Генератор прямоугольных колебаний Советский патент 1987 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в трансформаторных автогенераторах прямоугольных колебаний.

Ноль изобретения - упрощение генератора путем исключения магнитного пояса.

лебания.Силопые транзисторы 5 и 6 поочередно переключаются, что обусловливает наличие ла обмотках трансформатора 1 напряжения прямоугольной формы (фиг. 2а). Механизм возникновения автоколебаний показан на фиг. 2, После подачи питающих напряжений выходное напряжение U компа- На фиг. 1 изображена схема предла- д ратора 11 принимает либо положитель- гаемого генератора;на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу.

Генератор прямоугольных колебаний содержит трансформатор 1 с первичной

15

обмоткой 2 со средней точкой 3, подключенной к шине источника 4 пита- }щя, к общей шине подключены эмитте- С Ы силовых транзисторов 5 и 6, коллекторы которых подключены к первому и второму 7 выводами первичной обмот- 20 ки 2 трансформатора 1, вторичная обмотка 8 которого одним выводом соединена с общей шиной, а вторым выводом - с одними выводами резистивно- го делителя 9 и резистивно-емкост- 25 ного делителя 10, другие выводы которых соединены с общей тиной, компа- гттор 11, инверсный вход которого 12 г(1одипен со средней точкой резистив- но-емкостного делителя 10, а неикпер- 30 ГИ11Й 11ХОД 13 - со средней точкоГ ре- зистивного делителя 9. Выход 14 компаратора 11 соединен с входом 15 блока 16 управления, выходы 17 и 18 блока управления соединены с базами т)аи-яисторов 5 и 6 соответственно.

На фиг. 2 приняты обозначения: и - напряжение на обмотках трансформатора 1 ; и ., и .. - напряжения на инверсном 12 и неи.чверсном 13 входах

ное, либо отрицательное значение.Это напряжение поступает на вход 15 блока 16 управления, который обеспечивает переключение силовых транзисторов 5 и 6 в противофазе. Положительное напряжение на входе 15 блока 16 управления соответствует положительному напряжению на его выходе 17 и

отрицательному напряжению на его выходе 18, что,в свою очередь, обеспечивает открытое состояние силового транзистора 5 и закрытое состояние .силового транзистора 6. Отрицательное напряжение на входе 15 соответст вует открытому состоянию силового транзистора 6 и закрытому состоянию силового транзистора 5.

Пусть в момент времени t (фиг.2 напряжение на выходе 19 компаратора 11 положительное. При этом открыт силовой транзистор 5 и закрыт силовой транзистор 6. На обмотках трансформатора 1 напряжение имеет полярность: плюс на начале обмоток, минус из конце. Напряжение вторичной обмотки 8 указанной полярности поступает на резистивно-емкостный и резис- тивный делители. Напряжение L инверсного входа 15 возрастает по мере перезаряда конденсатора делителя 10. 1 ч неинверсного входа 13

35

40

компаратора 11; U - выходное /ряжение компаратора 11 j i i| токи силовых траизисторон 5 и 6, время; t

нап-

t I 2

времени; At Б и 11 .t

t- - моменты

t, 1)роменнс)й интервал;

и И - индукция и напряженность в сердечнике т 1ансформатора 1;+В , -В - максимальное положительное и

г

максимальное отрицательное значения индукции.

Генератор прямоугольных колебаний работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение источника 4(и„) питания равно нулю. Равны нулю также напряжения бло-55 Ряжения обмоток транс4|орматора 1. ка 16 управления и компаратора 11. Смена полярности напряжения вторич- Работа генератора начинается при ной обмотки 8 приводит к смене поляр- поллче питающих напряжений. При этом ности напряжения и началу измене- в схеме генератора возникают автоко- ния напряжения U в сторону отри89842

лебания.Силопые транзисторы 5 и 6 поочередно переключаются, что обусловливает наличие ла обмотках трансформатора 1 напряжения прямоугольной формы (фиг. 2а). Механизм возникновения автоколебаний показан на фиг. 2, После подачи питающих напряжений выходное напряжение U компа- ратора 11 принимает либо положитель-

ное, либо отрицательное значение.Это напряжение поступает на вход 15 блока 16 управления, который обеспечивает переключение силовых транзисторов 5 и 6 в противофазе. Положительное напряжение на входе 15 блока 16 управления соответствует положительному напряжению на его выходе 17 и

отрицательному напряжению на его выходе 18, что,в свою очередь, обеспечивает открытое состояние силового транзистора 5 и закрытое состояние .силового транзистора 6. Отрицательное напряжение на входе 15 соответствует открытому состоянию силового транзистора 6 и закрытому состоянию силового транзистора 5.

Пусть в момент времени t (фиг.2) напряжение на выходе 19 компаратора 11 положительное. При этом открыт силовой транзистор 5 и закрыт силовой транзистор 6. На обмотках трансформатора 1 напряжение имеет полярность: плюс на начале обмоток, минус из конце. Напряжение вторичной обмотки 8 указанной полярности поступает на резистивно-емкостный и резис- тивный делители. Напряжение L инверсного входа 15 возрастает по мере перезаряда конденсатора делителя 10. 1 ч неинверсного входа 13

Разность напряжений U и и, т.е. входное напряжение компаратора 11, пoлoжитeJп нaя. Через

время, равное времени полупериода рабочей час1 оты генератора (в момент времени t, фиг. 2), напряжение U превышает величину напряжения U . Это приводит к гмсне знака его выходного напряжения с положительного на отрицательный. Соответственно силовой транзистор 5 закрывается, а силовой транзистор 6 открывается.При этом происходит смена полярности нап

Напряжение nocToHinioe .

