Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1986 года по МПК H02M7/538 

щий генератор 8, трансформатор тока 4. В Тр 3 введены дополнительные5 по числу первичных обмоток трансформатора тока, обмотки, включенные последовательно этим первичным обмоткам, а соотношение витков выбрано из условия обеспечения коэфф. положительной обратной связи меньше единицы. Причем соотношение витков в обИзобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а именно к. вторичным импульсным (ключевым) источникам питания радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности инвертора за счет уменьшения сквозных токов,

На фиг. 1 показан вариант реализации преобразователя, вьшолненного по полумос овой схеме; на фиг. 2 - то же. По схеме со средней точкой; на фиг. 3 - вариант, с использованием в схеме по фиг. 2 инерционного звена Преобразователь постоянного напряжения содержит силовые транзисторы 1 и 2, трансформатор 3 управления с первичной обмоткой 3.1, вторичными обмотками 3,2 и 3,3 и дополнительной обмоткой 3.4, трансформатор 4 тока. Вторичная обмотка 4,1 включена в диагональ мостового вьшрямителя 5, связанного выводами со средней точкой первичной обмотки 3,1 и общей точкой объединенных эмиттеров вспомогательных транзисторов 6 и 7 базы которых подключены к задающему генератору 8. Средняя точка обмотки 3.1 подключена через балластный резистор 9 к первому выводу вспомогательного источника 10 питания, к второму выводу кото рого подключена общая точка объединенных эмиттеров вспомогательных транзисторов 6 и 7, К выходным вьшо- дам для,подключения нагрузки 11 подключены последовательно дополнительная обмотка 3.4 трансформатора управ ления и первичная обмотка 4«2 трансформатора тока,

Параллельно вспомогательным транзисторам 6 и 7 включены в непроводящем направлении диоды 12 и 13,

мотках Тр 4 тока и Тр 3 выбрано из условия обеспечения суммарного коэфф, положительной обратной связи больше единицы. Введение указанных коэфф, трансформации позволяет задержать очередное включение силового транзистора до полного выключения ранее включенного транзистора 1 з.п, ф-лы, 3 ил„

ri варианте устройства (фиг. 2) трансформатор тока имеет вторзпо, включенную последовательно в цепь нагрузки 11 первичную обмотку 4,3,

а трансформатор управления - соответственно вторую дополнительную обмотку 3,5. Выпрямитель 5 выполнен по двукполупериодной схеме со средней точкой,

Соотношения витков W обмоток трансформаторов связаны следующими вьфа- жениями (для управления по эмиттеру):

w

3.4(г.В)

5

VM

Л k, i f ,

г{-ь.ъ}

4.1(4 л) .(

W,

W,

2 5

(0

U

M,i з.2{9.г,)

где-k - коэффициент обратной связи; 0 oi - коэффициент усиления по току силового транзистора, который для управления по эмиттеру близок к единице. В соотношении (2) VJ:;,, обозначает 5 число витков в полуобмотке первичной обмотки 3.1 трансформатора управления, а для схемы по фиг. 2 4,1 число витков в полуобмотке второй обмотки 4,1 трансформатора тока, 0 При выполнении указанных соотноше- НИИ предпочтительно иметь (при kj ) переключение тока в силовых цепях происходит без задержки, т.е. сквозные токи, не устраняютс;я, и преимущество инвертора в этом случае заключается только в уменьшении управляющей мощности вдвое).

Включение инердаонного звена 14 показано для схемы по фиг. 2 (для схемы по фиг 1 оно может быть выполнено аналогичным образом). Инерционное звено 14 состоит из дросселя

15 и ограничивающей напряжение цепочки из диода 16 и стабилитрона 17 и предназначено для нормированного уменьшения паузы между переключениями силовых транзисторов 1 и 2 до величины, обеспечивающей требуемьй минимум пульсаций выпрямленного напряжения.

Преобразователь в обоих вариантах схемной реализации работает одина- ково.

При подаче напряжений на вход устройства и появлении-напряжения на вспомогательном источнике 10 (это может быть и входное напряжение) на- чикает работать задающий генератор 8 открьгоая поочередно вспомогательные транзисторы 6 и 7. В одной из половин обмотки 3.1 трансформатора от источника 10 возникает ток, открыва- ющий, например, по обмотке 3.2 транзистор 1. Возникающий в его коллекторной цепи ток, протекающий по обмотке 3.4 трансформатора, непосредственно трансформируется в обмотку 3.2 и поступает, в эмиттер, создавая положительную обратную связь с коэф- фициентом меньше единицы (обеспечивается соответствующим выбором соотношение витков обмоток w,4 и Wj 2 число витков в обмотке 3.4 должно быть меньше, чем в обмотке 3.2). Кроме того, коллекторный ток транзистора 1, протекающий в обмотке 4.2 трйн сформатора тока через обмотку 4.1 и вьтрямитель 5 замыкается по цепи первичная полуобмотка 3.1 - вспомогательный транзистор 6 и также трансформируется в обмотку 3.2, увеличивая суммарный ток в эмиттере транзистора 1 и доводя суммарный коэффи-- циент обратной связи до значения, ,превьшающего единицу, что и приводит к лавинному открьшанию транзистора 1, обеспечивая режим включения.

