Преобразователь напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может, быть использовано во вторичных источниках электропитания систем автоматики и радиоэлектроники.

Цель изобретения - повьшение КПД преобразователя и надежности в работе путем защиты от ложного срабатывания .

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя.напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит- силовой транзистор 1, в коллекторную . цепь которого включена первичная обмотка W/, трансформатора тока 2 и нагрузка 3. Нагрузка 3 может быть произвольной и определяется типом преобразователя (двухтактного, однотактного с прямым включением диода или др.). Примем, что преобразователь однотактный с обратным включением выпрямительного диода, однако основные принципиальные особенности- работы остаются в силе для любого вида преобразователя. Параллельна силовым электродам транзистора 1 подключена демпфирующая цепочка 4, которая может быть выполнена в виде DRC-цепи. База транзистора 1 соединена с эмиттером включающего транзистора 5, концом вьжлючающей -обмотки w трансформатора 2 и защитным диодом 6 j начало этой же обмотки подключено через выключающий диод 7 к коллектору выключающего транзистора 8, эмиттер которого соединен с концом включающей обмотки w трансформатора 2 тока, а ее начало подключено к разрядному диоду 9 и через включающий диод 10 к коллектору транзистора 5, который также через включающий резистор 11 соединен с потенциальным полюсом источника питания преобразователя Е. Включающий резистор 11 может быть выполнен в виде последовательного . соединения первого 12 и второго 13 резисторов и дифференцирующего кондртг.атора 14, шунтирующего резистор 12.

На временных диаграммах (фиг.2) эпюры и Ugy условно показывают входные импульсы синхронизации преобразователя; i - ток коллектора силового транзистора 1;

1 - ток через первичную обмотку W| трансформатора 2 тока; ig - ток базы силового транзистора 1; и«;э напряжение коллектор - эмиттер -; 5 транзистора 1.

Преобр1азователь напряжения работает следующим образом.

При появлении включающего импульса синхронизации Ug, который длится время tg| (эпира Ug , фиг. 2), открывается включаюи ий транзистор 5. Вследствие этого в базу силового транзистора 1 через включающий резистор 11 начинает поступать 5 открывающий ток и транзистор 1 входит в линейный режим работы, после чего благодаря положительной обратной связи обмоток w,, и w

К 1

трансформатора 2 тока силовой тран0 зистор входит в насыщение. Величина насьпцающего базового тока транзистора 1 определяется коллекторным током и коэффициентом трансформации обмоток w и w трансфор5 матора 2 тока. Далее коллекторный ток транзистора начинает увеличиваться в соответствии е законом нарастания тока в индуктивности первичной обмотки силового трансформатора нагрузки 3, в соответствии .с ним увеличивается и базовый ток. Это происходит до окончания момента времени t.,

оКЛ

После окончания времени t.,,, и

ькл

г при появлении выключающего импульса синхронизации Ug(,| транзистор 5 запирается, а выключающий транзистор 8 открывается. В базу транзистора 1 .перестает поступать

открьшающий ток, а подключается обратный, рассасывающий, ток выключающей обмотки W. трансформатора 2 тока, т.е. осуществляется реверс базового тока (эпюра i-, фцг. 2)

5 силового транзистора 1 для его форсированного запирания. Начинается процесс рассасывания избыточных носителей из полупроводниковой структуры насыщенного транзистора

0 1 который длится время t (эпюры i , ig и , фиг. 2). На всем протяжении времени t. амплитуда базового рассасывающего тока пропорциональна коллекторному току и

5 запирания транзистора 1 не

требуется внешний источник тока ипи напряжения. Длительность импульса тока коллектора складывается из

суммы t, tp (эпюра i, фиг. 2),

После окончания процесса рассасывания избыточных носителей ток коллектора транзистора 1 начинает уменьшаться. Однако ток через первичную обмотку W. трансформато1

ра 2 тока не уменьшается (эпюра ) фиг. 2) ввиду того, что при уменьшении тока i начинается фронт коллекторного напряжения (эпюра U| , фиг. 2) и запасенный

.в индуктивности рассеяния нагрузки 3 ток начинает поступать в демпфирующую цепочку 4. Это создает условия для более быстрого запирания транзистора 1, так как при уменьшакмцемся токе коллектора на его базе всегда присутствует отрицательное запирающее напряжение. Уменьшение длительности спада коллекторного тока уменьшает коммутационную мгновенную мощность на транзисторе 1. Длительность разряда индуктивности рассеяния нагрузки 3 определяется параметрами цепей и режимом работы преобразователя. Практически время t. (эпра if, фиг. 2) превьш1ает длительность спада тока коллектора транзистора 1, поэтому всегда гарантировано наличие отрицательного напряжения на его базе. Избыток тока через первичную обмотку w (после запирания транзистора 1) отводится через защитный диод 6.

