденсатора 13 и разрядного резистора 14 с другой обмоткой токового трансформатора 2.

Конвертор работает следующим образом.

При установившемся выходном напряжении 0 конвертора напряжения на элеэлементах схемы имеют вид, изображенный на фиг.2.

С появлением импульса 0 8th открывается включающий транзистор 4, длительность включенного состояния котоке выходного трансформатора 3 (фиг.2) При переходном процессе запуска конвертора процессы происходят аналогично и моменты срабатывания выключающего транзистора определяются положительной полярностью напряжения U, величина которого не зависит от Величины выходного напряжения

ОН конвертора, а определяется только напряжением источника питания Е .

В режиме прерывистых токов (фиг.2, диаграммы 3« 3„, 0„., U, пунктирные

60 линии ) напряжение паразитных колебаний на обмотке не может вызвать сра,батывания транзисторов, так как время разряда индуктивности вторичной обмотки рц р больше чем длительность

65 импульса,сформированногодифференци911670 тояния транзистора 5 в стационарном ре1 .жиме работы, чем уменьшается мощность, а следовательно, масса и габариты выключающего транзистора 5.

Кроме того, использование дифференцирующих блоков 6 и 7 дает воэможность получить надежную, устойчивую работу конвертора в режиме непрерывных токов, причем блок 7 принципиально присутствует в преходных режимах включения, выключения и коммутации тока нагрузки. Применение цепочки, состоящей иэ конденсатора 13 и резистора 14, при наличии дифференцирукщего блока б обеспечивает уменьшение мощности, рассеиваемой схемой „1.равления, а следовательно, и всем конвертором.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность работы однотактного транзисторного конвертора за счет улучшения массогабаритных характеристик, повышения на,дежности работы и уменьшения рассеи,ваемой мощности.

Формула изобретения

1. Однотактный транзисторный конвертор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого через токовый и выходной трансформаторы подключены к одному из входных выводов, а управляющий переход соединен с одной из обмоток токового трансформатора, концы другой обмотки которого через включающий и выключающий транзисторы подсоединены к другому входному выводу, а средняя точка подключена к третьему входному выводу, .прн этом управляющий переход выключающего транзистора шунтирован дополнитель- i ным транзистором, управляющий пере; ход которого связан с одной иэ обмоток выходного трансформатора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, в него введен инвертирующий транзисторный ключ, коллектор которого подключен к базе допблнительного транзистора и через резистор — к третьему входному выводу, а эмиттер и база - соответственно к дополнительной обмотке выходного трансформатора.

2. Конвертор по и. 1, о т л и .ч а ю шийся тем, что управляющие входы подключены к базам включающего и выключающего транзисторов через введенные дифференцирующие блоКИ.

3. Конвертор по п. 2, о т л и— ч а ю шийся тем,, что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности, в него введена цепочка, состоящая из параллельного соединения конденсатора и резистора, включенная между коллектором включающего транэисрующим блоком 7.Таким образом, для нацежной работы устройства необходимо выполнение неравенства P»P Быка °

Практически это соотношение легко выполнимо даже при значительной нестабильности1 ь, -, так как время1рп р

5 составляет десятки-сотни микросекунд, а длительность рассасывания избыточных носителей иэ базы транзистора 1, определяющая время 1 вь кл ° равна долям-единицам микросекунд. увеличение же .длительностиФНыyä не приводит к ухудшению энергетических показателей конвертора, так как длительность им-. пульса тока 3», формируется сигналом импульсной обратной связи с до- S полнительной обмоткой выходного трасформатора 3 и не зависит от постоянной времени дифференцирования устройства.

Наличие дифференцирующего блока 6 20 позволяет увеличить. также величину разрядного резистора 14, что уменьшает величину остаточного тока вклю- . чающего транзистора 4 и его длительность, что видно иэ диаграммы Ос (напряжение на конденсаторе 13), где время.Б@<, формируемое дифференцирукщим блоком 6. Так как для импульсных транзисторов длительность тока Эщ, достаточного для срабаты- Зо вания положительной обратной связи трансформатора 2 тока, мала и составляет сотые-десятые доли микросекунд, то длительность фй д с нестабильностью в единицы микросекунд не влияет на работоспособность конвертора. Наравне с этим возможная длительность разряда конденсатора 13 . при использовании дифференцирующего блока 6 значительно увеличивается, что дает воэможность увеличить величн- 40 ну разрядного резистора 14 и уменьшить мощность, рассеиваемую схемой управления конвертора. Следовательно, применение цепочки из конденсатора 13 и резистора 14 дает воэможность более точно сформировать длительность тока Звх и таким образом улучшить энергетические показатели конвертора. Так как для импульсных насыщейных транзисторов время включения гораздо меньше времени рассасывания избыточных носителей, а значит и времени выключения, то отсутствие импульсной обратной связи по включающему импульсу практически не ухудшает КПД конвертора, чему также способствует применение трансформатора тока с положительной обратной связью.

Таким образом, введение инвертирующего транзисторного ключа 8 в схему однотактного конвертора позволя- . 40 ет уменьшить время открытого состояния выключающего транзистора 5 в переходном режиме первоначального запуска конвертора и привести это время к нормальной длительности открытого сос- 65

911670 тора и обмоткой токового трансформатора. /

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3671844 кл. Н 02 М 3/32, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 708475, кл. Н 02 М 3/335, 1976.

911670 ,Составитель Т.Ершова Редактор И.Михеева Техред Т."Маточка, Корректор У.Пономаренко

Юй» М

Заказ 1145/48: Тираж 719 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР ,по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4