Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцнапнстнческнк

Республик (i i>957378 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 12.12.80 (21) 3217709/24-07 с присоединением заявки И— (23) Приоритет—

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 07. 09 . 82 (5I }M. Кл.

02 M 3/155

Веударстеенныб кемнтет

СССР но делам нзабретеннй н еткрытнй (53} УДК 621.314.. 2 (088. 8) (72) Автор. изобретения

В. С. Кальва (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания обмоток возбуждения генераторов, а также в схемах вторичных источников питания (ВИП).

Известны преобразователи, в которых импульсное преобразование постоянного тока наиболее часто осуществляется с помощью транзистора, включенного последовательно с источником входного напряжения и нагрузкой. При этом в большинстве случаев эмиттер регулирующего транзистора подключается к источнику напряжения. При таком включении упрощается управление регулирующим транзистором, поскольку для цепи управления не требуется дополнительных источников напряжения

t I j и 121.

При использовании таких преобразователей в электросистемах с нулевой минусовой шиной нельзя применять регулирующие транзисторы с проводимо2 стью и- р-n,ê которым относятся наи= более перспективные типы кремниевых транзисторов; значителен уровень радиопомех, создаваемых устройством, 5 поскольку корпус регулирующего транзистора, соединенный с коллектором, имеет переменный потенциал. Сравнительно велики энергетические потери в цепи управления:, включенно" е большинстве случаев через базо-эмиттерный переход регулирующего транзистора параллельно входному источнику.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий включенный между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, базо-эмиттерный переход которого зашунтирован резистором, а коллектор

20 подключен к входному выводу, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой другого входного и другого выходного выводов, и диод, подключенный между выходными

957378 выводами полярностью, противоположной знаку выходного напряжения (3 ).

Для работы упомянутого устройства необходимо наличие трех дополнительных источников напряжения, что исключает целесообразность применения этого регулятора в электросистемах, где отсутствует силовой трансформатор, например, s составе автомобильного электрооборудования, так как ведет к 10 значительному усложнению схемы.

Цель изобретения — упрощение.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное между коллекто- lS ром и базой регулирующего транзистора введена цепь из соединенных последовательно транзисторного ограничителя тока, дросселя и вольт-вычитающего элемента, при этом точка соеди- щ нения дросселя и вольт-вычитающего элемента подключена к коллектору управляющего транзистора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 вольт-амперная характеристика, транзисторного ограничителя тока; на фиг. 3 — временные диаграммы; на фиг. 4 — схема стабилизированного источника напряжения на 6,3 В.

Схема преобразователя включает регулирующий и управляющий транзисторы 1 и 2, диод 3, подключенный к выхо ду регулятора полярностью, противоположной знаку входного напряжения, необходимый для замыкания тока индуктивной нагрузки (обмотки возбуждения генератора, дроссельные фильтры ВИП), обусловленного ЭДС самоиндукции, возникающей при запирании регулирующего транзистора; транзисторный ограничитель тока 4. В качестве ограничителя может быть применен полевой транзистор, включенный двухполюсником, дроссель в цепи управления регулирующим транзистором 5,вольт-вычитающий эле45 мент 6, необходимый для обеспечения полного запирания регулирующего транзистора, представляющий собой двухполюсник. Напряжение на вольт-вычитающем элементе при запертом состоянии регулирующего транзистора должно быть таким, чтобы при его вычитании из суммы напряжений на управляющем транзисторе 2 и диоде 3, находящихся в проводящем состоянии, разница была меньше величины, достаточной для отпирания регулирующего транзистора.

Вольт-вычитающий элемент должен окагде UHс,с — напряжение насыщения транзистора 2;

U — напряжение вольт- вычитающего элемента. напряжение на диоде 3, обусловленное прохождением индукционного тока нагрузки.

Если в качестве вольт-вычитающего элемента применен диод, то с некоторым приближением справедливо равенство!

Оав) = luAI (2) На основании (1) и (2) имеем (3) 59 Нас

В общем случае остаточное напряжение на транзисторе 2 0нс,с меньше значения, необходимого для открывания транзистора.

Таким образом, выражением (3) подтверждается запертое состояние транзистора 1 при насыщении транзистора ! зывать минимальное сопротивление току, поступающему в базу транзистора

1 при включенном состоянии последнего.

В приемлемой степени, указанным свойствам отвечает диод, совпадающий по проводимости с переходом база — эмиттер транзистора 1. В качестве вольтвычитающего элемента можно также использовать активный источник напряжения, например, термопару; резистор 7, шунтирующий базо-эмиттерный переход регулирующего транзистора, необходимый для обеспечения режима запирания транзистора 1.

