Преобразователь напряжения

 

ОПИСАНИЕ изоы кткния

Союз Советских

Социалист иических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61.) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) ЗаЯвлено 15. 07. 81 (21) 3318018/24-07 f54} hA. Ки.З с присоединением заявки 89

Н 02 И 7/537

Государстаениый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

},5ИУАХ 621. 314..58(088.8) Опубликовано 150283; Бюллетень М 6

Дата опубликования описания 150283

В.Ф. Дмнтриков В.А. Сороцкий, В. . Титов;....

A.À. Лисенков, А.Г. Ростовцев и лБь Петявэтн, 6 ъ -с,т,гА

\

4 ..

Ленинградский ордена Ленина политехйкче@кий.ннститу им. И. И. Калинина

{72) Авторы изобретения

{7! ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники ,Известны преобразователи налряжейия, использующие в качестве активных элементов насыщенные транзисторжхе ключи и обладающие высокимн энергетическими показателяьяд.

Недостаток этих преобразователей заключается в наличии "сквозных" токов, являющихся основной причиной выхода транзисторов из строя иэ-за вторичного пробоя.

Известны преобразователи, в которых "сквозные" токи уменьшаются или . устраняются, содержащие ключевые транзисторы, источник питания, нагрузку. "Сквозные" токи устраняются с по» мощью насыщающнхся дросселей в цепи управления транзисторов нли дополнительных вторичных обмоток выход ного трансформатора $1(i 52j

Недостаток устройства 1 заклю-. чается s том, что время задержки управляющих трансформаторами преобразователя импульсов -. фиксированная величина, зависящая от выбранных параметров злементоэ схеьы. Поэтому

"сквозные" токи не устраняются при работе устройства на изменяющуюся нагрузку, в диапазоне частот и т. д.

Недостатком устройства (2) является возникновение паразитной релаксационной нестабильности длительности открытого состояния транзисторного ключа, s результате чего нестабильна амилитуда выходного гармонического т() сигнала.

Известно также устройство, содержащее блок управления, усилитель Мощности. Устранение импульсов сквозного" тока, протекающего от источника питания через оба транзистора, происходит благодаря работе транзисторов в режиме ненасыщенного ключа.

Режим ненасыщенного ключа транзисторов достигается введением последозатель-.

2О ио соединенных между собой дополнительной вторичной обмотки входного импульсного трансформатора и диода обратной связи между базой и кОллектором транзисторов, а также sieдением резистора обратной связи меж25 ду средней точкой соединения основных вторичных обмоток входного импульсного трансформатора и эмиттерами укаэанных транзисторов f 3), Недостаток работы транзисторов в режиме ненасыщенного ключа эаключа997209 ется в значительной величине остаточного напряжения коллектор-эмиттер транзистора, а следовательно, в большой величине мощности потерь в проводящих транзисторах и в существенном уменьшении надежности преобразователя. Кроме того, это устройство имеет невысокий коэффициент усиления мощности Кр, Использование в мощных каскадах . преобразователя напряжения состав- ® ных транзисторов позволяет повысить коэффициент усиления устройства но мощности К Чрр4).

Однако большие времена выключения составных транзисторов, работающих в ключевом режиме, приводят к необходимости вводить в преобразователь дополнительный источник питания,. производящий формированное запирание насыщенных транзисторов, что связано с увеличением габаритов всего уст- 20 ройства.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь напряжения, содержащий основные транзисторы, коллекторы которых связаны с выходны- 5 ми выводами, эмиттеры через токовыравнивающие резисторы — c первым входным выводом, а базы - с эмиттером управляющего транзистора, связанным через резистор с первым входным выводом, при этом эмиттер-.базовый переход упомянутого транзистора через резистор подключен к управляющим. выводам блока управления, формирующего прямоугольные управляющие импульсы (4).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность из-за большой мощности рассеяния на транзисторах и пониженные массогабаритные показатели.

