Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

тельно силовые транзисторы 9 - 1 Г, причем максимальное напряжение на коллекторах силовых транзисторов

9-11 ограничивается через защитные диоды 12,13 на необходимом уровне. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение,относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах. Устройство содержит силовой трансформатор вторичные обмотки 2,3 которого соединены через выпрямитель 4 и фильтр 5 с выходными выводами. Первичная обмотка 6 присоединена через дополнительный силовой транзистор 7 и высоковольтный силовой ключ к входным выводам. Высоковольтный транзисторный ключ состоит из N силовых транзисторов, N защитных диодов, N-1 дополнительных источников напряжения и низковольтного транзистора 8. При поступлении отпирающего напряжения с обмоток трансформатора 20 бтока 21 управления силовые транзисторы 9 - 11 и 7 отпираются и происходит передача энергии к выходным выводам. При поступлении запирающего напряжения с базовых обмоток трансформатора 20 сначала запирается низковольтный транзистор 8 и затем последоваю

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

Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах однотакт- ного преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

На фиг.1 приведена электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения в постоянное на фиг.2 - диаграммы токов напряжений на элементах преобразователя.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит силовой трансформатор вторичные обмотки 2,3 которого соединены через выпрямитель 4 и фильтр 5 с выходными выводами, а первичная обмотка 6 включена между дополнительным силовым транзистором 7 и высоковольтным транзисторным ключом,который состоит из низковольтного транзистора 8 и, например, из трех силовых транзисторов 9, 10 и 11, трех защитных диодов 12, 13 и 14 и двух вспомогательных источников 15 и 16 .напряжения. Управляющие переходы силовых транзисторов присоединены к базовым обмоткам 17, 18 и 19 трансформатора 20 блока 21 управления через последовательные цепи 22, 25 и 24 из резисторов и диодов, а управляющие переходы низковольтного 8 и дополнительного силового 7 транзисторов соединены через резисторы 25, 26 с боковыми обмотками 27, 28 трансформатора 20, а первый 29 и второй 30 замыкающие диоды включены между выводами первичной обмотки 6 и входными выводами. Для равномерного распределения напряжения между силовыми транзисторами в схему преобразователя могут быть введены резисторы 31,32 и 33.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, работает следующим образом.

Для разделения входного напряжения между силовыми транзисторами

5

0

5

0

5

0

5

0

5

9, 10 и 11 иснользуются вспомогательные источники 15, 16 напряжения и поочередное запирание транзисторов. В общем случае необходимо иметь N-1 вспомогательных источников напряжения. Напряжение на выходе каждого вспомогательного источника напряжения должно быть в N раз меньше напряжения питания. Диоды 29 и 30 являются замыкающими диодами, с их помощью происходит рекуперации энергии,запасенной в индуктивности рассеяния силового трансформатора 1. Защитные диоды 12 и 13 выполняют две функции: во-первых, эти диоды отключают вспомогательные источники от силовых транзисторов 9 - 11 на время, когда силовые транзисторы открыты, и предотвращают замыкание входного напряжения на вспомогательные источники 15 и 16 напряжения; во-вторых диоды 12, 13 и вместе с ними диод 14 создают цепь для протекания запирающего тока базы на интервалах рассасывания силовых транзисторов 9-11.

В момент t0 блок 21 управления вырабатывает отпирающий импульс.Этот сигнал появляется одновременно на базовых обмотках 17 - 19 и 27, 28, т.е. в момент tQ все транзисторы 7-11 отпираются. На последующем интервале t0 - t открытого состояния транзисторов процессы в данном преобразователе аналогичны процессам в обычном преобразователе с прямым включением диода. Диоды 12 - 14 и 29, 30 закрыты, выходы вспомогательных источников 15, 16 напряжения отключены от силовых транзисторов. Энергия из источника питания передается к выходным выводам преобразователя. Кроме того, происходит подза- ряд конденсаторов вспомогательных источников 15, 16 напряжения через дополнительные обмотки трансформатб- ра 1 .

Выключение транзисторов происходят в следующем порядке. В некоторый момент бло.к. 21 управления меняет полярность- напряжения на первичной обмотке трансформатора 20,соот- ветственно меняется полярность напряжения на обмотках 17 - 19 и 27, 28. По истечении времени рассасывания

запирается

транзистора 9 разрывается дующем интервале t - tj.

(34, фиг.2) в момент низковольтный транзистор 8. Этот транзистор низковольтный, выбирается из класса ВЧ- и СВЧ-приборов и запирается первым.

После выключения транзистора 8 в момент t, эмиттерная цепь силового

, На после- ток коллектора этого транзистора замыкается по цепи базы через диод 14. Б цепи базы транзистора 9 протекает ток (35, фиг.2), равный току коллектора, который приводит к быстрому рассасыванию носителей -в базе и выключению транзистора 9 в момент t .

