Ключевой транзисторный преобразователь напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M7/538 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного эле,чгропитания и электропривода для коммутации напряжения. .

Цель изобретения - повышение КПД.

На фиг.1-4 приведены варианты выполнения принципиальной схемы устройства и эпюры, поясняющие их pa6oty.

22и второго 23 стабилитронов, причем коллектор транзистора 21 соединен с анодом первого 22 и катодом второго

23стабилитронов, катод стабилитрона

стабилитрона 23 подключены к отрицательному выводу ИП 2, а база транзистора 21 соединена с входом устройства через узел 20 временной задержки.

Устройство работает следующим образом.

Управляющие импульсы с входа устройства поступают на входы ЭТУ 9 и

Ключевой транзисторный преобразователь напряжения (фиг.1) содержит силовой транзистор 1, база которого соединена с положительным выводом ис-15 22 подключен к коллектору транзисто|точника 2 управляющего напряжения ра 18, эмиттер транзистора 21 и анод

; (ИП) через отпиракяЦий транзисторный

: усилитель 3 (ОТУ) , состоящий из перг iвого транзистора 4, база которого че-

:рез первый 5, а коллектор через вто- 20

:рой 6 резисторы подключены к поЛожи:тельному выводу указанного источника питания. База транзистора 4 подключена также через два соединенных после- . довательно в прямом направлении дио-25 ОТУ 17 в противофазе за счет инверти- да с коллектором силового транзисто- рующего элемента 12, т.е. если ЗТУ 9 ра 1. К базе транзистора 4 подключен открывается, то ОТУ 17 закрывается, анод первого диода 7, а к коллектору и наоборот (диаграммы , Ug на силового транзистора 1 подключен ка- фиг.1). Пусть в момент времени t О тод второго диода 8. С базой силового 30 (Фиг.2) ЗТУ 9 закрыт, а ОТУ 17 от- транзистора .1 соединен запирающий крыт. При этом ОТУ 3 открывается, так транзисторный усилитель 9 (ЗТУ), состоящий из второго транзистора 10,

эмиттер которого соединен с отрица-.

тельным выводом ИП 2, и третьего дио-,. за силового транзистора 1 через отI да 11, анод которого соединен с базой крытый ОТУ 3 подключена к положительiтранзистора. 1 и эмиттером транзисто- ному вьгооду ИП 2, а эмиттер через отI ра 4, а катод - с базой транзистора 4 крытый ОТУ 17 подключен к отрицатель и ксУплектором транзистора 10. Управ- . ному выводу источника (U, на фиг.2).

; ляняций вход устройства соединен с Силовой транзистор 1 открыт. Причем

: ЗОЙ транзистора 10, причем к этому входу подключен вход логического инвертирующего элемента 12. Эмиттер силового транзистора 1 подключен к ИП 2 через второй ЗТУ 13, состоящий из транзистора 14, база которого подсоединена через третий 15, а коллектор через четвертый 16 резисторы к положительному выводу ИП 2, эмиттер его соединен с отрицательным выводом ИП 2 через второй ОТУ 17, состоящий из транзистора 18, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом ИП 2 и

как он работает в противофазе с ЗТУ 9, а ЗТУ 13 закрывается, так как он работает в противофазе с ОТУ 17. Ба45

в первый момент включения базовый ток силового транзистора 1 ограничивается резисторами 5 и 6, а ограничение насыщения осуществляется, за счет цепочки обратной связи на диодах 7 и 8. В момент времени происходит открывание ЗТУ 9 и закрывание ОТУ 17 (. , и 5 на фиг.2). При этом к базоэмиттерному переходу силового транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение, равное по величине напряжению ИП 2. Причем в первый момент напряжение Uy близко к нулю, а ток i 5., имеет выброс, ограниченный резисторами 15 и 16 (Uj , i 5, на фиг.2). Это обусловлено рассасыванием избыточных носителей в базе силового транзистора 1. Силовой транзистор закрывается. В этой схеме напряжениг

четвертого диода 19, анод которого соединен с эмиттераш транзисторов 1 и 14, а катод - с базой транзистора 14 и коллектором транзистора 18, к базе транзистора 18 подсоединен выход инвертирующего элемента 12.

В устройство может быть введен стабилитрон 20, анод которого соединен с эмиттером, а катод - с коллектором транзистора 18 (пунктир на фиг.1).

Кроме того, в устройство (фиг.1) может быть введен (фиг.З) формирователь запирающего напряжения (ФЗН), состоящий из транзистора 21, первого

22и второго 23 стабилитронов, приче коллектор транзистора 21 соединен с анодом первого 22 и катодом второго

23стабилитронов, катод стабилитрона

22 подключен к коллектору транзистостабилитрона 23 подключены к отрицательному выводу ИП 2, а база транзистора 21 соединена с входом устройства через узел 20 временной задержки.

Устройство работает следующим образом.

