Самовозбуждающийся преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M7/537 

t

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

Целью изобретения является повышение КПД и надежности преобразователя..

На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства.

Самовозбуждаюдийся преобразовател постоянного напряжения содержит первичную обмотку трансформатора со средним выводом 1, вторичную обмотку трансформатора 2, управляющую обмотк 3, базовые резисторы 4 и 5, силовые транзисторы 6 и 7, коммутирующий тразистор 8, резистивный шунт 9, два диода 10 и 11 цепи управления, два запираюшрх диода 12 и 13, цепь 14 запуска, двухполярный источник 15 напряжения, первый и второй источники 16 и 17 опорного напряжения, транзисторный усилитель 18 мощности, компаратор 19, пороговый одновибратор 20 RC-фил тр 21, пять резисторов 22-26 и дополнительньй диод 27.

Устройство работает следующим образом.

В .исходном состоянии, т.е. при наличии напряжения от двухполярного источника 15, на выходе транзисторного усилителя 18 мощности присутствует положительный управляющий сигнал и коммутирующий транзистор 8 на- ходитая в открытом состоянии. На выходе порогового одновибратора 20 - положительный уровень напряжения. При включении основного источника

5

0 ,

35

5

30

питания напряжение поступает на средний вывод первичной обмотки 1 транс- : форматора и входные выводы цепи 14 запуска, при этом силовые транзисторы 6 и 7 находятся в закрытом состоянии. После заряда конденсатора цепи запуска до определенной величины в ней срабатьгоает пороговый элемент и на базу силового транзистора 6 поступает управляющий импульс- пряжения. Транзистор 7 открывается и на управляющей обмотке 3 появляется напряжение, поддерживающее силовой транзистор 6 в открытом состоянии, напряжение вторичной обмотки 2 прикладывается к нагрузке, а напряжением дополнительной обмотки трансформатора отключается цепь запуска. Управляющий ток силового транзистора 6 не протекает через резистивный шунт 9. Управляющий ток коммутирующего транзистора 8 также не протекает через резистивный шунт 9. На резистив- ном шунте 9 вьщеляется только ток первичной полуобмотки 1, это позволяет использовать шунт малой мощности и выделить сигнал тока нагрузки без дополнительных искажений.

На неинвертирующий вход компаратора 19 постоянно подается через резистор 22 уровень положительного напряжения от первого опорного источника 16 и через резистор 23 сигнал мгновенного значения тока с резистив- ного шунта 9, одновременно этот сигнал поступает через КС-фильтр 21 и резистор 24 на инвертирующий вход компаратора 19. С помощью RC-фильтра 21 вьщеляется сигнал постоянной сое31Д

тавляюшей тока первичной обмотки 1 трансформатора. При работе устройства в режиме холостого хода постоянная составляющая на выходе ВС-Лильтра не- велика и равна среднему значению тока намагничивания трансформатора. Порог срабатывания компаратора 19 настраивается с помощью резисторов 22 и 23 на номинальное значение тока первичной обмотки, как это делается в известных преобразователях, а на величину тока намагничивания, соответствующего колену характеристики намагничивания магнитопровода трансформатора. Коммутируемый ток при этом невелик и поэтому потери в силовых транзисторах 6 и 7 в моменты выключения, а также потери в магнитопрово- де трансформатора невелики. Коммутация происходит в момент, когда сигнал тока на неинвертирующем входе компаратора 19 достигнет порога срабатывания, при этом на его выходе появляется отрицательный уровень напряжения , коммутирующий транзистор 8 форсированно запирается отрицательным током базы, протекающим через транзисторный усилитель 18 мощности от двухполярного источника 15. Формированное запирание снижает потери на вьжлючение в коммутирующем транзисторе за счет уменьшения длительности процесса коммутации Коммутирующий транзистор 8 закрывается и прерывает силовой и управляющий токи транзистора 6, после чего происходит его быстрое запирание посредством вывода неосновных носителей из базы через диод 12. Ток, протекающий через резистивный щунт 9, прекращается, напряжение на обмотках трансформатора меняет полярности, компаратор 19 возвращается в исходное состояние, коммутирующий транзистор 8 снова открывается и начинает работать силовой транзистор 7. Работа инвертора во втором полупериоде происходит аналогично. Далее процессы повторяются.

С увеличением тока нагрузки увеличивается величина его постоянной составляющей, при этом инвертирующий вход компаратора 19 одновременно сме

304

намагничивания трансформатора остается неизменной, поэтому и потери трансформатора на перемагничивание с ростом тока нагрузки не увеличиваются .