После выключения транзистора 9 разрывается эмиттерная цепь силового транзистора 10. На последующем интервале tn-t. ток первичной обмотки 6 силового трансформатора 1 замыкается через переход коллектор - база транзистора 10, диод 13 и вспомогательный источник 11. Происходит процесс рассасывания в транзисторе 10, при этом ток базы равен току коллектора (36, фиг.2). Параллельно с этим происходит подзаряд конденсатора на выходе вспомогательного источника 16. Кроме этого, важно отметить, что диод 13 не только создает путь для запирающего тока, но и подключает к транзисторному ключу вспомогательный источник 16 питания.Поэтому на интервале 3 потенциал базы транзистора 10 примерно равен потенциалу вывода вспомогательного источника 16 питания. Следовательно, на этапе к коллектору транзистора 9 прикладывается напряжение одного вспомогательного источника, т.е. одна треть напряжения питания.

В момент t3 выключается транзистор 10 (38,фиг.2). На последующем интервале ток первичной обмотки замыкается чорез коллекторный переход транзистора 11, диод 12 и вспомогательные источники 15 и 16. На базе транзистора 11 поддерживается потенциал вывода источника 15. Поэтому к паре закрытых транзисторов 9 и 10 прикладывается напряжение равное двум третям от питающего.

После выключения силового транзистора 11 (37, 40, фиг.2) в момент t4 открывается замыкающий диод 29. К

5

0

5

0

0 5

5

0

5

трем силовым транзисторам 9, 10 и 11 прикладывается входное напряжение (41, фиг.2).

Выравнивание напряжения на силовых транзисторах 9 - 11, когда они закрыты, может производиться известными методами. Это можно сделать, например, путем шунтирования транзисторов стабилитронами, резисторами и т.п. В преобразователе на фиг.1 для этого предусмотрены резисторы 31 - 33. Ток этих резисторов открывает диоды 12, 13 и потенциал коллекторов транзисторов 9 и 10 фиксируется .

Вспомогательный силовой транзистор 7 управляется напряжением на обмотке 27 синхронно с остальными транзисторами. Момент выключения транзистора 7 (44, фиг.2) запаздывает относительно момента смены полярности напряжения обмотки 27 на время рассасывания .

Момент выключения транзистора 7 (44, фиг.2) не обязательно должен быть привязан к моменту t запирания силового транзистора 11. Допустимыми являются ситуации, когда вспомогательный транзистор выключается как на интервале , так и после момента t, когда выключается сипо- вой транзистор 11. При этом несколько изменяется циркуляция энеогин в преобразователе. Например, если вспомогатепьный транзистор 7 выключается позже транзистора 11, то после момента t4 и до момента выключения транзистора 7 ток первичной обмотки 6 замыкается через диод 29 и транзистор 7.

После того, как в некоторый момент выключаются все силовое транзисторы (на фиг.2, момент t),схема переходит в состояние, когда открыты оба замыкающих диода 29,30. На последующем интервале происходит рекуперация энергии,запасенной в индуктивности рассеяния первичной обмотки 6 силового трансформатора 1.

В момент t ток в первичной обмотке 6 спадает до нуля. Далее до момента t ток намагничивания силового трансформатора 1 (43, фиг.2) замыкается через обмотку 3, диод выпрямителя 4 и выходной конденсатор фильтра 5. На данном интервале t.-t сердечник силового трансформатора размагничивается.

Суммарное напряжение на транзисторах 9-11 (4Г, фиг.2) и напряжение на первичной обмотке б силового трансформатора 1 (42, фиг,2) имеют характерную ступенчатую форму из-за поочередного выключения силовых транзисторов

Таким образом, преимущества предложенного преобразователя заключают- ся в повышении надежности на основе ограничения напряжения на силовых транзисторах и упрощения управляющей части преобразователя.

Формула изобретения

I. Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого соедине- на через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, первый вывод первичной обмотки силового трансформатора присоединен к первому входному выводу через первый замыкающий диод и второму входному выводу через вы- соковольтный транзисторный ключ,состоящий из низковольтного транзистора включенного между вторым входным выводом и последовательной цепью из N силовых транзисторов, базы которых соединены через N защитных диодов соответственно с первыми вьюодами N-1 вспомогательных источников напряжения, включенных согласно-последо вательно, при этом база силового транзистора, подключенного эмиттером к низковольтному транзистору,присоединена через защитный диод к второму входному выводу, к базам каждого из

N силовых транзисторов подключены первые выводы последовательных цепей из резистора и диода, а управляющий переход низковольтного транзистора подключен через резистор к базовой обмотке трансформатора блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем ограничения напряжения на силовых транзисторах, введены (N+O-ная базовая обмотка трансформатора блока управления, второй замыкающий диод и вспомогательный силовой транзистор, вклиненный между первым входным выводом и вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора,соединенным через второй замыкающий диод с первым выводом крайнего из N-1 вспомогательных источников напряжения, второй вывод другого крайнего из которых подключен к второму входному выводу, причем N базовых обмоток трансформатора блока управления включены соответственно между вторыми выводами цепей из резисторов и диодов и эмиттерами N силовых транзисторов, а управляющий переход дополнительного силового транзистора подключен через резистор к (N+1)-и базовой обмотке трансформатора блока управления,

54 35 56 37

58

39

40

45 44

+0

Фиг. 2