Цель изобретения - повышение надежности за счет уменьшения мощности, рассеиваемой на основных тран- 4 зисторах, уменьшение времени их рассасывания и улучшение массогабаритных показателей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе напряже- щ ния параллельно одному из токовыравнивающих транзисторов подключена первичная обмотка введенного трансформатора, началом подсоединенная к эмиттеру основного транзистора, при этом вторичная обмотка своим началом подключена к коллектору управляющего транзистора, а концом — к общей точке соединения коллекторов основных транзисторов, причем один из вход- ных управляющих выводов, связанный с 60 эмиттером управляющего транзистора, подсоединен через введенный диод к первому входному. выводу.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя, на фиг.2- 65 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит. з.адающий генератор 1, формирователь 2 импульсов управления, усилитель 3 импульсов управления, образующий блок управления, формирующий управляющие прямоугольные импульсы, подключенный к управляющим входам усилителя 4 мощности, выходные выводы которого подсоединены к нагрузке 5 в виде последовательного колебатеЛьного контура. Усилитель 4 мощности содержит основные транзисторы 5-8, силовые цепи которых зашунтированы обратными диодами 9 и 10, а управляющие электроды подсоединены к управляющим транзисторам 11 и 12, управляющие переходы которых зашунтированы конденсаторами 13 и 14 и подсоединены к трансформатору 15 блока управления и к диодам 16 и 17, токовыравнивающие резисторы 18-21, резисторы 22 и 23 обратной связи, выходной 24 и дополнительный 25 трансформаторы, источник 26 питания, присоединенный к входным выводам усилителя 4 мощности.

Устройство работает следующим образом.

От задающего генератора 1 на вход формирователя 2 импульсов управления поступает синусоидальный сигнал.

Выходной сигнал формирователя 2 импульсов управления представляет собой импульсы прямоугольной формы вида

"меандр" требуемой амплитуды. Усиление импульсов управления, необходимое для возбуждения усилителя 4 мощности, производится в усилителе 3 импульсов управления. На вторичные обмотки входного импульсного трансформатора 15 усилителя 4 мощности таким образом поступают соответственно импульсные напряжения U и U<, приведенные на фиг. 4а, б. Амплитуда импульсов напряжений Uq и У определяется заданной степенью на- сыщения транзисторов. при токе нагрузки, равном I q (фиг. 4г).

Благодаря наличию в усилителе 4 мощности дополнительного трансформатора 25, содержащего две первичные и две вторичные обмотки, каждая из первичных обмоток которого подключена соответственно параллельно токовыравнивающим резисторам 20 и 21, а каждая из вторичных — между общей точкой соединения коллекторов параллельно включенных выходных транзисторов 5, 7 и б, 8 и коллектором управляющего транзистора 11 (12), напряжение, управляющее переходом,коллектор — база транзисторов 5 и 7, равное разности напряжения коллекторэмиттер. транзистора 11 и напряжения обратной связи Uo (фиг. 4в). снимаемого с токовыравнивающего резис997209 тора 20, изменяется на полупериоде (6, 8 и 12). При этом .силовые транОй1йТ/2 в соответствии с измене- зисторы в одном плече усилителя выниегл тока нагрузки (фиг. 4г). В ре- ключаются раньше, чем включаются тран зультате этого практически на всем зисторы в другом плече, тем самтм указанном интервале времени напря- устраняется возможность протекания в жение Uyg транзисторов 5 и 7 усилителе 4 мощности ",сквозных" то(фиг. 4ж) отрицательно, а сами тран- ков.

5 зисторы находятся в режиме насы- Работа второго плеча усилителя 4 щения. Временная диаграмма напряже- мощности на полупериоде T/2at<Т анания коллектор-эмиттер U 9 транзис- логична. торов 5 и 7 приведена на фиг. 4з. Таким образом, введение s схему