Работа предлагаемого устройства состоит в непрерывном чередовании открытого и закрытого состояний регулятора. Управление осуществляется извне прямоугольными импульсами, подаваемыми B базу управляющего транзистора. Насыщение транзистора 2 соответствует закрытому состоянию регулятора. При этом через ограничитель и дроссель проходит ток, возрастающий по мере накопления энергии дросселем, но не превышающий значения, лимитируемого ограничителем, а на переходе база — эмиттер транзистора 1 действует напряжение % э, определяемое выра жением

5 9573

2 независимо от характера нагрузки.

В рассмотренном случае нагрузка индуктивная.

При активной или. емкостной нагрузке напряжение UA другого знака и, S следовательно, транзистор 1 закрыт.

Открытое состояние регулирующего транзистора 1 наступает при запирании транзистора 2. В этом случае управляющий ток поступает в базу 10 транзистора 1, проходя через ограничитель, дроссель и вольт-вычитающий элемент. Падения напряжений на указанных элементах компенсируется за счет ЭДС самоиндукции дросселя. Обе- 15 спечивается также требуемый перепад напряжения на базе относительно коллектора транзистора 1. Таким образом, имеет место эффект наличия дополнительного источника, чем обуслав- m ливается высокий КПД регулятора.

Состояния элементов схемы, соответствующие различным фазам рабочего цикла и их взаимосвязь, прослежива- . ются по временной диаграмме (фиг. 3) 2S где представлены зависимости от времени для тока Зб базы управляющего транзистора (управляющий сигнал), тока 3к коллектора этого транзистора, тока 3/ базы регулирующего тран- зв зистора, тока Э, протекающего через ограничитель и дроссель, напряжения Ugz,,„ на базо-эмиттерном пеРехоДе тРанзистоРа 1, напРЯжениЯ 0огР на ограничителе тока и выходного напряжения 0,„ при работе на индуктивную нагрузку. Как видно из диаграммы, индуктивная составляющая тока управления (зависимость 3g„.(t)), с течением времени убывает. Поэтому, для сохранения экономичного режима работы длительность открытого состояния транзистора 1 не должна превышать некоторого значения, зависимого от величин индуктивности дросселя и коэффициента усиления по току транзис:тора 1, а также от величин тока нагрузки и тока управления.

При возрастании длительности другой фазы (открытое состояние транзистора 2) возрастают потери на ограничителе 4 (график Uo Р(), участок д ).

Учитывая, что значения КПД наиболее существенны для максимального тока нагрузки, целесообразно выбирать

SS для этого режима длительность включенного состояния управляющего транзистора минимальной, но в то же вре78 d

MR достаточной для того, чтооы ток управления достигал значения, лимитируемого ограничителем.

Устройство проверяют экспериментально в составе схем реле-регулятора, предназначенного для управления током возбуждения генераторов и стабилизированного источника напряжения на 6,3 В. По схеме стабилизированного источника напряжения (фиг. 4) на элементах 0 -0Э, Т„-ТЭ, R„-R и собрано предлагаемое устройство, а на элементах Lg, Т, Rg- R, О.», С1- С выполнена остальная часть стабилизатора, состоящая из формирователя управляющих импульсов релаксационного типа и выходного сглаживающего

l < фильтра. Режим генерирования схемы обусловлен наличием связи между коллектором и базой транзистора Т» по цепи, резистор Р,» - управляющий вход регулятора - выход регулятора -. резистор R - конденсатор . С . Включенный в указанную цепь регулятор инвертирует фазу, обеспечивая положительный знак обратной связи.

Скважность генерируемых импульсов зависит от разности выходного и опорного напряжения, приложенных соответственно к эмиттеру и базе транзистора Т», Например, подбором элементов цепи обратной связи (R, С.1, R на фиг. 4), задающих частоту следования управляющих импульсов, и изменением величины тока управления, осуществляемым путем смены резистора R, можно получать максимальные значения КПД (более 0,9) для разных токов нагрузки в пределах до 3 А.

Предлагаемый преобразователь более прост по сравнению с известными.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий регулирующий транзистор, базо-эмиттерный переход которого зашунтирован резистором, а коллектор подключен к входному выводу, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой другого входного и другого выходного выводов, и диод, подключенный между выходными выводами полярностью, противоположной знаку выходного напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

957378 упрощения, между коллектором и базой регулирующего транзистора введена цепь из соединенных последовательно транзисторного ограничителя тока, дросселя и вольт-вычитающего элемента, при этом точка соединения дросселя и вольт-вычитающего элемента подключена к коллектору управляющего транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бела-Буна Электроника на автомобиле. M., "Транспорт", 1979, с. 18, рис. 117, с. 33, рис. 24.

2. Вересов Т. П., Смуряков Ю. Л.

% Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. M., "Энергия", 1978 с. 88-95, рис. 4-7А, 4-11 и 4-13

3. Головацкий В. А. Транзисторные импульсные усилители и стабилизаторы постоянного напряжения.М., "Сов.радио", 1974, с. 144, рис. 82.

957378

Т л.т/1У

Заказ 6619/46

Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Головинова

Редактор Н. Кешеля Техред Е. Харитончик Корректор М. Шароши