ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ Российский патент 2005 года по МПК H02M7/5387 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательной технике в устройствах электропитания.

Широко известны транзисторные мостовые преобразователи постоянного напряжения в переменное, выполненные на четырех транзисторах, достоинством которых является пониженное напряжение на коллекторах транзисторов в запертом состоянии (см., например, Ловушкин В.Н. “Транзисторные преобразователи постоянного напряжения”, М.: “Энергия”, 1967, с.31-35).

Однако такие преобразователи нуждаются в управлении внешним сигналом, кроме того, содержат четыре базовых управляющих обмотки.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, выполненный на 4-х транзисторах, эмиттеры двух из которых соединены между собой и подключены к одному полюсу источника питания, а между коллекторами этих транзисторов включена первичная обмотка трансформатора, на магнитопроводе которого размещены и вторичные обмотки, к одной из которых подключена нагрузка (прототип, см., например, Э.М.Ромаш, Ю.И.Драбович, Н.Н.Юрченко “Высокочастотные транзисторные преобразователи”. - М.: Радио и связь, 1988, с.95). В этом преобразователе остальные два транзистора соединены к другому полюсу источника коллекторами, а к первичной обмотке трансформатора - эмиттерами.

Недостатком данного преобразователя является повышенное число вторичных обмоток, большинство из которых используется в качестве базовых, необходимость введения дополнительных элементов запуска схемы в первоначальный момент, применение насыщающегося трансформатора.

Технический результат заключается в возможности применения как насыщающегося, так и ненасыщающегося трансформатора, возможности выполнения первичной обмотки без вывода от средней точки, понижении напряжения на коллекторах транзисторов, сокращении числа базовых обмоток.

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем транзисторный мост, выполненный на четырех транзисторах, эмиттеры двух из которых соединены между собой и подключены к одному полюсу источника питания, а между коллекторами этих транзисторов включена первичная обмотка трансформатора, на магнитопроводе которого размещены и вторичные обмотки, к одной из которых подключена нагрузка, эмиттеры других двух транзисторов также соединены между собой и подключены к второму полюсу источника питания, а коллектор каждого из этих транзисторов соединен с одним из зажимов первичной обмотки трансформатора. Между базами двух транзисторов, эмиттеры которых соединены между собой, включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и другой вторичной обмоткой трансформатора, причем между эмиттером каждого из этих транзисторов и его базой включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и диода. Между базами каждой пары транзисторов, одноименные электроды которых непосредственно не связаны между собой, включен резистор.

На фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2а-д - диаграммы напряжения на наиболее важных элементах схемы.

Устройство содержит (фиг.1) четыре транзистора 1-4, соединенные между собой по мостовой схеме, причем транзисторы 1 и 2 выбраны типа р-n-р, а транзисторы 3 и 4 - другого типа - n-р-n. Эмиттеры транзисторов 1 и 2 соединены между собой и подключены к одному полюсу источника питания 5, а эмиттеры транзисторов 3 и 4 также соединены между собой и подключены к другому полюсу источника питания 5. Коллекторы транзисторов 1 и 3 подключены к зажиму А первичной обмотки АХ трансформатора 6 (показан штрихами), а второй зажим Х этой обмотки подключен к общей точке соединения коллекторов транзисторов 2 и 4. Одна из вторичных обмоток трансформатора 6, например a₁x₁, через конденсатор 7 включена между базами транзисторов 3 и 4, эмиттеры которых соединены между собой непосредственно, а к вторичной обмотке а₂x₂ трансформатора 6 включена нагрузка 8. Между базами транзисторов 1 и 4 включен резистор 9, а между базами транзисторов 2 и 3 - резистор 10. Между эмиттером транзистора 3 и его базой включена цепочка, состоящая из диода 11 и резистора 12, а между эмиттером и базой транзистора 4 - точно такая же цепочка из резистора 13 и диода 14. Цепь обратной связи, состоящая из вторичной обмотки a₁x₁ трансформатора 6 и конденсатора 7, может быть включена и между базами другой пары транзисторов 1 и 2, эмиттеры которых также соединены между собой непосредственно, т.е. перенесена из базовой цепи транзисторов 3 и 4. В этом случае цепочка, состоящая из диода 11 и резистора 12, как и цепочка из диода 14 и резистора 13, будут включены соответственно к переходу эмиттер-база транзисторов 1 и 2.