цательной полярности по мере перезаряда конденсатора делителя 10. Через время, равное иолупериоду рабочей частоты генератора (в момент времени tj, фиг. 2), опять происходит смена знака входного и выходного напряжени компаратора 11 с отрицательного на положительный. Далее процесс повторяется .

Параметры схемы генератора должны быть выбраны таким образом, чтобы время полупериода рабочей частоты генератора, определяемое временем перезаряда конденсатора делителя 10, было меньше времени перемагничива- кия сердечника трансформатора 1, т.е. времени изменения его индукции под действием напряжения, приложенного к основной обмотке, в пределах от -В| до . Частньгй цикл перемег ничивания трансформатора 1 для этого случая показан на фиг. 2 сплошно линией. В каждый полупериод рабочей частоты необходимо также обеспечить перезаряд конденсатора по начальному линейному участку экспоненты.Для этого постоянная времени перезаряда конденсатора должна в 5-10 раз превышать время полупериода рабочей частоты, а амплитуда напряжения на нем составлять 0,05 - 0,2 от величины напряжения вторичной обмотки 8.

Несимметрия работы генератора воникает из-за неодинаковых падений напряжения на открытых силовых транзисторах 5 и 6 и неодинаковых времен их переключения. В этом случае изменение индукции трансформатора 1 за разные полупериоды рабочей частоты также неодинаково. Это приводит к смещению частного цикла пере- магничивания трансформатора 1 от симметричного относительно начала координат положения в сторону области насьш1ения, что, в свою очередь, приводит к несимметрии токов, протекающих по коллекторной цепи силовых транзисторов 5 и 6 (на фиг. 2 процессы при несимметричной работе генератора показаны пунктиром).

Принцип работы предлагаемого генератора предусматривает исключение смещения частного цикла перемагничи вания трансформатора 1 в область глу бокого насыщения,, которое способно привести к недопустимо большим пикам тока намагничивания через один из силовых транзисторов 5 или 6.

Ограничение смещения частного цикла в область глубокого насыщения происходит следующим образом.

При входе рабочей точки по индукции в начало области насыщения сразу возрастает доля напряжения, прикладываемого к индуктивности рассеяния основной обмотки 2 трансформатора 1. Соответственно уменьшается напряжение на его вторичной обмотке 8, а следовательно, и напряжение U. на инверсном входе 13 компаратора 11. Причем напряжение U на его инверсном входе 12 в это время практически не изменяется, поскольку является напряжением на конденсаторе делителя 10, время перезаряда которого гораздо больше. Это приводит к изменению знака входного и выходного напряжений компаратора 11, переключению силовых транзисторов 5 и 6 и, следовательно, к выходу рабочей точки по индукции из области насьпцения.

Таким образом, в предлагаемом генераторе рабочая точка по индукции может входить лишь в начальную зону области насыщения. При этом компенсация влияния разности напряжения на открытых силовых транзисторах и времени их переключения на работу генератора производится корректировкой длительности полупериодов его рабочей частоты. При этом обеспечивается надежная работа генератора.

Формула изобретения

Генератор прямоугольных колебаний содержащий трансформатор, средняя точка первичной обмотки которого соединена с шиной питания, первый и второй силовые транзисторы, коллекторы которых соединены с первым и вторым выводами первичной обмотки трансформатора соответственно,вторичная обмотка трансформатора одним выводом соединена с общей шиной, выходы блока управления соединены с базами первого и второго силовых транзисторов соответственно, отличающий- с я тем,что, с целью упрощения генератора путем упрощения конструкции трансформатора,в него введены компаратор, резистивно-емкостный и резис- тивный делители, причем инверсный вход компаратора соединен со средней точкой резистивно-емкостного делителя, резистор которого соединен с

513А898А6

вторым выводом вторичной обмоткикоторого соединен с вторым выводом

трансформатора,а конденсатор - свторичной обмотки трансформатора, а

оОщеП тиной, нсинпертируюший вход г ом-второй - с общей шиной, выход компапаратора соединен со средней точкойратора соединеН С входом блока упрезистивного делителя, первый выводравления.

Вт

СостяЕштель Ю. Романовский Редактор Л.Ичолинская Техред Л.ОлийньжКорректор В.Гирняк

Заказ 5199/56 Тираж 899

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по Л1.чма;-; ичоиретении и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

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

Фие.2

Подписное

Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в трансформаторных автогенераторах прямоугольных импульсов. Целью изобретения является упрощение генератора путем исключения магнитного пояса. Для этого в генератор дополнительно введены резистивный и резистивно-емкос- тный делители напряжения 9 и 10 соответственно и компаратор 11. Кроме того, генератор содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 со средней точкой 3, источник 4 питания, силовые транзисторы 5 и 6, вторичную обмотку 8, инверсный 12 и неинверсный 13 входы компаратора, выход 14 компаратора, блок управления 16 с входом 15 и выходами 17 и 18. Надежная работа генератора обеспечивается за счет введения в него компаратора и резистивно-емкостного и ре- зистивного делителей и включения их по схеме, приведенной на чертеже. 2 ил. Ш (Л со 00 :о оо j: Фиг. 7