Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M7/5387 

трансформаторов тока 14 и 15, что вызывает отпирание транзисторов 2 и 3 и появление тока в цепи нагрузки. Ток с вторичной обмотки дополнительного трансформатора тока 17 поддерживает величину тока в первичных обмотках управляющих трансформаторов тока 14 и 15 пропорциональной току в цепи нагрузки и, следовательно, поддерживает силовые транзисторы 2 и 3 в открытом состоянии. При размыкании выводов 21 и 23 переключателя 20 происходит форсированное запирание транзисторов 2 и 3 током намагничивания управляющих трансформаторов тока 14 и 15. Одновременно энергия, накопленная в дополнительном трансформаторе тока 17, сбрасывается через диодный выпрямительный мост 26 в источник напряжения 27. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение надежности путем устранения коммутационных перегрузок силовых транзисторов. Преобразователь содержит силовые транзисторы 1-4, управляющие трансформаторы тока 5-8, дополнительный трансформатор тока 17, переключатель 20, диодный выпрямительный мост 26, источник напряжения 27, резисторы 28 и 29. При замыкании выводов 21 и 23 переключателя 20 начинает протекать ток запуска по первичным обмоткам управляющих i (Л С 4ib сл 00 СП Од СО

Изобретение относится к электротехнике и мохсет быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения - повьшение на- :гежности двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения путем устранения коммутаци- онных перегрузок в силовых транзисторах и повышение быстродействия.

На фиг.1 приведен пример реализации устройства на базе мостового пре образователя на фиг.2 - то же, на ба зе двухтактного преобразователя, выходной трансформатор которого имеет вывод от средней точки первичной обмотки; на фиг.3 - вариант выполнения узла коммутации тока; на фиг.4 - ва- риант выполнения переключателя.

Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) содержит силовые транзисторы 1-4, управляющие трансформаторы 5-8 тока с вторичными ое)мотками 9- 2 и первичными обмотками 13-16, дополнительный трансформатор 17 тока с первичной обмоткой 18 и вторичной обмоткой 19, переключатбшь 20 с ком- мутирующими выводами 21 к 22 и общим выводом 23, который может быть выполнен, например, на двух транзисторах 24 и 25 (фиг.4), диодный выпрямительный мост 26, цепь сброса энерг}ш в виде источника 27 и две цепи перво начального запуска, состоящие из общего источника 27 напряжения и резисторов 28 и 29. На фиг.З также показан предлагаемый вариант узла ком-

мутации тока на первичных обмотках

управляющих трансформаторов, содержащий конденсатор 30, стабилитрон 31 и диоды 32-35, кроме того, преобразователь может содержать конденсатор 36.

Отличие двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения, трансформатор которого имеет вывод от средней точки, состоит в том, что первичная обмотка дополнительного трансформатора 17 тока выполняется из двух одинаковых секций. В остальном устройство и работа указанного преобразователя аналогична преобразователю, приведенному на фиг.1.

Двухтактный транзисторный преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

При замыкании выводов 21 и 23 переключателя 20 под действием управляющего сигнала (что эквивалентно отпиранию транзистора 24 и запиранию транзистора 25) по обмоткам 14 и 15 начинает протекать ток от источника 27, ограниченный резистором 28. Этот ток, трансформируясь в цепи эмиттера транзисторов 2 и 3, вызывает их отпирание, через нагрузку начинает протекать ток. Этот ток, трансформируясь в обмотку 19 и протекая по контуру: обмотка 15 - обмотка 14 - выводы 21 и 23 - правый нижний диод моста 26 - обмотка 19, вызывает регенеративное отпирание транзисторов 2 и 3, а после их насыщения - поддержание отпирающего тока эмиттера. пропорциональным току нагрузки. После размыкания выводов 21 и 23 (запирания транзистора 24) цепь обмоток 14 и 15 размыкается, что приводит к прерыванию отпирающего тока в цепях эмиттеров транзисторов 2 и 3. Однако они еще некоторое время, обусловленное рассасыванием избыточных носителей в базах, находятся в проводящем состоянии, а ток нагрузки трансформируется трансформатором 17 в контур: обмотка 19 - верхний левый (фиг.1 и 2) диод моста 26 - источник 27 - нижний правый диод моста 26 - обмотка 19. В результате скачкообразного прерывания змиттерного тока силовых транзисторов 2 и 3 их запирание происходит быстро (избыточный заряд в их базах выводится током, равным сумме токов нагрузки и тока намагничивания трансформаторов 6 и 7) и безопасно (прекращение отпирающего эмиттера тока на этапе запирания гарантирует отсутствие вторичного пробоя и резко распшряет область безопасных режимов) .