В начале и в конце рабочего по- преобразователя напряжения новых лупериода напряжение коллектор-база элементов1 дополнительного трансU g транзисторов 5 и 7, опреде- форматора, двух диодов и двух конляющееся разностью напряжений Уос денсаторов позволяет уменьшить оси Б этранзистора 11, положительно таточное напряжение коллектор-эмити равно напряжению база-эмиттер 15 тер силовых транзисторов, а также транзистора 11, что при малых токах исключить из схемы преобразователя коллектора транзисторов соответст- дополнительный источник питания, вует активному режиму. Поскольку необходимый для форсированного вынагрузкой преобразователя является ключения насыщенных транзисторов при колебательный контур, частота импуль- 20 отсутствии "сквозных" токов, протекаюсов управления преобразователем мо- щих через них. Тем самым значительно жет не совпадать с резонансной час- уменьшена мощность потерь в проводятотой контура. В этом случае возникает щих транзисторах, увеличина надежфазовый сдвиг тока нагрузки относитель- ность работы преобразователя и уменьно импульсов управления-и выключение 25 шены его габариты. Кроме того, умень.транэисторов производится при конеч- шение потерь мощности в транзисто ной величине коллекторных токов, а, рах позволяет существенно увеличить не при нулевых токах. При этом к выходную мощность преобразователя, моменту выключения. транзисторов од- поскольку последняя ограничивается, . но го плеча усилителя мощности они в основном, мощностью рассеивания

30 находятся в режиме насыщения, а для, выходных транзисторов. их форсированного запирания от усилителя 3 импульсов управления в Формула зобре изобретения схему преобразователя введены диоды Преобразователь напряжения, .выпол16 и 17 и конденсаторы 13 и 14. ненный по двухтактной схеме; содерПри выключении транзисторов 5 и 7 жащий основные транзисторы, коллек35 в момент времени t =TAX отрицательный торы которых связаны с выходными выперепад напряжения U через диоД 1б водами, эмиттеры через токовыравиива2 и токовыравнивающие резисторы 18 и ющие резисторы — с первым входным вы20 прикладывается к эмиттерным пере- водом, а базы — с эмиттером управляюходам транзисторов 5 и 7. Поскольку 40 щего транзистора, связанным через транзистор 11 в рабочем полупериоде резистор с первым входным выводом, 0 t4iT/2 насыщен значительно меньше, при этом эмиттер-базовый переход упочем силовые транзисторы 5 и 7, накоп- мянутого транзистора через резистор ленный в его базе заряд рассасывается подключен к.управляющим выводам блобыстрее, чем базовые заряды в мощных 45 ка управления, формирующего прямовыходных транзисторах. После выключе- угольные управляющие импульсы, о тния транзистора 11 цепочка, по кото- л и ч а ю шийся тем, что, с рой к базам транзисторов 5 и 7 при- целью повышения надежности за счет кладывалось запирающее напряжение от. уменьшения мощности, рассеиваемой усилителя 3 импульсов управления, SO на основных транзисторах, уменьшения разрывается и дальнейшее рассасыва- времени их рассасывания и улучшения ние накопленных в базах транзисторов массогабаритных показателей, парал5 7 зарядов происходит через резис-. лельно одному из токовыравнивающих и тор 22 и не успевает закончиться транзисторов подключена первична е я раньше, чем вклю е ч м включатся транзисторы б

55 обмотка введенного трансформатора, и 8 другого плеча усилителя 4 мощнос- началом подсоединенная к эмиттеру ти. При этом через силовые транзис- основного транзистора, при этом втоторы начинают протекать "сквозные" ричная обмотка своим:,началом подклю; токи заметно снижающие надежность чена к коллектору управляющего тран1 работы преобразователя. Для обесне- зистора, а концом — к общей точке ия форсированного запирания.сило- d0 соединения коллекторов основных транх ных вых транзисторов от усилителя 3 им- зисторов, причем один из в од пульсов управления в устройстве вклю- управляющих выводов, связанный с чены конденсаторы 13 и 14 малой ем- эмиттером управляющего транзистора, кости, которые выравнивают времена подсоединен через введенный диод к выключения транзисторов 5, 7 и 11 . 65 первому входному выводу .

997209

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство сссР

В 521642, кл. Н 02 M 7/537, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Э 262251, кл. Н 02 М 7/48, 1970.

3. Техника средств связи. Вып. Р 5, 1970.

4. Современные задачи преобразовательной техники. Вып. Р 3, Киев.

1975, с. 456, р. 1.

997209

Составитель Т. Ершова

Техред А.Бабинеп Корректор Г. Решетник

Редактор Л. Алексеенко

Заказ 955/75 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ 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