Однотактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках питания (ВИП), например, для цифровых измерительных приборов от двухтрех последовательных гальванических элементов или аккумуляторов и других низковольтных источников питания. Известно устройство, содержащее транзисторный ключ, включенный последовательно с дросселем и источником питания, а также выходной накопительный конденсатор, подключенный к обмотке дросселя через обратный диод, транзисторный ключ, регулирующий транзистор, управляемый от БИС, содержащ.ей усилитель обратной связи и источник опорного напряжения 1. Недостатком известного устройства является ограниченная область использования из-за сложной технологии его изготовления. Наиболее близок к предлагаемому однотактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий коммутирующий транзистор, силовая цепь которого подсоединена к входным выводам питания через обмотку накопительного дросселя, связанного через обратный диод с вторым конденсатором, подключенным к выходным выводам, связанным с входом узла отрицательной oбpatнoй связи, выход которого подключен к входу регулирующего транзистора, силовая цепь которого подключена параллельно управляющему входу коммутирующего транзистора, база каждого подключена к первому выводу базового резистора, входящего в состав положительной обратной связи, и резистор смещения 2. Недостатками данного устройства являются наличие нетехнологичного многообмоточного дросселя, малый КПД и сравнительно больщие габариты. Два последних фактора обусловлены динамическими потерями в коммутирующем транзисторе, в частности, из-за рассеивания магнитного потока в многообмоточном дросселе, а также статическимй потерями в цепи базы, особенно при большой скважности импульсов тока. Наличие магнитного потока рассеивания не позволяет повысить частоту коммутации до сотен килогерц, даже если характеристики транзисторов и диодов это допускает, так как при переключении проявляется запаздывание реверса тока базы коммутирующего транзистора и выбросы напряжения на/его коллекторе. . Цель изобретения - повышение КПД и улучшение массогабаритных показателей. Поставленная цель достигается тем, что в однотактном транзисторном преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем коммутирующий транзистор, силовая цепь которого подсоединена к входным выводам питателя через обмотку накопительного дросселя, связанного через обратный диод с выходным конденсатором, подключенным к выходным выводам, связанным с входом узла отрицательной обратной связи, выход которого подключен к входу регулирующего транзистора, силовая цепь которого подключена параллельно управляющему входу коммутирующего транзистора, база которого подключена к первому выводу базового резистора, входящего в состав цепи положительной обратной связи, и резистор смещения, в цепь положительной обратной связи введен дополнительный транзистор, тип проводимости которого противоположен типу проводимости коммутирующего транзистора, а силовая цепь дополнительного транзистора включена между первым концом обмотки накопительного дросселя, подключенным к входному выводу питания, и вторым выводом базового резистора коммутирующего транзистора, при этом управляющая цепь через введенный резистор подключена параллельно обмотке накопительного дросселя, второй конец которой подсоединен через введенный конденсатор к базе регулирующего транзистора. На чертеже приведена принципиальная схема устройства. Преобразрватель содержит накопительный дроссель 1 и коммутирующий транзистор 2, присоединенные последовательно к входным выводам источника 3.питания, выходной конденсатор 4, соединенный через обратный диод 5 с обмоткой дросселя 1, цепь положительной обратной связи, содержащая базовый резистор 6, дополнительный транзистор 7 с резистором 8, защунтированным конденсатором 9, регулирующий транзистор 10 с входным резистором 11, включенный параллельно входу коммутирующего транзистора 2, а также узел 12 отрицательной обратной связи для стабилизации напряжения на выходе конвертора. К базе дополнительного транзистора 7 подсоединен резистор 13 смещения. Конденсатор 14 включен между коллектором коммутирующего транзистора 2 и базой регулирующего транзистора 10. Запуск конвертора обеспечивается автоматически при подаче питания. В данной схеме имеет место мягкое самовозбулсдение за счет цепи смещения, образованной резисторами 8 и 13. Соотношение между величинами последних выбирается таким образом, что транзистор 7 оказывается в активной области и подает ток через резистор 6 в цепь базы транзистора 2. Так как напряжение на выходе преобразователя мало, то транзистор 10 закрыт. Транзистор 2 открыва ется и напряжение источника питания Е прикладывается к дросселю 1. В интервале заряда дросселя 1 транзисторы 2 и 7 насыщены, ток дросселя 1 линейно увеличивается от нуля до максимального

значения, диод 5 заперт. Максимальный ток дросселя 1 . (транзистора 2) определяеся током базы транзистора 2. Отключение наступает вследствие перехода транзистора 2 из области насыщения в активную область. При этом напряжение дросселя 1 уменьшается и транзистор 7 запирается форсированным током конденсатора 9. Прекращается ток базы транзистора 2 и последний переходит в закрытое состояние.