После размыкания выводов 21 и 23 в зависимости от алгоритма управления преобразователем вывод 23 может сразу замкнуться с выводом 22, либо некоторое время оставаться незамкнутым ни с одним из выводов (транзисторы 24 и 25 заперты). В первом слу- чае после спада тока нагрузки до ну-, ля (точнее - до величины тока намагничивания обмотки 18 трансформатора 17) полярность напряжения на обмотке 19 меняется на обратную, и ток намагничивания трансформатора 17, суммируясь с током через резистор , 29, вызывает регенеративное отпирание трантранзисторов I и 4 инициируется цепью запуска (резистор 29 - источник 27), а также, если к этому моменту энергия из трансформатора 17 выведена еще не полностью, током намагничивания этого трансформатора, Далее процессы повторяются.

Эффект симметрирования перемагни10 чивания силового трансформатора, если нагрузка, как это показано на фиг.1, включена на его вторичной стороне, проявляется следующим образом. Допустим, что время рассасывания

15 транзисторов 2 и 3 больше, чем время рассасывания транзисторов 1 и 4. Это приводит к увеличению вольт-секундной площади на первичной обмотке силового трансформатора, в том такте,

20 в котором открыты транзисторы 2 и 3, и появлению постоянной составляющей тока намагничивания. Однако эта постоянная составляющая не передается трансформатором 17, и ток в обмотке

25 19 при открытых транзисторах 2 и 3 становится наоборот меньше, чем в такте, соответствующем открытым транзисторам 1 и 4. В результате отпирающий эмиттерный ток транзисторов 2 и

30 3 уменьшается, а транзисторов 1 и

4 - возрастает, что приводит к выравниванию времен рассасывания и вольт- секундных площадей двух тактов. Таким же образом устройство реагирует - на другие причины асимметрии.

Для того, чтобы устранить влияние на эффективность симметрирования неидентичности входных характеристик

.с.. t,..v..«.-..v- транзисторов обмоток 13-16 управляюзисторов 1 и 4 второго плеча преобра- 40 ° трансформаторов и диодов моста зователя, после чего процессы повто- 26, выражающееся в постоянном подмаг- ряются.ничивании обмотки 19, в узел управВ данном режиме обеспечивается ав- ления дополнительно вводится коиден- томатически защита от сквозных токов, так как до момента практически полно- 45 го спада тока Нагрузки и тока через транзисторы, открытые в предвдущем такте, до нуля, регенеративный процесс отпирания транзисторов следую щего такта произойти не может. Во втором случае за время паузы происходит полный или частичный вывод энергии из траисформатора 17 по цепи:

50

обмотка 19 - верхний правый (фиг.I и 2) диод моста 26 - источник 27 напряжения - нижний левый (фиг.1 и 2) диод моста 26 - обмотка 19, а при последующем замыкании выводов 22 и 23 процесс регенеративного отпирания

сатор 36.

Если цепь сброса энергии выполнить в виде последовательно соединенных стабилитрона 31 и конденсатора 30, то после размыкания выводов 21 и 23 переключателя 20 в конденсаторе 30 накапливается заряд, величина которого пропорциональна избыточному заряду в базах транзисторов 2 и 3, выводящемуся током нагрузки. При последующем замыкании выводов 23 и 22 этот заряд током, протекающим по цепи: диод 34 - обмотка 16 - обмотка 17 - выводы 22 и 24 переключателя - коиденсатор 30, передается в базы . транзисторов 1 и 4. Это позволяет

транзисторов I и 4 инициируется цепью запуска (резистор 29 - источник 27), а также, если к этому моменту энергия из трансформатора 17 выведена еще не полностью, током намагничивания этого трансформатора, Далее процессы повторяются.

