Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/538 

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

Целью изобретения является повышение надежности двухтактного преобразователя постоянного напряжения путем снижения потерь в силовых транзисторах при перегрузках по току.

На фиг, 1 приведена электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг, 2 - диаграмма токов и напряжений на элементах преобразователя.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит силовые транзисюры 1-4, связанные с выходным трансформатором 5, датчик тока 6, соединенный с эмиттерами силовых транзисторов 2 и 4, выключающие транзисторы 7 и 8, у которых эмиттеры соединены с другим выводом датчика тока 6, коллекторы подключены к базам силовых транзисторов 2 и 4, а базы резисторов 9 и 10 - к датчику тока 6. Переходы коллектор-база силовых транзисторов 1 и 4 зашунтированы запускающими резисторами 11 и 12. Коллекторы силовых транзисторов 1 и 3 подключены к первому входному выводу 13, а между вторым входным выводом 14 и датчиком тока 6 включен дроссель 15. Диод 16 и резистор 17 соединены в последовательную цепь, включенную парало

О)

с о

XJ

лельно дросселю 15. Удерживающие резисторы 18 и 19 соединены в последовательную цепь, включенную между базами выключающих транзисторов 7 и 8, пороговый элемент 20 включен между точкой соединения диода 16 с резистором 17 и точкой соединения удерживающих резисторов 18 и 19.

Обмотки 21-24 положительной обратной связи выходного трансформатора 5, базовые резисторы 25-28, конденсаторы 29-32 и элементы обратной проводимости 33-36 включены последовательно и образу- . ют цепи положительной обратной связи силовых транзисторов 1-4.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения при нагрузке не выше номинальной работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на выводы 13 и 14 возникает автоколебательный процесс и к выходным выводам прикладывается напряжение прямоугольной формы.

Предположим, что за счет положительной обратной связи через обмотки 21 и 24 открыты силовые транзисторы 1 и 4 и ток первичной обмотки трансформатора 5 нарастает, протекая по цепи: первый вывод питания 13 - силовой транзистор 1 - первичная обмотка выходного трансформатора 5 - силовой транзистор 4 - датчик тока 6 - дроссель 15 - второй входной вывод 14. При достижении током предельного значения, при котором падение напряжения на датчике тока (см. фиг. 2а) достигает напряжения насыщения выключающего транзистора 8 (фиг. 2, позиция 37), последний открывается сигналом через выключающий резистор 10 и блокирует отпирающий ток обмотки 24. Транзистор 4 закрыбается, прерывая первичный ток. Процесс прерывания тока происходит в течение определенного времени (), за которое первичный ток успевает возрасти. Отсекаемое значение тока равно сумме предельного тока и тока добавки. После прерывания тока силовым транзистором 4 ток дросселя 15 замыкается по цепи: диод 16 - резистор 17.

В момент отсечки тока на резисторе 17 создается падение напряжения (см. фиг. 26), которое выше напряжения срабатывания порогового элемента 20 (см, фиг. 2, позиция 38), поэтому выключающие транзисторы 7 и 8 поддерживаются в открытом состоянии через резисторы 18,19 в течение времени, пока не израсходуется избыток энергии, запасенной в дросселе 15.

При этом ток, удерживающий в открытом состоянии, например, выключающий транзистор 8, протекает по цепи: левый по схеме на фиг. 1 вывод дросселя 15-диод 16

- пороговый элемент 20 - резистор 19 - резистор 10, датчик тока 6 - правый по схеме на фиг. 1 вывод дросселя 15,

Падение напряжения на резисторах 6 и

10 является отпирающим базовым напряжением выключающего транзистора 8. По мере спада тока в дросселе 15 напряжение на резисторе 17 уменьшается и выключающие транзисторы запираются и не будут шунти0 ровать сигналы положительной обратной связи силовых транзисторов 2 и 4. Процесс отсечки тока, по достижении предельного значения, и организации последующей паузы в токе будет протекать в диагонали сило5 вых транзисторов 2-3 так же, как и в диагонали силовых транзисторов 1-4.

По мере уменьшения сопротивления нагрузки скорость нарастания тока за время полупериода возрастает, а ширина импульса тока

0 уменьшается. Возрастание скорости нарастания тока приводит к небольшому (10-20%) увеличению отсекаемого значения тока и, следовательно, к повышению накапливаемой за рабочий импульс энергии в дросселе 15. При

5 увеличении накопления энергии в дросселе 15 возрастает и длительность паузы в токе.

В режиме работы преобразователя на нагрузку не выше номинальной при переключении диагоналей силовых транзисто0 ров по сигналам с датчика тока 6 пауза в токе силовых транзисторов 1-4, невелика и составляет 3-6% длительности полупериода. Постоянство паузы при изменении режима работы преобразователя в диапазоне

5 от холостого хода до номинальной нагрузки обусловлено постоянством скорости нарастания выброса тока в конце полупериода. Процесс работы преобразователя в режиме перегрузки иллюстрируется диаграм0 мами на фиг. 2.