Когда ток в первичной обмотке w заканчивается, в индуктивности намагничивания этого трансформатора остается запасенный ток. Полярност напряжения, обусловленного разрядо этой индуктивности, такова, что запирает диоды 7 и 10 и не влияет на надежную работу преобразователя . Однако при значительной емкости диодов 7 и 10, а также при невысоких обратных допустимых напряжниях на них возможны сбои в работе преобразователя, так как напряжени разряда индуктивности намагничивания прикладывается положительным полюсом к базе силового транзистора 1. Это может вызвать повторное открьшание транзистора 1 после его запирания. Открьшание может призойти в момент окончания времени t.. Следовательно, схема потенциально обладает невысокой помехо1810804

устойчивостью по цепи базы силового транзистора 1. Для исключения этого явления, а следовательно, для повьш1ения надежности в работе введен разрядный диод 9, через который индуктивность намагничивания трансформатора 2 тока разряжается на короткозамкнутую обмотку V-, последнего. : После разряда индуктивности намаг 0 ничивания, т.е. после запирания диода 9, схема приходит в исходное состояние и готова к приходу следующего импульса Ugi .

Включающими резистор, выполненный для повьш1ения КПД схемы в последовательно-параллельной резистивно-конденсаторной цепи, работает следующим образом. При открьшании включающего транзистора 5 20 в базу силового транзистора 1 идет ток через конденсатор 14 и резистор 13. Этот резистор ограничивает величину открывающего прямого тока до допустимого значения. После заряда конденсатора 14, который определяется постоянной времени , ток через него прекращается, однако при правильно выбранной постоянной времени Т он уже не нужен,так как кэто-,

30 му времени вступает в действие положительная регенеративнаяобратная связь трансформатора 2 тока.

Ток через включающий резистор 11 определяется суммой величин резисторов 12 и 13, и при выборе соответствующей величины резистора 12 он может быть сделан достаточно малым, не влияющим на КПД преобразователя. Величина резистора 12

40 по верхнему пределу определяется необходимостью полного разряда конденсатора 14 к приходу следующего импульса Ufl, . Введение такой схемной реализации включающего резистора 11 необходимо при высоких первичных напряжениях и при малых коэффициентах усиления силового транзистора 1. Кроме того, включение силового транзистора 1, для

50 схем преобразователей постоянного выходного напряжения, происходит на еще незапертый выпрямитель-; НЫЙ дчоднагрузки,поэтому необходима определенная степень форсирования вк55 лючекня силового транзистора(для режима непрерьганых токов чтобы вступила в силу положительная обратная связь трансформатора 2 тока.

;/

/4

/J

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий включающий и выключающий транзисторы, силовой транзистор с включенными в его коллекторную цепь нагрузкой и первичной обмоткой трансформатора тока, в котором имеются включающая и выключающая обмотки, начало включающей обмотки через включающий диод соеди-нено с коллектором включающего транзистора, начало выключающей обмотки через выключающий диод - с коллектором выключающего транзистора, эмиттер которого подключен к эмиттеру силового транзистора, а конец указанной обмотки соединен с базой силового транзистора, вход которого защунтирован обратным диодом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, конец включающей обмогки соединен с эмиттером выключающего транзистора, при этом база силового транзистора подключена к эмиттеру включающего транзистора, коллектор которого через включающий резистор соединен с потенциальным плюсом источника питания преобразователя. 2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, с сл целью повышения КПД, включающий резистор выполнен в виде последовательного соединения первого и второго резисторов, один из которых .зашунтирован дифференцирующим конденсатором. 3.Преобразователь по п. 1, от00 00 личающийся тем, что, с целью повьпцения надежности в работе путем защиты от ложного срабатывания , начало включающей обмотки через разрядный диод соединено с эмиттером выключающего транзистора .

л

wv

Фиг.1