Управляющие импульсы с входа устройства поступают на входы ЭТУ 9 и

ра 18, эмиттер транзистора 21 и анод

ОТУ 17 в противофазе за счет инверти- рующего элемента 12, т.е. если ЗТУ 9 открывается, то ОТУ 17 закрывается, и наоборот (диаграммы , Ug на фиг.1). Пусть в момент времени t О (Фиг.2) ЗТУ 9 закрыт, а ОТУ 17 от- крыт. При этом ОТУ 3 открывается, так

ОТУ 17 в противофазе за счет инверти- рующего элемента 12, т.е. если ЗТУ 9 открывается, то ОТУ 17 закрывается, и наоборот (диаграммы , Ug на фиг.1). Пусть в момент времени t О (Фиг.2) ЗТУ 9 закрыт, а ОТУ 17 от- крыт. При этом ОТУ 3 открывается, так

как он работает в противофазе с ЗТУ 9, а ЗТУ 13 закрывается, так как он работает в противофазе с ОТУ 17. БаСиловой транзистор 1 открыт. Причем

в первый момент включения базовый ток силового транзистора 1 ограничивается резисторами 5 и 6, а ограничение насыщения осуществляется, за счет цепочки обратной связи на диодах 7 и 8. В момент времени происходит открывание ЗТУ 9 и закрывание ОТУ 17 (. , и 5 на фиг.2). При этом к базоэмиттерному переходу силового транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение, равное по величине напряжению ИП 2. Причем в первый момент напряжение Uy близко к нулю, а ток i 5., имеет выброс, ограниченный резисторами 15 и 16 (Uj , i 5, на фиг.2). Это обусловлено рассасыванием избыточных носителей в базе силового транзистора 1. Силовой транзистор закрывается. В этой схеме напряжениг

источника не должно превышать максимального обратного напряжения базо- эмиттерного перехода силового транзистора 1 .

В тех случаях, когда требуется ограничить запирающее напряжение, прикладываемое к базоэмиттерному переходу силового транзистора 1, вводится стабилитрон 20 (фиг.1, пунктир). Это вызывает повышение КПД за счет умены шения запирающего базового тока силового транзистора 1 при снижении его обратного базозмиттерного напряжения,

При введении в устройство ФЗН (фиг.З) повышается быстродействие силового транзистора 1 по сравнению с устройством на фиг.1. Процесс открывания силового транзистора 1 в устройстве, вьтолненном по фиг.2, происходит аналогично описанному в пер-

вом устройстве на фиг.1 (U g, Ug

it

Us , ig на фиг.2). Процесс запирания силового транзистора происходит следующим образом. В момент времени t происходит открьгоание ЗТУ 9 и закрывание ОТУ 17. При этом к базоэмиттерному переходу силового транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение, равное по величине сумме напряжений стабилизации стабилитронов 22 и 23. Происходит быстрое запирание силового транзистора, так как это запирающее напряжение выбирается на уровне максимального импульсного запирающего напряжения базозмиттерного перехода силового транзистора, а оно для силовых транзисторов обычно значительно выше аналогичного статического запирающего напряжения.В момент времени t,; на выходе узла 24 задержки появляется импульс, отпираю 1ДИЙ транзистор 21, и обратное напряжение на базоэмиттерном переходе силового транзистора 1 снижается до ма лой величины, обусловленной напряжением стабилизации стабилитрона 22

5ХОА . USig

(и

и не зависит ИП 2.

и,

ЧГ

и

5, i g на фиг.4

от величины напряжения

Таким образом, повышается быстродействие по сравнению с устройством, выполненным по фиг.1, так как к базоэмиттерному переходу силового транзистора кратковременно приложено по- вьшенное запирающее напряжение.

Q

20

25

30

404535

50

55

Форму ла изобретения

1. Ключевой транзисторный преобразователь напряжения, содержащий силовой транзистор и основной полумостовой транзисторный усилитель, который выполнен в виде цепочки из согласно последовательно соединенных первого транзистора, блокирующего диода и второго транзистора, при этом коллектор первого транзистора через первый резистор присоединен к первому вьгеоду для подсоединения источника управляющего напряжения, эмиттер второго транзистора подключен к второму выг воду для подсоединения зтогр источника, а эмиттер первого транзистора присоединен к базе силового транзистора, причем база первого транзистора соединена с коллектором второго транзистора и через второй резистор подключена к первому выводу для подсоединения источника управляющего напряжения, а база второго транзистора соединена с управляющим входом преЬб- разователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД, введен дополнительный полумостовой транзисторный усилитель, выполненный и подключенный к выводам для подсоединения источника управляющего напряжения аналогично основному полумостовому транзисторному усилителю, причем эмиттер первого транзистора дополнительного полумостового транзисторного усилителя соединен с эмиттером силового транзистора, а база второго транзистора этого коммутатора соединена с управляющим входом преобразо вателя через введенньй логический инвертирующий элемент..

2.Преобразователь по п.1, о т - л и чающийся тем, что введен стабилитрон, включенньй параллельно второму транзистору дополнительного полумостового транзисторного усилителя..

3.Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем,, что паргш- лельно второму транзистору дополнительного полумостового транзисторного усилителя включены введенные два согласно последовательно соединенных стабилитрона, один из которых шунтирован введенным вспомогательным транзистором, подключенным базой через . введенный узел временной задержки к управляющему входу преобразователя.

К нагрузке о

Фие.З

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, электропривода и автоматики. Цель изобрете-. ния - повышение КПД. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, база которого подключена через отпирающий транзисторный усилитель 3 к положительному вьшоду источника питания 2, а через запиракщий транзисторный усилитель 9 - к отрицательному выводу источника 2. Введение второго отпирающего 17 и второго запирающего 13 транзисторных усилителей позволяет снизить динамические потери, т.к. для отпирания и запирания силового тран- - зистора 1 используется полное напряжение источника. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. . 9 К нигр(13К5 СО ;О 00 О сл 00

Фuz.it