Предположим, что на интервале времени 0-t2 открыты силовые транзисторы 1 и 4, нарастание тока характеризуется нарастанием напряжения датчика тока 6 (см. фиг.

5 2а). В момент времени ti открываются выключающие транзисторы 7 и 8, при этом транзистор 8 блокирует отпирающий базовый ток силового транзистора 4, и силовой транзистор 4 к моменту времени t2 преры0 вает ток, протекающий через его силовые переходы. На интервале , пока идет процесс выключения силового транзистора 1, ток первичной обмотки выходного трансформатора 5 замыкается через обратный

5 диод и силовой транзистор 1. В момент времени тз силовой транзистор 1 закрывается, и на интервале Происходит сброс реактивной энергии первичной обмотки выходного трансформатора 5 через обратные диоды, резистор 17 и диод 16 на источник

питания. На интервале выключающие транзисторы 7 и 8 остаются в открытом состоянии за счет сигнала, подаваемого на их базы с дросселя 15 через диод 16, пороговый элемент 20 и удерживающие резисторы 18 и 19 (см. фиг. 26).

При более глубоком уменьшении сопротивления нагрузки или ее коротком замыкании размах напряжения на конденсаторах 29-32 уменьшается в несколько раз, при- ближаясь к нулю, вследствие уменьшения длительности интервала проводимости 0-t2 и сравнивания его с интервалом сброса реактивной энергии .

При таком низком сопротивлении на- грузки периодически проводит импульсы тока только одна диагональ силовых транзисторов 1-4, так как только для нее полностью выполняется условие начального смещения управляющих переходов: после паузы t2-ts заряжается от нуля до отпирающего потенциала базы силового транзистора из двух конденсаторов 30 и 32 только конденсатор 32. Заряд конденсатора 32 и начальное смещение управляющих пе- реходов силовых транзисторов 1 и 4 обеспечиваются запускающими резисторами 11, и 12. В этом режиме работы автогенератора происходит дополнительное увеличение паузы между импульсами тока. Дополнитель- ная пауза в токе после закрытия выключающих транзисторов 7 и 8 равна времени заряда конденсатора 32 от нулевого потенциала до отпирающего потенциала базы (0,5-0.6 В) силового транзистора 4. Об- щая продолжительность паузы между импульсами тока в этом режиме равна сумме времени открытого состояния выключающего транзистора 8 и времени заряда конденсатора 32 от нуля до отпирающего потенциала базы силового транзистора 4.

Таким образом, путем уменьшения частоты повторения импульсов тока при перегрузках по току и коротком замыкании нагрузки осуществляется ограничение на

допустимом уровне потерь в силовых транзисторах преобразователя и. следовательно, повышается его надежность. Формула изобретения

1.Двухтактный преобразователь посто- яного напряжения,, содержащий силовые

транзисторы, входы управления которых связаны цепями положительной обратной связи с выходным трансформатором, два выключающих транзистора, база-эмиттер- ные переходы которых присоединены через резисторы параллельно датчику тока, подключенному первым выводом к объединенным эмиттерам силовых транзисторов, базы которых подключены к соответствующим коллекторам выключающих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения потерь в силовых транзисторах при перегрузках по току,, в него введены два удерживающих резистора, пороговый элемент и дроссель, шунтированный последовательной цепью из диода и резистора и включенный между входным выводом и вторым выводом датчика тока, при этом базы выключающих транзисторов соединены через соответствующие удерживающие резисторы с первым выводом порогового элемента, второй вывод которого присоединен к точке соединения диода и резистора последовательной цепи.

2.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что цепи положительной обратной связи выполнены в виде обмоток выходного трансформатора, соединенных через последовательные цепи из конденсатора и резистора с база-эмиттерными переходами силовых транзисторов.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что цепи положительной обратной связи силовых транзисторов, базы которых подсоединены к коллекторам выключающих транзисторов, включены между базами транзисторов .и вторым выводом датчика тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках 2 вторичного электропитания. Цель - повышение надежности путем снижения потерь в силовых транзисторах при перегрузках по току. Устр-во содержит силовые транзисторы 1-4, выходной трансформатор 5 и датчик тока 6, присоединенный через резисторы 9, 10 к базам выключающих транзисторов 7, 8. При работе преобразователя с перегрузкой по току напряжение с датчика тока 6 отпирает выключающие транзисторы 7,8 и обрывает цепь положительной обратной связи на входах управления силовых транзисторов 2, 4. После запирания силовых транзисторов 1-4 избыток энергии, запасенной в дросселе 15, через диод 16, пороговый элемент 20 и удерживающие резисторы 18, 19 поступает в базы выключающих транзисторов 7, 8. Таким образом, выключающие транзисторы 7, 8 предотвращают преждевременное включение ранее закрытых силовых транзисторов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. СО с

«Я D

-I-га1J

s

tititsU ts tg

Фиг. I