Эффект симметрирования перемагничивания силового трансформатора, если нагрузка, как это показано на фиг.1, включена на его вторичной стороне, проявляется следующим образом. Допустим, что время рассасывания

транзисторов 2 и 3 больше, чем время рассасывания транзисторов 1 и 4. Это приводит к увеличению вольт-секундной площади на первичной обмотке силового трансформатора, в том такте,

в котором открыты транзисторы 2 и 3, и появлению постоянной составляющей тока намагничивания. Однако эта постоянная составляющая не передается трансформатором 17, и ток в обмотке

19 при открытых транзисторах 2 и 3 становится наоборот меньше, чем в такте, соответствующем открытым транзисторам 1 и 4. В результате отпирающий эмиттерный ток транзисторов 2 и

3 уменьшается, а транзисторов 1 и

ления дополнительно вводится коиден-

сатор 36.

Если цепь сброса энергии выполнить в виде последовательно соединенных стабилитрона 31 и конденсатора 30, то после размыкания выводов 21 и 23 переключателя 20 в конденсаторе 30 накапливается заряд, величина которого пропорциональна избыточному заряду в базах транзисторов 2 и 3, выводящемуся током нагрузки. При последующем замыкании выводов 23 и 22 этот заряд током, протекающим по цепи: диод 34 - обмотка 16 - обмотка 17 - выводы 22 и 24 переключателя - коиденсатор 30, передается в базы транзисторов 1 и 4. Это позволяет

значительно сократить время отпирания этих транзисторов. Аналогичный эффект достигается и в следующем такте. Стабилитрон 31 предотвращает шунтирующее действие конденсатора 30 на контур положительной обратной связи в том случае, когда ток нагрузки быстро возрастает. Обусловлено это тем, что ток в конденсатор 30 не мо- ; жет ответвляться до тех пор, пока I напряжение на обмотке 19 не превысит ;суммарное напряжение на обмотках 13 ;и 16 или 14 и 15 на величину напряже- Iния стабилизации стабилитрона 31. I Диоды 35 и 33 необходимы при исполь- зовании такой цепи сброса для того, ; чтобы предотвратить разряд конденса- ; тора 30 через открытые ижние (фиг.1 :И 2) диоды моста 26. ; Для нормальной работы устройств,, i приведенных на фиг.1 и 2, необходимо : обеспечить произведение коэффициен- i .тов трансформации (отношений числа : ВИТКОВ первичных обмоток к числу вит- ков вторичных) управлякйцих трансфор- ; матером nvL и дополнительного транс -: ; форматора п

1п„

п, 1

()

мии

В

MtI4

минимальное отношение базового тока силовых транзисторов к коллекторному, при котором они находятся в состоянии насыщения.

Таким образом, предлагаемые схемотехнические решения приводят к повышению надежности преобразователя за счет предотвращения явления вторичного пробоя силовых транзисторов при запирании, повышению быстродействия за счет сокращения времени запирания силовых транзисторов, существенному упрощению преобразователя за счет сокращения числе элементов, входящих в схему коммутации тока в первичных обмотках управляющих трансформаторов, а также за счет упрощения управлякшщх трансформаторов и возможности обходиться без шумтирунацих каждый силовой транзистор обратных диодов (их роль выполняет коллекторный переход этих же транзисторов), обеспечению симметричного перемагничива- ния силового трансформатора в том случае, когда нагрузка включена на его вторичной стороне.

Кроме того, достоинством предлагаемого преобразователя является автоматическое обеспечение защиты от сквозных токов, а также полная гальваническая развязка цепей управления от силовых цепей.

Формула изобретения

включены по схеме с общей базой, при этом выводы постоянного напряжения диодного выпрямительного моста присоединены к цепи сброса энергии уп- равляницих трансформаторов тока, а выводы переменного напряжения - к точкам соединения первых выводов цепей первичных обмоток управляющих трансформаторов тока и резисторов.

50

55

27

34

Жг/ 3S -

а Г

I I i-c I

f/L,-Zl

22

2ff «

..J

Улраёпвние Фиг.