Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых регуляторах и стабилизатора постоянного напряжения.

Целью изобретения является упроще ние схемы, улучшение массогабаритных показателей.

На фиг.1 приведена схема преобразователя напряжения; на фиг. 2 - эпюры управляющих напряжений.

Преобразователь напряжения содержит источник 1 питания, два регулирующих транзистора 2 и 3, шунтированные каждый обратносмещенными диодами 4 и 5, коллекторы транзисторов подсоединены к первому выводу источника I питания, а эмиттеры - к концам ограничительного дросселя 6 с одинаковыми полуобмотками 7 и 8, устройство 9 формирования, состоящее из параллельно соединенных дополнительного транзистора 10 и конденсатора 11 и включенное между средней точкой дросселя 6 и первым выводом источника 1 питания, LCD -фильтр 12 вьтолненный на диоде 13, конденсаторе 14 и дросселе 15 и соединяющий средшою точку ограничительного дросселя 6 с вторым выводом источника питания, схему 16 управления, нагрузку 17, стоящзпо на выходе LCD фильтра 12.Преобразователь напряжения работает следующим образом.

В момент времени t регулирующие транзисторы 2 и 3 и дополнительный транзистор 10 схемы 9 формирования закрыты, диоды 4 и 5 смещены в обратном направлении, конденсатор J 1 схемы 9 формирования заряжен до напряжения, близкого к напряжению источника 1 питания с полярностью, показанной на фиг.1 в скобках, энергия, нар опленная в дросселе 15 фильтра 12 через открытый диод 13 передается в нагрузку 17 и конденсатор 14.

Включение транзистора 2 в момент tj под действием поступающего на его базу отпирающего сигнала Un происходит практически без потерь изза наличия дросселя 6, к полуобмотке 8 которого прикладывается полное напряжение источники 1 питания {вследствие инерционности диода 13 фильтра I2, связанной с наличием объемного заряда. Одновременно начинается разряд конденсатора 11 устройства 9 формирования через транзисто

832

2 и полуобмотку 8 дросселя 6. По мере рязряда конденсатора 1I запирающее смещение на диоде 5 уменьшается. Когда конденсатор II разрядится полностью, диод 5 переходит в проводящее состояние, а по замкнутому контуру: полуобмотки 8 и, 7 дросселя 6 диод 5 - транзистор 2 - начинается циркуляция тока, обусловленная переданной дроселлю 6 энергией во время разряда конденсатора 11 устройства 9 формирования. После запирания диода 13 фильтра 12 циркуляция тока дополнительно поддерживается энергией, накопленной в дросселе 6 за время рассасывания объемного заряда в диоде 13. Таким образом, запирание диода 13 фильтра 12 и разряд конденсатора 11 устройства 9 формирования происходят одновременно, что практически исключает из цикла работы этап подготовки конденсатора 11, в результате чего повышается быстродействие преобразователя.

При малом токе нагрузки 17 диод I3 фильтра 12 может закрываться ранее момента полного разряда конденсатора 11, что также способствует увеличению быстродействия преобразователя напряжения.

В момент t- на базу транзистора 2 поступает запирающий сигнал - Uy а на базу транзистора 10 устройства 9 формирования - отпирающий сигнал u2 Так как время выключения высококачественных кремниевых транзисторов, основную долю которого составяет время рассасывания, зна:чительно больше времени их включения, то включение транзистора 10 устройства 9 формированияв момент t происходит при напряжении

(1)

UB., (UTI - Ug5)/2,

близком к нулевому значению. Выключение же транзистора 2 происходит после этапа рассасывания при напряжении

(2),

и, 2Ur, + и

35

значительно меньшем напряжения источника 1 питания. Причем как включение транзистора 10, так и выключение транзистора 2 происходит при напряжениях, что следует из выражений (1) и (2), которые не зависят от напряжения источника I питания, а определяются режимом работы и параметрами элементов преобразователя напряже- . ния. Выражения (1) и (2) справедливы при пренебрежении активным сопротив3лением полуобмоток 7 и 8 дросселя 6 где приняты, следующие обозначения: UT ; U,g - падение напряжения на коллектор-эмиттерном переходе насыщенных транзисторов 2 и 10 соответст венно; Ua5-прямое падение напряжения на диоде 5. транзистора 10 в момент Запирание t сопровождается зарядом разряженно го конденсатора 11 устройства 9 формирования током полуобмотки 7 дроссе ля 6 и током нагрузки 17. При соответствующем выборе величины емкости конденсатора 1I напряжение на рем за время выключения транзистора не успеет заметно увеличиться, поэтому потери на выключение будут невелики Заряд конденсатора II прекращается при отпирании диода 13 фильтра I2, при этом напряжение на конденсаторе 11 фиксируется на уровне напряжения источника 1 питания, а энергия дросселя 6 возвращается в источник 1 питания . В момент t, под действием постутранзистора 3 отпипающего на базу Ui.ci происходит его рающего сигнала Цц происходит отпирание практически без потерь изза наличия дросселя 6, к обмотке 7 которого на время рассасывания объемного заряда в диоде 13 фильтра 12 прикладывается полное напряжение источника I питания. Одновременно начинается разряд конденсатора 11 устройства 9 формирования через транзистор 3 и обмотку 7 дросселя 6. По мере разряда конденсатора 11 запирающее смещение на диоде 4 уменьшается . Когда конденсатор 11 разрядится полностью, диод 4 переходит в проводящее состояние, а по замкнутому контуру : полуобмотки 7 и 8 дросселя 6, диод 4, транзистор 3 начинается циркуляция тока, обуслов3ленная переданной дросселю f энергией во время разряда конденсатора 11 устройства 9 формирования. После запирания диода I3 фильтра 12 циркуляция тока дополнительно поддерживается энергией, накопленной в дросселе 6 за время рассасывания объемного заряда в диоде 13. В момент tg на базу транзистора 3 поступает запирающий сигнал U(..j , а на базу транзистора 10 устройства 9 формирования - отпирающи Включение транзистора сигнал Uu2 10 в момент tg происходит при напряжении, определяемом выражением СО а выключение транзистора 3 - при напряжении, определяемом выражением (2), где вместо U ; 11 необходимо подставить значения U-f. , Urt4 соответственно. Далее процессы переключения транзисторов 2, 3 и 10 повторяются аналогично описанным. Таким образом, ни включение, ни выключение транзисторов 2, 3 и 1О не сопровождается выделением большой мощности динамических потерь, а исключение ограничительного дросселя 6 из цепи, прерывающей ток нагрузки, не вызывает высокочастотных пиков перенапряжений в моменты закрытия регулирующих транзисторов 2 и 3. Кроме того, в работе преобразователя напряжения исключается временной интервал на отвод избыточной энергии дросселя 6, что обеспечивает его быстродействие. Указанное включение устройства 9 формирования позволяет уменьишть необходимое количество ограничительных дросселей и конденсаторов, в результате чего уменьшается масса и габариты преобразователя напряжения .

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий два зашунтированных обратными диодами регулирующих транзистора, одни из силовых электродов которых присоединены к первому входному выводу питания,а другие подсоединены к соответствующим кон-, дам ограничительного дросселя, средняя точка которого связана с выходным выводом, Ц СО -фильтр, блок формирования траектории переключения регулирующих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы и улучшения массогабаритных показателей, блок формирования траектории переключения регулирующих транзисторов включен между средней точкой ограничительного дросселя и первым входным выводом питания и выполнен в виде параллельно соединенных транзистора, вход которого подсоединен к блоку управления, и конденсатора.