Устройство работает следующим образом. В установившемся режиме, пусть в момент времени t=0, током базы, протекающим через резистор 9, будут открыты, например, транзисторы 1 и 4, а конденсатор 7 заряжен до напряжения u_c (фиг.2б), полярность которого указана на фиг.1 без скобок. При этом напряжение источника питания 5 будет приложено к первичной обмотке АХ трансформатора 6, вследствие чего появится ЭДС и на обмотках a₁x₁ и а₂x₂ (фиг.2а). ЭДС обмотки a₁х₁ перезаряжает конденсатор 7, поддерживая открытое состояние транзистора 4 и закрытое состояние транзистора 3 (фиг.2б, в). При этом ток протекает по цепи: зажим a₁ обмотки a₁х₁, конденсатор 7, переход база-эмиттер транзистора 4, резистор 12, диод 11, зажим x₁ обмотки a₁х₁. По мере заряда конденсатора 7 его ток уменьшается и напряжение на резисторе 12 будет изменяться в соответствии с фиг.2г. В момент t=Т/2, когда запирающее напряжение на резисторе 12 становится минимальным, током, протекающим через базы транзисторов 2 и 3 и резистор 10, открываются транзисторы 2 и 3, а транзисторы 1 и 4 закрываются (фиг.2в). При этом полярность напряжения на всех обмотках меняется и конденсатор 7 начинает перезаряжаться до напряжения u_c противоположного знака (фиг.2б) по цепи: зажим х₁ обмотки a₁х₁, переход база-эмиттер транзистора 3, резистор 13, диод 14, конденсатор 7, зажим а₁ обмотки a₁х₁. Ток перезаряда конденсатора на этом интервале будет поддерживать открытое состояние транзистора 3 и закрытое состояние транзистора 4, так как его эмиттер будет иметь отрицательный потенциал относительно базы, обусловленный напряжением на резисторе 13 и диоде 14. По мере перезаряда конденсатора 7 на интервале Т/2 - Т запирающее напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 4 уменьшается (на фиг.2г это напряжение u₁₃ показано штрихами), и в момент t=Т транзистор 4, а, следовательно, и транзистор 1 открываются током базы, протекающим через резистор 9 от источника питания 5. Следует отметить, что несмотря на увеличение тока i₉ через резистор 9 на интервале Т/2-Т (фиг.2д) транзистор 1 остается закрытым поскольку закрыт транзистор 4. В дальнейшем все процессы повторяются. Диаграмма выходного напряжения u_н на нагрузке 8 в процессе работы преобразователя показана на фиг.2 а.

Предлагаемая схема обеспечивает запуск преобразователя без каких-либо дополнительных элементов и средств. При первом включении схемы ввиду разброса параметров транзисторов в пределах, допустимых нормой, начнет открываться одна пара транзисторов, и положительная обратная связь в дальнейшем переводит их в открытое состояние. В конечном итоге наступает установившийся режим. Таким образом, преобразователь обеспечивает автогенераторный режим на любом трансформаторе, позволяет использовать первичную обмотку без вывода от средней точки, уменьшает число базовых обмоток до одной, а также позволяет выбрать транзисторы на пониженное напряжение.

Моделирование преобразователя на компьютере и экспериментальная проверка подтвердили его работоспособность в соответствии с диаграммами (фиг.2а-д), а также показали возможность регулирования частоты в широких пределах путем изменения величины емкости конденсатора 7.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательной технике в устройствах электропитания. Технический результат заключается в возможности применения как насыщающегося, так и ненасыщающегося трансформатора, возможности выполнения первичной обмотки без вывода от средней точки, понижении напряжения на коллекторах транзисторов, сокращении числа базовых обмоток. Устройство содержит четыре транзистора (1-4), соединенные между собой по мостовой схеме, причем транзисторы (1 и 2) выбраны типа р-n-р, а транзисторы (3) и (4) – другого типа n-р-n. Эмиттеры транзисторов (1 и 2) соединены между собой и подключены к одному полюсу источника питания (5), а эмиттеры транзисторов (3 и 4) также соединены между собой и подключены к другому полюсу источника питания (5). Коллекторы транзисторов (1) и (3) подключены к зажиму А первичной обмотки АХ трансформатора (6) (показан штрихами), а второй зажим Х этой обмотки подключен к общей точке соединения коллекторов транзисторов (2) и (4). Одна из вторичных обмоток трансформатора (6), например, а₁х₁ через конденсатор 7 включена между базами транзисторов (3) и (4), эмиттеры которых соединены между собой непосредственно, а к вторичной обмотке а₂х₂ трансформатора (6) включена нагрузка (8). Между базами транзисторов (1) и (4) включен резистор (9), а между базами транзисторов (2) и (3) – резистор (10). Между эмиттером транзистора 3 и его базой включена цепочка, состоящая из диода 11 и резистора 12, а между эмиттером и базой транзистора 4 – точно такая же цепочка из резистора 13 и диода 14. Цепь обратной связи, состоящая из вторичной обмотки а₁х₁ трансформатора 6 и конденсатора 7, может быть включена и между базами другой пары транзисторов 1 и 2, эмиттеры которых также соединены между собой непосредственно, т.е. перенесена из базовой цепи транзисторов 3 и 4. В этом случае цепочка, состоящая из диода 11 и резистора 12, как и цепочка из диода 14 и резистора 13, будут включены соответственно к переходу эмиттер-база транзисторов 1 и 2. 2 ил.

Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий транзисторный мост, выполненный на четырех транзисторах, эмиттеры которых попарно соединены между собой и точка соединения эмиттеров одной пары подключена к одному полюсу источника питания, а точка соединения второй пары – к другому полюсу источника питания, причем коллекторы одной пары транзисторов, имеющих общие эмиттеры, соединены с коллекторами другой пары и подключены к первичной обмотке трансформатора, на магнитопроводе которого размещены и вторичные обмотки, к одной из которых подключена нагрузка, отличающийся тем, что между базами одной пары транзисторов, эмиттеры которых соединены между собой, включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и другой вторичной обмотки трансформатора, причем между эмиттером каждого из этих транзисторов и его базой включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и диода, а между базами каждой пары транзисторов, одноименные электроды которых непосредственно не связаны между собой, включен резистор.