Таким образом, коммутационные потери в силовых транзисторах увеличиваются с увеличением тока нагрузки и уменьшаются при его уменьиении, КПД инвертора при этом остается неизменным.

Работа устройства при перегрузке на выходе происходит следующим образом.

Сигнал тока первичной обмотки 1 трансформатора поступает с резистив- ного L lyHTa 9 на вход порогового од- новибратора 20 через резистор 26, где сравнивается с напряжением второго опорного источника 17. При аварийном увеличении тока выше допустимого значения пороговый одновибратор 20 сра- батьюает и на его выходе появляется отрицательный импульс напряжения, который поступает через диод 27 на неинвертирующий вход компаратора 19. При этом коммутирующий транзистор 8 закрывается на время работы одновиб- ратора 20 и инвертор выключается.Таким образом, в предлагаемом устройстве не повыщается частота работы

при перегрузке на выходе, а следова

тельно, и нет потерь, приводящих к

35 перегреву силовых транзисторов. При сохранении перегрузки на выходе устройство работает в режиме автомати- ческого повторного включения от цепи 15 запуска.

40 Положительный технический эффект предлагаемого устройства заключается

в повышении КПД за счет снижения коммутационных потерь силон 1х транзисторов при уменьшении тока нагруз45 ки ниже номинального значения;

в снижении потерь на перемагничивание магнитопровода трансформатор

в повышении надежности за счет обеспечения коммутирующему транзис50 тору режима формированного запирания

в возможности увеличения ресурса благодаря снижению величины коммутирующих токов Силовых транзисторов в режимах тока нагрузки меньше номи

Изобретение относится к области электротехники и м.б. использовано во вторичных источниках электропитания . Цель - повьппение КПД и надежности путем снижения коммутационных перегрузок силовых транзисторов. Ус тр-во содержит трансформатор, первичная обмотка 1 которого средним выводом подключена к первому входному выводу, а крайними вьшодами - к коллекторам силовых транзисторов 6, 7, эмиттеры которых соединены с коллектором коммутирующего транзистора 8. Эмиттер коммутирующего транзистора 8 через резистивньш шунт 9 подключен к второму входному вьюоду. Сигнал мгновенного значения тока первичной обмотки I трансформатора подается с резистивно & (Л

щается в отрицательную сторону и по- gg нального;

рог срабатывания компаратора прямо в обеспечении защиты, исключающей

пропорционально увеличивается. Ток- необходимость увеличения рабочей чакоммутируемый силовыми транзистора- стоты инвертора

ми, при этом возрастает, а доля тока транзисторов.

и перегрев силовых

и перегрев силовых

51

Формула изобретения

Самовозбуждающийся преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого присоединена к выходным выводам, средний вывод первичной обмотки подключен к первому входному выводу, а крайние выводы - к коллекторам силовых транзисторов, базы ко- торых соединены через базовые резисторы с вьшодами управляющей обмотки трансформатора, цепь запуска, вход которой присоединен к входным выводам, а выход - к базе одного из сило- вых транзисторов, два диода цепи управления , дрисоединенные первыми выводами к выводам управляющей обмотки трансформатора, два запирающих диода, присоединенных вторыми вывода- ми к базам силовых транзисторов, коммутирующий транзистор, коллектор ко- то рого подключен к эмиттерам силовых транзисторов, эмиттер - к первому выводу резистивного щунта, второй вы- вод которого присоединен к второму входному выводу, а база коммутирующего транзистора соединена через усилитель мощности с выходом компаратора, первьй вход которого присоединен через первьй резистор к выходу первого источника опорного напряжения, резисторы, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД, надежности путем снижения коммутацион- ных перегрузок транзисторов, введен

306

двухполярный источник напряжения, второй источник опорного напряжения RC-фильтр и дбполнительный диод, включенный между первым входом компаратора и выходом введенного порогового одновибратора, первьй вход которого присоединен к средней точке делителя, образованного вторым и третьим резисторами и включенного между вторым входным выводом и выходом второго источника опорного напряжения , при этом входы питания пер вого и второго источников опорного напряжения подключены к первому и общему выводам двухполярного источника напряжения, первый и второй выводы которого присоединены к входам питания усилителя мощности, порогового одновибратора и компаратора, второй входной вывод которого соединен через четвертый резистор с точкой соединения резистора и конденсатора ЕС-фильтра, вывод резистора которого присоединен к второму входному выводу, а вывод конденсатора - к общему выводу источника двухполярного напряжения, подключенному также к второму входу порогового одновибратора и вторым выводам диодов цепи управления, при этом пятьй резистор включен между первым входом компаратора и вторым входным выводом, а первые выводы запирающих диодов соединены с первым выводом источника двухполюсного напряжения.