В интервале разряда дросселя 1 закрыты транзисторы 2 и открыт диод 5, через который дроссель 1 разряжается на конденсатор 4. Ток дросселя 1 линейно уменьшается от максимального значения до нуля. Удержание транзистора 7 в закрытом состоянии происходит за счет ЭДС дросселя 1. Как только ток дросселя 1 снижается до нуля, исчезает ЭДС и транзистор 7 отпирается током смещения базы. Процесс запуска конвертора повторяется каждый период.

Регулирование и стабилизация выходного напряжения конвертора осуществляется регулирующим транзистором 10. Чем больше выходное напряжение, тем больше сигнал, подаваемый в базу транзистора 10, меньще ток 6ai3bi транзистора 2 и меньще амплитуда импульса тока в дросселе 1. При этом уменьщается энергия, отбираемая за период От источника питания и, следовательно, напряжение на выходе преобразователя.

Регулирующий транзистор 10 имеет до полнительную функцию - форсирование отключения коммутирующего транзистора 2. В результате заряда конденсатора 14 при выходе транзистора 2 из режима насыщения транзистор 10 насыщается и щуйтирует коллекторный ток транзистора 7 еще до отключения последнего, с одной стороны, и отводит избыточный заряд с базы транзистора 2, с другой стороны.

В предлагаемом преобразователе, выполненном на однообмоточиом дросселе отсутстг

вуют запаздывание по цепи положительной обратной связи из-за индуктивности рассеивания обмотки положительной обратной связи и выбросы напряжения на коллекторе коммутирующего транзистора, что сущест веяно для уменьшения рассеивания мощности при частотах 100 кГц и более.

Другим фактором, положительно влияющим на скорость переключения, является разделение цепей положительной и отрицательной обратных связей. Транзистор 7 отключается активно, обеспечивая форсировочный спад базового тока коммутирующего транзистора 2.

Третьим фактором, уменьшающим динамические потери, является конденсатор 14, ток заряда которого вызывает насыщение регулирующего транзистора 10, который шунтирует вход коммутирующего траизустора 2 (напряжение база-эмиттер равно нулю) в процессе его отключения. Это устраняет переходные осцилляции, обеспечивая устойчивость автоколебаний конвертора. Ток разряда конденсатора 14 через насыщенный транзистор 2 и резистор II вызьшает запирание регулирующего транзистора 10 большую часть интервала прямого хода. Благодаря этому коммутирующий транзистор 2 имеет больший коэффициент насыщения, который к концу интервала при выходе транзистора 10 из запертого состояния

начинает уменьшаться, что также улучшает условия коммутации.

Величина емкости конденсатора 14 должна выбираться из условия полного его разряда в течение длительности прямого хода конвертора.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить КПД устройства и улучшить массогабаритйые показания путем увеличения быстродействия.

ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий коммути.рующий транзистор, силовая цепь которого подсоединена к входным выводам питания через обмотку накопительного дросселя, связанного через обратный диод с выходным конденсатором, подключенным к выходным выводам, связанным с входом узла отрицательной обратной связи. Е.0выход которого подключен к входу регулирующего транзистора, силовая цепь которого подключена параллельно управляющему входу коммутирующего транзистора, база которого подключена к первому выводу базового резистора, входящего в состав цепи положительной обратной связи, и резистор смещения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучщения массогабаритных показателей, в цепь положительной обратной связи введен дополнительный транзистор, тип проводимости которого противоноложен типу проводимости коммутирующего .транзистора, а силовая цепь введенного, дополнительного транзистора включена между первым концом обмотки накопительного дросселя, подключенным к входному выводу питания, и вторым выводом базового резистора, коммутирующего транзистора, при этом управляющая цепь через введенный резистор подключена параллельно обмотке накопительного дросселя, второй конец которой подсоединен через введенный конденсатор к базе регулирующего транзистора.