При смене полярности сигнала задающего генератора 8 происходит переключение тока в первичной обмотке 3.1- открывается вспомогательный транзистор 7, Наводимый от трансформатора тока ток во вторичных обмотках трансформатора управления изменяет знак, наводимьй в те же обмотки ток от обмотки 3.4 сохраняет прежний знак. В результате во вторичных обмотках 3.2 и 3.3 формируется разностный ток, знак которого определяется знаком большей из двух состав- ляющих. Так как ток во вторичных обмотках 3.2 и 3.3 сохраняет знак, то, следовательно, и ток, втекавщий в эмиттер транзистора 1, продолжает втекать туда же, но по величине изменяется так, что коэффициент положительной обратной связи становится существенно меньше единицы (по условию коэффициент обратной связи по дополнительной токовой обмотке 3.4 сам по себе меньше единицы, а по . разности токов тем более). Снижение коэффициента обратной связи обуславливает начало рассасьгеания заряда неосновных носителей в базе транзистора 1 практически без снижения его коллекторного тока. Следовательно, транзистор 2 остается закрытым и сквозной ток не возникает.

После завершения рассасывания заряди в базе начинается снижение коллекторного тока и лавинное запирание транзистора 1, и только после- выключения транзистора 1 начинается включение транзистора 2, что практически полностью устраняет сквозные токи в силовых транзисторах инвертора.

Установка;шунтирующих диодов 12 и 13 ускоряет процесс рассасьшания зарядов баз, так как они дополнительно уменьшают коэффициент обратной связи в момент переключения (практически до нуля), шунтируя ток возбуждения силовых транзисторов 1 и 2 предыдущего направления (в данном случае, шунтируя ток управления транзистора 1).

При наличии инерционного звена 14 (фиг. 3) в схеме данного инвертора изменяется режим переключения транзисторов. До начала спада тока в транзисторе 1 (2) все происходит как описано вьше, но после начала спада тока в транзисторе, т.е. после завершения рассасывания заряда неосновных носителей в баз, ток по цепи обмотка 3.4 (3.5) - обмотка 3.2 (3.3) спадает вместе с током ключа, а ток по цепи обмотка 4,2 - обмотка 4.1 - выпрямитель 5 - инерционное звено 14 - обмотка 3.1 - обмотка 3.2 (3.3) спадает с задержкой, определяемой индуктивностью дросселя 15 звена 14, которая существенно превьшзает время спада тока.

В результате, вскоре после начала спада тока транзистора, ток второй цепи (задержанной) оказывается больше

тока первой цепи, результирующий ток возбуждения в обмотке 3.2 (3.3) изменяет знак и начинает открываться второй трназистор 2 (1). Таким образом второй транзистор включается через время рассасывания после подачи на переключение, и провал на выходном напряжении при этом практически отсутствует.

Отличие приведенных примеров выполнения преобразователя состоит в режимном различии работы силовых транзисторов инвертора.

В полумостовой схеме (фиг, 1) максимальное напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению питания а в схеме со средней точкой (фиг. 2) удвоенному значению напряжения 4 Поэтому при низких напряжениях питания с целью лучшего использования транзисторов по мощности (удвоение напряжения на транзисторе сопровождается соответствующим уменьшением коллекторного тока) целесообразно применение схемы по фиг. 2, а при высоких - для ограничения напряжения на транзисторах допустимыми пределами - схемы -по фиг. 1 .

Если использовать вспомогательные диоды, то в режиме переключения можно снизить коэффициент положительной обратной связи на отключаемом транзисторе с величины, меньшей единицы (без диодов), до нуля, что сократит время рассасывания и таким образом уменьшит потери на транзисторе в режиме выключения, дополнительно повышая КПД.

Использование инерционного звена в преобразователе создает возмож- . ность (при некотором снижении достигнутых преимуществ) расширения его схемотехники для построения стабилизированных источников питания с несколькими вторичными напряжениями (минимизация провалов на вторичных вьтрямленньк напряжениях способствует повышению стабильности этих напряжений, независимости ОТ величины на-50 к первому выводу вьшрямителя осущест- грузки, а также уменьшает объем и влено через введенное инерционное массу необходимых фильтров). звено.

ормула

6

3 о б р

е т е н и я

1.Преобразователь постоянного напряжения, содержащий инверторную

ячейку н# силовых транзисторах и блок управления, вспомогательные транзисторы которого, управляемые от задающего генератора, подсоединены своими коллекторами к концам первичнрй обмотки трансформатора управления, средняя точка которой подключена к первым вьшодам резистора и выпрямителя, вход которого подсоединен к вторичной обмотке трансформатора тока,.имеющего по меньшей мере одну первичную обмотку, включенную в выходную цепь инверторной ячейки, цепи управления силовых транзисторов которой подключены к вторичным обмоткам трансформатора управления, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности за счет уменьшения сквозных токов, трансформатор управления снабжен дополнительньи и по числу первичных обмоток трансформатора тока обмотками, включенными последовательно этим первичным обмоткам, а соотношение витков в дополнительных и вторичных обмотках трансформатора управления выбрано из условия обеспечения коэффициен- та положительной обратной связи меньше единицы, соотношение витков в обмотках трансформатора тока и транс-

форматора управления - из условия обеспечения суммарного коэффициента положительной обратной связи больше единицы, при этом общая точка эмиттеров вспомогательных транзисторов, второй вывод выпрямителя и свободный вывод резистора подсоединены к соответствующим вьгоодам для подключения источника питания.

2.Преобразователь пострянного напряжения по п. 1, от-лича -

ю щ и и с я тем, что, с целью умень-- шения пульсаций выходного сигнала, подключение средней точки первичной обмотки трансформатора управления

Изобретение относится к электротехнике и используется в системах вторичного электропитания для преобразования напряжения. Цель изобретения - повышение КПД и надежности преобразователя за счет уменьшения сквозных токов. Преобразователь содержит транзисторы 1 и 2, трансформатор (Тр) 3 управления, вспомогательные транзисторы 6 и 7, задаюел У.Э

Фиг. 2

Составитель Т.Ершова Редактор И.Николайчук Техред Л.Сердюкова

Заказ 5151Тираж 631Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Прсияводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг. 3

Корректор Л.Пилипенко